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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:馮宗盛
研究生(外文):Fung , Chung-Seng
論文名稱:GIS在土壤液化分析與查詢資訊化之應用
論文名稱(外文):The Application of GIS in Soil Liquefaction Analysis and Querying System
指導教授:簡連貴簡連貴引用關係
指導教授(外文):Chien, Lien-Kwei
學位類別:碩士
校院名稱:國立海洋大學
系所名稱:河海工程學系
學門:工程學門
學類:河海工程學類
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:230
中文關鍵詞:地理資訊系統地質資料庫土壤液化查詢模組
外文關鍵詞:GISGeotechnical DatabaseSoil LiquefactionQuerying Module
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臺灣地處環太平洋地震帶上,受到歐亞大陸板塊與菲律賓海板塊互相推擠作用,以規模大小不等的地震形式釋放出能量。且發生於地表處的斷層錯動可達百餘公里長加上地震無法預測預警的特性,是造成災害的主要原因。地震可能造成的工程災害,諸如:地層錯動、結構物破壞、沈陷、倒塌、土壤液化及坡面崩塌等。
土壤液化為一典型的地震災害,以往從事土壤液化的研究,針對評估準則的分析,僅以單孔分析出來的安全係數值評估液化與否,無法展示出不同深度之液化情況及結合地圖說明液化區域之分佈與可能影響範圍。有鑑於此,本研究主要針對研究區域所蒐集到的地質資料台北縣712孔、基隆市515孔,配合所在區域地質建置地質資料庫,同時以數個較具公信力之簡易液化評估法,包括Seed et al.(1997)、新日本新道路協會簡易液化評估法(NJRA,1996)、Tokimatsu & Yoshimi簡易經驗法(1983)等深入評估,比較各準則分析結果之差異性,且探討可能發生嚴重液化區域當地之SPT-N值、細料含量等物理參數與區域地質間的關係,並利用GIS圖形套疊及資料庫查詢之功能,以視窗化程式語言建立與使用者互動之查詢模組,提供自由查詢。以清楚的展示土壤液化相關參數與不同深度液化發生的範圍。
本研究由「台北基隆地區地質資料庫」應用SQL查詢及Kriging線性內插結果可以發現,研究區域的砂性土壤含量比例多在20%~60%之間,其中三重、蘆洲等區域則有達到60%以上,且含量多以細砂為主。並由SPT-N等值圖中可看出,本研究之平原地區SPT-N值由西南向東北遞減,在三重、蘆洲、板橋一帶SPT-N值約在4至10之間,地盤特性較為軟弱。
進行液化潛能分析時,分別針對耐震設計規範、九二一集集地震以及地震危害度分析所得之最大地表加速度(P.G.A.)進行分析,其最大地表加速度值分別為耐震設計規範:0.23g、0.0657g、地震危害度分析:0.765g (山腳斷層)、九二一集集地震:0.11g (積穗國小測站),以此三種地震外力狀況分別應用液化評估法進行液化潛能評估。
研究結果顯示:於耐震設計規範與地震危害度分析的結果,以Seed(1997)評估法最為保守,且綜合三種分析方法發現,台北縣具高度液化潛能區為三重、蘆洲及板橋地區,基隆市並無高液化潛能區,液化風險較低。大致說來,台北縣地區沿著淡水河下游兩岸地區,其液化潛能普遍較高,尤其三重、蘆洲最為明顯。
在GIS液化分析查詢系統方面,本研究建立之查詢模組有「行政區域查詢」、「物理參數查詢」、「點位液化分析查詢」、「全區液化潛能」、「不同深度液化分析查詢」及「動畫查詢」,其中於「不同深度液化分析查詢」模組可發現,地表下10-15公尺處,各評估方法分析之安全係數大多產生液化的情形,推估其原因可能為台北盆地地表下10-15公尺處,為松山層第五次層分布區,此區土壤性質為沉泥質砂土較為鬆散,地震力作用時發生土壤液化機率較大,為決定土壤液化引至嚴重災害之重要因素。
對於未來GIS建立液化分析查詢系統功能的建立,本研究建議地震對土壤液化的研究分析,可以朝向地質統計的概念結合各種影響液化因子,定出各項影響土壤液化指標值,並以地理資訊系統為基本架構,統合各種地震危害,建立一套完整的防災、救災系統。
In past, for the liquefaction potential analysis, researchers only estimate liquefaction occurs or not with the safety factor of the single hole, can’t point out the distribution of the liquefaction areas or influence ranges as possible with regional map.
For this reason, based on collected geotechnical datas of the 712 holes in Taipei county and 515 holes in Keelung city and combined with the related data of natural environment, the geotechnical database of this area is established. In this study, using several simplified and popular liquefaction criteria, including Seed (1997), NJRA (1996), Tokimatsu & Yoshimi (1983), the differences of the analysis results between these criteria is evaluated. The influence of the parameters, such as groundwater table and fines content of soil to the liquefaction resistance safety factor are also discussed. By using the functions of GIS figures overlay, establish users mutual-action mode to provide convenient inquiry to clear display the possible liquefaction ranges influenced by earthquake.
In GIS liquefaction system, the querying modules of this study have “administrative division querying”, ”physical parameter querying”, ”points liquefaction querying”, ”division liquefaction querying ”, ”depths liquefaction querying ” . Users can use these module inquery the location , data distribution, and geotechnical data, futher more to achive the goal of the geotechnical infomatics.
This study suggests that soil liquefaction analysis can combined with geology ststistics analysis , proposed the new model of liquefaction evaluation method. Based on the Geographic Information System , the disaster protection will be set-up.
摘 要 I
Abstract III
表 目 錄 IX
圖 目 錄 X
第一章 緒 論 1
1-1前言 1
1-2研究目的 3
1-3研究方法 4
1-4研究內容 5
第二章 文獻與相關研究回顧 9
2-1土壤液化與抗液化強度之定義 9
2-1-1 土壤液化之定義與形式 9
2-1-2 土壤抗液化強度之定義 11
2-2液化相關名詞定義 11
2-3影響砂土液化強度之因素 13
2-3-1 土壤組構特性之影響 13
2-3-2 土層特性 16
2-3-3 動態作用之影響 19
2-4液化潛能評估相關文獻之整合 21
2-4-1 SPT-N法 21
2-4-2 CPT-qc法 23
2-4-3震測-Vs法 24
2-4-4總應力分析法 25
2-4-5有效應力分析法 25
2-4-6評估方法比較 26
2-5三級制液化潛能分析法 27
2-5-1 第一級分析法 27
2-5-2 第二級分析法 32
2-5-3 第三級分析法 33
2-6結語 35
第三章 地理資訊系統之建立 55
3-1 地理資訊系統定義與簡史 55
3-1-1基本定義 55
3-1-2發展簡史 56
3-1-3相關領域 58
3-2地理資訊系統之功能 58
3-2-1疊圖分析 59
3-2-2環域分析 59
3-3地理資訊系統的構成要素 60
3-3-1資料蒐集 60
3-3-2前期處理 61
3-3-3資料管理 61
3-3-4操作與分析 61
3-3-5成果展示 62
3-4地理資訊系統的資料模型 62
3-4-1地理位置 62
3-4-2屬性資料 63
3-4-3空間關連性 64
3-5地理資料的管理系統 64
3-5-1資料庫管理系統概要 64
3-5-2地理資料的管理概要 65
3-5-3空間資料的架構 66
3-6 國內GIS研究成果 67
3-7本研究地理資訊系統之建立 69
第四章 研究區域地質資料庫建置 71
4-1前言 71
4-2台北縣地質環境概述 71
4-2-1地質災害與地質環境 72
4-2-2台北盆地週緣之地形與地質環境 74
4-2-3台北盆地附近斷層構造 78
4-3基隆市地形概述 84
4-3-1山丘與河川 84
4-3-2地質與斷層構造 84
4-4研究區域之水系 85
4-5地下水位 88
4-6地震歷史 89
4-6-1九二一集集大地震 89
4-6-2三三一花蓮大地震 89
4-6-3台北都會區的最大可能地震 90
4-7鑽孔資料分佈 91
4-8地質資料庫 92
4-8-1資料建置 92
4-8-2 SQL查詢 94
4-8-3地質特性探討 94
第五章 土壤液化潛能分析與探討 115
5-1本研究採用之液化評估準則 115
5-1-1 Seed SPT-N液化評估法 (Seed法1997) 115
5-1-2 Tokimatsu &Yoshimi液化評估法(T&Y法1983) 118
5-1-3新日本道路橋液化評估法(NJRA法1996) 120
5-2液化潛能分析參數 122
5-2-1地震規模 122
5-2-2水平最大地表加速度 123
5-2-3 SPT鑽桿有效能量 123
5-2-4細料含量 124
5-2-5地下水位 125
5-3地震分析方法 126
5-3-1耐震設計規範 126
5-3-2地震危害度分析 127
5-3-3九二一地震分析 128
5-4研究區域液化分析步驟 128
5-4-1 Iwasaki 深度加權法評估液化損害 129
5-4-2液化分析步驟 130
5-5液化潛能分析結果 131
5-5-1 Seed簡易法分析結果 132
5-5-2 Tokimatsu & Yoshimi法分析結果 133
5-5-3 NJRA法分析結果 134
5-5-4液化評估結果之比較 135
5-5-5評估方法適用性比較 136
5-6 液化防止對策 138
5-6-1液化地盤再液化問題 138
5-6-2土壤液化之防治 138
第六章 建立GIS液化分析查詢系統 165
6-1本研究操作系統建置 165
6-2區域環境資料庫建置 166
6-3 MapBasic程式功能 167
6-3-1程式操作說明 167
6-3-2影像資料顯示 168
6-4液化分析查詢系統之研發 169
6-4-1查詢系統環境說明 169
6-4-2查詢系統研發設計 169
6-4-3系統之操作起始 170
6-4-4系統之基本操作 170
6-5液化分析資料查詢及展示 170
6-5-1研究區域基本資料及展示 170
6-5-2基本物理參數查詢 171
6-5-3土層柱狀圖查詢 172
6-5-4液化分析查詢及展示 173
6-5-5不同土層深度下液化分析查詢 174
6-5-6動畫展示查詢 175
第七章 結論與建議 191
7-1結論 191
7-2建議 195
參 考 文 獻 197
附錄 液化分析查詢系統程式碼 202
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