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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:詹鎧逸
研究生(外文):Kai-I Chan
論文名稱:考慮土壤孔隙水壓變化下地震波之傳遞及對結構物基礎之動力行為分析
論文名稱(外文):Transmission of seismic waves in the soil media with variation of pore water pressure and effect on the dynamic behavior of structural foundations.
指導教授:李賢華李賢華引用關係
指導教授(外文):H. H. Lee
學位類別:碩士
校院名稱:國立中山大學
系所名稱:海洋環境及工程學系研究所
學門:工程學門
學類:環境工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:88
中文關鍵詞:基礎動力反應土壤孔隙水壓地震力
外文關鍵詞:seismic wavepore water pressuredynamic response of foundations
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中文摘要
本研究主要是以半有限圓錐體模型探討結構物基礎在分層土壤中的動力反應行為,及考慮在地震力作用下土壤液化的問題,及對於改變土壤的性質條件,造成基礎動力反應行為的變化。另外,在本研究中,利用了地震波在土層中反射的觀念,使在計算的結果能更接近真實的物理現象。
本研究中,主要在震源以不同的方式傳遞下,分別分析結構物基礎之垂直、水平、旋轉及扭轉位移。本研究過程是完全為時間域下之計算,較易了解實際結構物基礎之動力行為。
本研究中土壤分為單一土層及多土層的土域條件,探討規則反覆作用力及不規則地震力的作用下,結構物基礎位移反應的結果,另外,並考慮土壤孔隙水壓變化的影響下,其反應結果和未考慮土壤孔隙水壓變化影響時結果的比較。
ABSTRACT
The semi-finite cone model is adopted and modified to discuss the dynamic responses of the foundations, when the problem of liquefaction under the effect of cyclic loading is considered. The dynamic responses of the foundations caused by variation of the soil properties are also included. To achieve a better simulative of the physical phenomenon, this research employs the concept of wave reflections between soil layers.
The responses observed for the foundation are vertical displacements, horizontal displacements, rotational angles, and twist angles in different seismic waves. Time-domain analysis is applied, so the research is constructed in time-domain completely.
The soil conditions in this research are simulated as a single layer and layered system. Two types of the force simulation are employed; one is regular cycle force, and the other is irregular. To better understand the liquefaction, behavior of the variation of pore water pressure has been taken into accounts and analyzed focusly.
目 錄
表目錄………………………………………………………………IV
圖目錄……………………………………………………………….V
第一章 緒論…………………………………………..……….1
1.1研究動機……………………………………………...……….1
1.2文獻回顧……………………………………………...……….1
1.3本文架構……………………………………………...……….3
第二章 圓錐模型之理論……………………….………………….5
2.1基本假設………………………………………………………………5
2.1.1圓椎模型……………………………………………..…….…5
2.1.2圓錐模型分層系統……………………………………...……5
2.2基本理論………………………………………………...…….6
2.2.1圓椎模型……………………………………………..…….…6
2.2.2圓錐模型分層系統……………………………………...……8
2.3研究方法……………………………………………………..……11
2.3.1勁度系統(stiffness formulation)……….……….……..11
2.3.2柔度系統(flexibility formulation)…..………………13
2.3.3反射常數…………………………………………………..……14
2.3.4遞迴法計算Duhamel’s integral…………….……………..15
2.4計算流程……………………………………………………..……17
2.4.1計算之無因次化…………………..…………….……………..17
第三章 土壤孔隙水壓之影響……………………………..…..23
3.1土壤受反覆剪應力作用之行為……………………………….…23
3.2土壤孔隙水壓變化與作用週數之關係…………………………24
3.2.1實驗室土壤動力試驗…………………………………………..24
3.2.2不排水試驗……………………………………………………..24
3.2.3反覆載重對土壤液化之影響…………………………………..25
3.3影響圓錐模型計算之參數…………………………………….26
3.3.1土壤性質對圓錐模型之影響…………………..………………26
3.3.2各種參數之影響……………………………………..…………27
3.4孔隙水壓在圓錐模型之應用……………..……………………28
3.4.1土壤參數的決定………………………………………………..29
3.4.2不同週數作用時孔隙水壓變化值…………………………..…29
3.4.3不同孔隙水壓變化時土壤制束模數之變化值………………..31
第四章 圓錐模型之應用…………………………………………42
4.1週期性位移輸入之反應…………………….……..…………….42
4.1.1單一週數作用下之結構物動力反應…………………..……….43
4.1.2複數週數作用下之結構物動力反應…………….………..……44
4.1.3考慮土壤孔隙水壓影響之結構物動力反應…….……….…….45
4.2圓錐模型在實際地震上之應用………………...…………………46
4.2.1地震資料之取得及正確性………………………………………47
4.2.2土壤孔隙水壓在不規則反覆作用力下的變化…………………47
4.2.3垂直方向之動力反應……………………………………………48
4.2.4不同α時基礎位移反應之比較…………………………………49
第五章 結論與建議……………………………………….………84
5.1結論……………………………..……….………..…………….84
5.2建議……………………...……………….………..…………….85
參考文獻……………………………………………………...…….86
表 目 錄
表3.1 土壤試體之試驗參數……………………………………………...…33
圖 目 錄
圖2.1 垂直傳遞之圓錐模型……...……………….…...…….…19
圖2.2 旋轉傳遞之圓錐模型…………………………..……..……19
圖2.3 地震波在土層中反射示意圖……………………..…..……20
圖2.4 圓錐模型分層系統示意圖…………..………………..……20
圖2.5 土壤性質示意圖一……………………………………………………21
圖2.6 土壤性質示意圖二……………………………………………………21
圖2.7 圓錐模型應用之計算流程圖…………………………22
圖3.1 動三軸試驗佈置示意圖……………………………………33
圖3.2 土壤試體受外力之示意圖…………………..…..………34
圖3.3 砂質土壤剪力模數參數與剪應變關係圖…………....…34
圖3.4 剪力模數比遞減曲線圖……………………………………35
圖3.5 MS-2土壤孔隙水壓比和作用力週數之關係圖……..……35
圖3.6 MS-3土壤孔隙水壓比和作用力週數之關係圖……..……36
圖3.7 MS-5土壤孔隙水壓比和作用力週數之關係圖……..…36
圖3.8 孔隙水壓比和作用週數比之關係圖………………………37
圖3.9 MS-5土壤束制模數和孔隙水壓比之關係圖……….….…37
圖3.10 MS-3土壤束制模數和孔隙水壓比之關係圖………….…38
圖3.11 MS-2土壤束制模數和孔隙水壓比之關係圖…………….38
圖3.12 MS-5土壤波傳比和作用力週數之關係圖……………….39
圖3.13 MS-3土壤波傳比和作用力週數之關係圖……………….39
圖3.14 MS-2土壤波傳比和作用力週數之關係圖……………….40
圖3.15 MS-5土壤波傳比和孔隙水壓比之關係圖……………….40
圖3.16 MS-3土壤波傳比和孔隙水壓比之關係圖……………….41
圖3.17 MS-2土壤波傳比和孔隙水壓比之關係圖………………41
圖4.1 結構物基礎在一震源作用下圓錐土域影響之流程………51
圖4.2 位移及旋轉位移之振動歷時輸入值………………………52
圖4.3 速度及角速度之振動歷時輸入值…………………………52
圖4.4 單一作用週數時結構物所受外力…………………………53
圖4.5 單一作用週數時結構物所受外力矩………………………53
圖4.6 單一作用週數時結構物之位移……………………………54
圖4.7 單一作用週數時結構物之角位移…………………………54
圖4.8 單一作用週數時結構物所受外力在不同土層數的條件下之比較…55
圖4.9單一作用週數時結構物所受外力矩在不同土層數的條件下之比較.55
圖4.10 單一作用週數時結構物位移在不同土層數的條件下之比較.56
圖4.11 單一作用週數時結構物角位移在不同土層數的條件下之比較…56
圖4.12 反射常數ef和反射土層之關係圖………….………….…57
圖4.13 反射常數ek和反射土層之關係圖…………..……………57
圖4.14 複數週期位移及旋轉位移之振動歷時輸入值………..…58
圖4.15 複數週期速度及角速度之振動歷時輸入值…………..…58
圖4.16 結物所受外力在不同土層數的條件下之比較……..……59
圖4.17 結構物所受外力矩在不同土層數的條件下之比較…..…59
圖4.18 結構物位移在不同土層數的條件下之比較…………..…60
圖4.19 結構物角位移在不同土層數的條件下之比較………..…60
圖4.20 結構物所受外力在單一土層時比較孔隙水壓的影響..…61
圖4.21 結構物所受外力矩在單一土層時比較孔隙水壓的影響..61
圖4.22 結構物位移在單一土層時比較孔隙水壓的影響…………62
圖4.23 結構物角位移在單一土層時比較孔隙水壓的影響……..62
圖4.24 結構物所受外力在多土層時比較孔隙水壓的影響……..63
圖4.25 結構物所受外力矩在多土層時比較孔隙水壓的影響…….63
圖4.26 結構物位移在多土層時比較孔隙水壓的影響………..…64
圖4.27 結構物角位移在多土層時比較孔隙水壓的影響……..…64
圖4.28 1940年美國加州El Centro南北向之地震歷時………..…65
圖4.29 應力比和達到液化時週數之關係………………………..65
圖4.30 清水地區垂直方向之地震歷時…………………………….66
圖4.31 清水地區垂直方向加速度週期譜………………………….66
圖4.32 清水地區垂直方向速度週期譜……………………..……67
圖4.33 清水地區垂直方向位移週期譜………………………..…67
圖4.34 孔隙水壓比上升和時間之關係
(α=1.5,921清水地區地震)…….…………………....…………68
圖4.35 孔隙水壓比上升和時間之關係
(α=0.7,921清水地區地震)…….……………………..…..……68
圖4.36 孔隙水壓比上升和時間之關係
(α=0.3,921清水地區地震)…….…………………………………69
圖4.37 結構物所受外力在不同土層數的條件下之比較
(α=1.5,921清水地區地震,無考慮孔隙水壓)...………..………69
圖4.38 結構物所受外力在不同土層數的條件下之比較
(α=1.5,921清水地區地震,考慮孔隙水壓)...…………..………70
圖4.39 結構物所受外力在單一土層時比較孔隙水壓的影響
(α=1.5,921清水地區地震).……………………..………..………70
圖4.40 結構物所受外力在多土層時比較孔隙水壓的影響
(α=1.5,921清水地區地震)...……………………………..………71
圖4.41 結構物位移在不同土層數的條件下之比較
(α=1.5,921清水地區地震,無考慮孔隙水壓)...………..………71
圖4.42 結構物位移在不同土層數的條件下之比較
(α=1.5,921清水地區地震,考慮孔隙水壓)...…………..………72
圖4.43 結構物位移在單一土層時比較孔隙水壓的影響
(α=1.5,921清水地區地震).……………………..………..………72
圖4.44 結構物位移在多土層時比較孔隙水壓的影響
(α=1.5,921清水地區地震).……………………..………..………73
圖4.45 結構物所受外力在不同土層數的條件下之比較
(α=0.7,921清水地區地震,無考慮孔隙水壓)...………..………73
圖4.46 結構物所受外力在不同土層數的條件下之比較
(α=0.7,921清水地區地震,考慮孔隙水壓)...…………..………74
圖4.47 結構物所受外力在單一土層時比較孔隙水壓的影響
(α=0.7,921清水地區地震).……………………..………..………74
圖4.48 結構物所受外力在多土層時比較孔隙水壓的影響
(α=0.7,921清水地區地震)...……………………………..………75
圖4.49 結構物位移在不同土層數的條件下之比較
(α=0.7,921清水地區地震,無考慮孔隙水壓)...………..………75
圖4.50 結構物位移在不同土層數的條件下之比較
(α=0.7,921清水地區地震,考慮孔隙水壓)...…………..………76
圖4.51 結構物位移在單一土層時比較孔隙水壓的影響
(α=0.7,921清水地區地震).……………………..………..………76
圖4.52 結構物位移在多土層時比較孔隙水壓的影響
(α=0.7,921清水地區地震).……………………..………..………77
圖4.53 結構物所受外力在不同土層數的條件下之比較
(α=0.3,921清水地區地震,無考慮孔隙水壓)...………..………77
圖4.54 結構物所受外力在不同土層數的條件下之比較
(α=0.3,921清水地區地震,考慮孔隙水壓)...…………..………78
圖4.55 結構物所受外力在單一土層時比較孔隙水壓的影響
(α=0.3,921清水地區地震).……………………..………..………78
圖4.56 結構物所受外力在多土層時比較孔隙水壓的影響
(α=0.3,921清水地區地震)...……………………………..………79
圖4.57 結構物位移在不同土層數的條件下之比較
(α=0.3,921清水地區地震,無考慮孔隙水壓)...………..………79
圖4.58 結構物位移在不同土層數的條件下之比較
(α=0.3,921清水地區地震,考慮孔隙水壓)...…………..………80
圖4.59 結構物位移在單一土層時比較孔隙水壓的影響
(α=0.3,921清水地區地震).……………………..………..………80
圖4.60 結構物位移在多土層時比較孔隙水壓的影響
(α=0.3,921清水地區地震).……………………..………..………81
圖4.61 結構物位移在單一土層時比較α的影響
(921清水地區地震,無考慮孔隙水壓)…………..…..……………81
圖4.62 結構物位移在單一土層時比較α的影響
(921清水地區地震,考慮孔隙水壓)……………..…..……………82
圖4.63 結構物位移在多土層時比較α的影響
(921清水地區地震,無考慮孔隙水壓)…………..…..……………82
圖4.64 結構物位移在多土層時比較α的影響
(921清水地區地震,考慮孔隙水壓)……………..…..……………83
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