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研究生:王柏翰
研究生(外文):Po-Han Wang
論文名稱:台中縣地區土壤液化潛能評估
論文名稱(外文):Evaluation of Liquefaction Poteneial in Taichung County
指導教授:徐松圻徐松圻引用關係
指導教授(外文):Sung-Chi Hsu
學位類別:碩士
校院名稱:朝陽科技大學
系所名稱:營建工程系碩士班
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2001
畢業學年度:89
語文別:中文
論文頁數:122
中文關鍵詞:液化
外文關鍵詞:Liquefaction
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摘要
台灣地區由於地處世界二大主要板塊交接碰撞處,地震次數頻繁,在921集集大地震時,即導致許多地方發生大規模之土壤液化及相關災害,因此,針對強震作用下有發生液化之可能地區,進行鑽探資料蒐集建檔與初步液化潛能評估,將對地震防災與救災、建物重建、補強與新建等方面有所助益。而本研究之主要目的,即在建立台中縣地區之工程地質分區與液化潛能,以預測日後強震下台中地區發生災害之可能位置和發生機率,以作為防災與救災規劃之依據,並配合國家地震中心整體計畫之執行,以建立全國性地震防災和救災之地理資訊系統。
本研究之主要工作為蒐集與篩選台中地區之鑽探與試驗資料,以及舊河道與地形分佈之資料與範圍,彙整後於台中縣21個鄉鎮共得有效鑽孔數1354孔,依各鄉、鎮、市來進行初步液化潛能評估,評估方法分別為:(1)NCEER修正之SEED簡易經驗法(1997);(2)Tokimatsu & Yoshimi 簡易經驗法 (1983);(3)日本新道路協會簡易經驗法(NJRA,1996)。使用之地震規模M為7.5,地表最大加速度值為0.33g,並採用Iwasaki等人之深度加權法,以評估整個鑽孔之液化潛能,並建立各鄉、鎮、市之液化潛能圖。
由各鄉鎮市之初步液化潛能評估結果顯示,在清水鎮、梧棲鎮、沙鹿鎮、龍井鄉、大肚鄉、烏日鄉、霧峰鄉、大里市與太平市等鄉鎮,在此等地震規模與設計加速度下,有多處是屬於高液化潛能區。若依台中縣之舊河道及地形分區來研判時,亦可看出這些區域為屬於較可能發生液化之區域,證明此項判斷評估方法可行。而這些高液化潛能地區及鄉鎮將來在工程設計時,則可考慮採用地質改良或其它工法,來克服土壤液化所可能帶來的災害。
Abstract
Taiwan island is located between the edges of two of the world’s major tectonic plates. Earthquakes occurred very often in these areas and caused many disasters in the past, especially the one occurred on Sept. 21 1999. Therefore, an investigation and evaluation of liquefaction potential for the central part of Taiwan is necessary and important. The focus of this research is on the areas in Taichung. Results of this research will be used and combined by National Center for Earthquake Engineering Research to build a nationwide geographic information system for disaster prevention and prediction during earthquake in the future.
The objectives of this research are to collect and to synthesize digital maps, geological information, geotechnical design reports, topography, and old river channels in these areas. The geotechnical information includes boring log data, groundwater level, and soil testing data. These data are typed in Access using a specific format, and are managed and analyzed using geographic information system.
Three methods, SEED’s simplified method (1997), Tokimatsu & Yoshimi’s method (1983), and the method suggested by NJRA (1996), were used to calculate the safety factor at each strata. The designed earthquake magnitude (M) and possible maximum horizontal ground acceleration (Amax) used were 7.5 and 0.33g, respectively. The method by Iwasaki et al. (1982) was used to evaluate the liquefaction potential of each borehole inside Taichung.
The results show that several towns, including ChingHsui, WuChi, SaLu, LongChin, TaDu, WuJih, WuFeng, TaLi,TaiPing, inside the Coast Plain and along the Wu creek were susceptible to liquefy during the design earthquake. The results indicate that the judgement method using topography and old river channels for finding liquefaction susceptible areas is useful. Caution and ground modification should be taken into design and construction in these areas where susceptible to liquefy during earthquake.
目錄
中文摘要 I
英文摘要 II
目錄 III
表目錄 VI
圖目錄 VII
第一章 緒 論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目的 2
1.3 工作內容與方法 3
1.3.1蒐集台中縣地質鑽探資料 3
1.3.2台中縣工程地質分區 4
1.3.3液化潛能評估方法 4
第二章 921大地震液化地區與災情 6
2.1 中部地區地震記錄及液化災情 6
2.1.1 台中及苗栗地區地震記錄 6
2.1.2 1935 年地震災害地區及記錄 10
2.1.3 台中港及其鄰近地區地震資料 11
2.2液化分佈區域 15
2.3液化相關現象與災情 16
2.4土壤液化與河流之關係 18
2.5台中盆地內之水系與沖積土層 19
2.6舊河道與洪水氾濫 19
2.6.1舊河道與洪氾區 20
2.6.2霧峰地區之舊河道與洪氾區 23
第三章 台中縣地質與地形概述 30
3.1地質概述及地層分佈 30
3.2台中盆地 35
3.3台地地形 36
3.3.1后里臺地 36
3.3.2大肚臺地 37
3.4大甲扇狀平原 38
3.5清水隆起海岸平原 38
3.6烏溪沖積扇 38
3.7台中地區之河谷地形 39
3.7.1大安溪河谷地形 39
3.7.2大甲溪河谷地形 40
3.7.3大肚溪河谷地形 41
第四章 資料蒐集建檔及鑽孔分佈 43
4.1資料蒐集 43
4.2資料建檔 43
4.3 鑽孔資料統計及分佈 44
4.3.1 鑽孔統計 44
4.3.2 鑽孔分佈 46
第五章 液化潛能評估 52
5.1液化潛能評估方法 52
5.2 NCEER修正之SEED簡易經驗法(1997) 52
5.3 Tokimatsu & Yoshimi簡易經驗法(1983) 55
5.4日本新道路協會簡易經驗法(NJRA,1996) 56
5.5液化潛能危害度分析 60
第六章 地質分區與液化分析結果 62
6.1 資料範圍概述 62
6.2 資料分析條件及方法 63
6.3 分區分析結果 66
6.3.1西部海岸平原 66
6.3.2北部沖積扇 68
6.3.3南部沖積扇 70
6.3.4東部丘陵山地 73
6.3.5台中縣21鄉鎮 75
6.4 結果討論 77
第七章 結論與建議 107
7.1 結論 107
7.2 建議 109
參考文獻 110
附錄 113
表目錄
表1.1 921集集大地震台中縣地區自由場加速度峰值 5
表2.1 中部地區災害性地震表(1896-1939) 7
表2.2 中部地區芮氏規模3.0以上地震(1896-1935) 8
表2.3 中部地區芮氏規模3.0以上地震(1936-1988) 8
表2.4 1935年中部地區地震相關記錄 15
表4.1 台中縣各鄉鎮鑽孔數、基地數與面積之比值 32
附表一 台中縣鑽孔所在鄉鎮、工程名稱、孔數及鑽探公司 114
附表二 台中港區鑽孔所在、工程名稱、孔數及鑽探公司 122
圖目錄
1.圖2.1 台中及苗栗地區附近地質構造圖與震央分佈圖 12
圖2.2 1935年4月21日中部大地震震度分佈圖 13
圖2.3 1935年4月21日中部大地震震央附近震度分佈圖 14
圖2.4 921大地震台中縣市液化災害案例分佈圖 17
圖2.5 台中盆地地形與水文圖 22
圖2.6 台中地區之舊河道分佈圖 26
圖2.7 台中地區之主要河流與舊河道分佈關係圖 27
圖2.8 台中地區之舊河道與921地震液化點分佈圖 28
圖2.9 台中地區之洪氾區(斜線)與舊河道分佈圖 29
圖3.1 台灣中部地區地形分區圖 31
圖3.2 台灣中部地區地形分區與台中縣鄉鎮市 32
圖3.3 台灣中部地區地形分區與921地震液化位置 33
圖3.4 大安溪縱斷剖面 40
圖3.5 大肚溪、烏溪、北港溪之縱斷曲線 42
圖4.1 台中縣鄉鎮市位置與名稱 48
圖4.2 台中地區蒐集鑽孔分佈 49
圖4.3 台中縣各鄉鎮市所蒐集之鑽孔數 50
圖4.4 台中地區地形與鄉鎮相對位置關係圖 51
圖5.1 NCEER 修正之SEED 簡易經驗法(1997)分析流程 54
圖5.2 Tokimatsu & Yoshimi 簡易經驗法(1983)分析流程 57
圖5.3 新日本道路協會(NJRA)簡易經驗法(1996)分析流程 59
圖6.1 西部海岸平原各鑽孔液化危害度指數分級點繪圖
(Seed+Iwasaki:M=7.5,0.33g) 80
圖6.2 西部海岸平原液化危害度等值分佈圖
(Seed+Iwasaki:M=7.5,0.33g) 80
圖6.3 西部海岸平原各鑽孔液化危害度指數分級點繪圖
(T&Y+Iwasaki:M=7.5,0.33g) 81
圖6.4 西部海岸平原液化危害度等值分佈圖
(T&Y+Iwasaki:M=7.5,0.33g) 81
圖6.5 西部海岸平原各鑽孔液化危害度指數分級點繪圖
(JRA +Iwasaki:M=7.5,0.33g) 82
圖6.6 西部海岸平原液化危害度等值分佈圖
(JRA +Iwasaki:M=7.5,0.33g) 82
圖6.7 西部海岸平原各鑽孔液化危害度指數分級點繪圖
(Seed+Iwasaki:M=7.5,0.23g) 83
圖6.8 西部海岸平原液化危害度等值分佈圖
(Seed+Iwasaki:M=7.5,0.23g) 83
圖6.9 西部海岸平原各鑽孔液化危害度指數分級點繪圖
(T&Y+Iwasaki:M=7.5,0.23g) 84
圖6.10 西部海岸平原液化危害度等值分佈圖
(T&Y+Iwasaki:M=7.5,0.23g) 84
圖6.11 西部海岸平原各鑽孔液化危害度指數分級點繪圖
(JRA +Iwasaki:M=7.5,0.23g) 85
圖6.12 西部海岸平原液化危害度等值分佈圖
(JRA +Iwasaki:M=7.5,0.23g) 85
圖6.13 台中縣北部沖積扇之鑽孔液化危害度指數分級點繪圖
(Seed+Iwasaki:M=7.5,0.33g) 86
圖6.14 台中縣北部沖積扇之液化危害度等值分佈圖
(Seed+Iwasaki:M=7.5,0.33g) 86
圖6.15 台中縣北部沖積扇之鑽孔液化危害度指數分級點繪圖
(T&Y+Iwasaki:M=7.5,0.33g) 87
圖6.16 台中縣北部沖積扇之液化危害度等值分佈圖
(T&Y+Iwasaki:M=7.5,0.33g) 87
圖6.17 台中縣北部沖積扇之鑽孔液化危害度指數分級點繪圖
(JRA +Iwasaki:M=7.5,0.33g) 88
圖6.18 台中縣北部沖積扇之液化危害度等值分佈圖
(JRA +Iwasaki:M=7.5,0.33g) 88
圖6.19 台中縣北部沖積扇之鑽孔液化危害度指數分級點繪圖
(Seed+Iwasaki:M=7.5,0.23g) 89
圖6.20 台中縣北部沖積扇之液化危害度等值分佈圖
(Seed+Iwasaki:M=7.5,0.23g) 89
圖6.21 台中縣北部沖積扇之鑽孔液化危害度指數分級點繪圖
(T&Y+Iwasaki:M=7.5,0.23g) 90
圖6.22 台中縣北部沖積扇之液化危害度等值分佈圖
(T&Y+Iwasaki:M=7.5,0.23g) 90
圖6.23 台中縣北部沖積扇之鑽孔液化危害度指數分級點繪圖
(JRA +Iwasaki:M=7.5,0.23g) 91
圖6.24 台中縣北部沖積扇之液化危害度等值分佈圖
(JRA +Iwasaki:M=7.5,0.23g) 91
圖6.25 南部沖積扇各鑽孔液化危害度指數分級點繪圖
(Seed+Iwasaki:M=7.5,0.33g) 92
圖6.26 南部沖積扇液化危害度等值分佈圖
(Seed+Iwasaki:M=7.5,0.33g) 92
圖6.27 南部沖積扇各鑽孔液化危害度指數分級點繪圖
(T&Y+Iwasaki:M=7.5,0.33g) 93
圖6.28 南部沖積扇液化危害度等值分佈圖
(T&Y+Iwasaki:M=7.5,0.33g) 93
圖6.29 南部沖積扇各鑽孔液化危害度指數分級點繪圖
(JRA +Iwasaki:M=7.5,0.33g) 94
圖6.30 南部沖積扇液化危害度等值分佈圖
(JRA +Iwasaki:M=7.5,0.33g) 94
圖6.31 南部沖積扇各鑽孔液化危害度指數分級點繪圖
(Seed+Iwasaki:M=7.5,0.23g) 95
圖6.32 南部沖積扇液化危害度等值分佈圖
(Seed+Iwasaki:M=7.5,0.23g) 95
圖6.33 南部沖積扇各鑽孔液化危害度指數分級點繪圖
(T&Y+Iwasaki:M=7.5,0.23g) 96
圖6.34 南部沖積扇液化危害度等值分佈圖
(T&Y+Iwasaki:M=7.5,0.23g) 96
圖6.35 南部沖積扇各鑽孔液化危害度指數分級點繪圖
(JRA +Iwasaki:M=7.5,0.23g) 97
圖6.36 南部沖積扇液化危害度等值分佈圖
(JRA +Iwasaki:M=7.5,0.23g) 97
圖6.37 東部丘陵山地各鑽孔液化危害度指數分級點繪圖
(Seed+Iwasaki:M=7.5,0.33g) 98
圖6.38 東部丘陵山地各鑽孔液化危害度指數分級點繪圖
(T&Y+Iwasaki:M=7.5,0.33g) 98
圖6.39 東部丘陵山地各鑽孔液化危害度指數分級點繪圖
(JRA +Iwasaki:M=7.5,0.33g) 99
圖6.40 東部丘陵山地各鑽孔液化危害度指數分級點繪圖
(Seed+Iwasaki:M=7.5,0.23g) 99
圖6.41 東部丘陵山地各鑽孔液化危害度指數分級點繪圖
(T&Y+Iwasaki:M=7.5,0.23g) 100
圖6.42 東部丘陵山地各鑽孔液化危害度指數分級點繪圖
(JRA +Iwasaki:M=7.5,0.23g) 100
圖6.43 台中縣各鑽孔液化危害度指數分級點繪圖
(Seed+Iwasaki:M=7.5,0.33g) 101
圖6.44 台中縣液化危害度等值分佈圖
(Seed+Iwasaki:M=7.5,0.33g) 101
圖6.45 台中縣各鑽孔液化危害度指數分級點繪圖
(T&Y+Iwasaki:M=7.5,0.33g) 102
圖6.46 台中縣液化危害度等值分佈圖
(T&Y+Iwasaki:M=7.5,0.33g) 102
圖6.47 台中縣各鑽孔液化危害度指數分級點繪圖
(JRA +Iwasaki:M=7.5,0.33g) 103
圖6.48 台中縣液化危害度等值分佈圖
(JRA +Iwasaki:M=7.5,0.33g) 103
圖6.49 台中縣各鑽孔液化危害度指數分級點繪圖
(Seed+Iwasaki:M=7.5,0.23g) 104
圖6.50 台中縣液化危害度等值分佈圖
(Seed+Iwasaki:M=7.5,0.23g) 104
圖6.51 台中縣各鑽孔液化危害度指數分級點繪圖
(T&Y+Iwasaki:M=7.5,0.23g) 105
圖6.52 台中縣液化危害度等值分佈圖
(T&Y+Iwasaki:M=7.5,0.23g) 105
圖6.53 台中縣各鑽孔液化危害度指數分級點繪圖
(JRA +Iwasaki:M=7.5,0.23g) 106
圖6.54 台中縣液化危害度等值分佈圖
(JRA +Iwasaki:M=7.5,0.23g) 106
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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