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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:侯義順
研究生(外文):Hou-Yi Shun
論文名稱:以STP-N為基礎之液化潛能評估程序及其驗證
論文名稱(外文):Procedures Based on SPT-N for the Evaluation of Liquefaction Potential and Their Verifications
指導教授:許澤善許澤善引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:土木工程所
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:2005
畢業學年度:93
語文別:中文
論文頁數:276
中文關鍵詞:最大水平地表加速度液化潛能地震規模
外文關鍵詞:the maximum horizontal ground accelerationliquefaction potentialearthquake magnitude
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921集集大地震中,許多災區出現土層液化現象,之後在政府各單位支持下完成了台灣各地區之液化潛能評估報告。由於這些報告所採用的液化潛能評估方法中,地震矩規模及最大水平地表加速度均有其特殊意義,而國人在使用這些液化潛能評估方法時,對於這些方法所需要的地震矩規模及最大水平地表加速度之數值大小,因採用不一而導致現有液化潛能評估結果存在差異的現象。
為了利於各種液化潛能評估方法之應用,本研究基於設計地震觀念研擬液化潛能評估程序,並利用921集集大地震中現地實測地震資料、鄰近災區各鑽孔之地質資料及三種常用的液化潛能評估方法以驗證該程序之適用性。
由本論文研究結果顯示,所研提之液化潛能評估程序有利於使用者選用合適的現地地層或結構設計所需之地震資料,因此分析結果比較能夠反應現地液化現象或提供較正確的結構設計所需之液化阻抗。
During the 921 Chi-Chi Earthquake, liquefaction phenomena occurred in some soil strata located in the disaster areas. Thereafter, projects of liquefaction potential evaluations for different areas in Taiwan were sponsored and the corresponding reports were then presented by different government authorities. It is known that both the earthquake magnitude and the maximum horizontal ground acceleration are the key factors in those methods of liquefaction potential evaluations. However, when most of the researchers utilized the above-mentioned methods for liquefaction potential evaluations, the values for both the seismic moment magnitude and the maximum horizontal ground acceleration were not carefully evaluated. Under such conditions, some of the methods for liquefaction potential evaluations could be misused.
To apply the currently available methods correctly, guidelines for liquefaction potential evaluations based on the concept of design earthquake are proposed in this thesis. By utilizing the in situ recorded seismic data during the 921 Chi-Chi Earthquake and the geological data obtained from bore holes near the earthquake disaster areas, the suitability for using the guidelines were examined by adopting three generally used methods for liquefaction potential evaluations.
Results from this thesis indicate that the guidelines proposed by the author can lead the user to choose proper data for both soil strata and seismic structural design. Thus, better solutions corresponding to the in situ liquefaction phenomena can be obtained or suitable values of liquefaction resistance required for structural design can be provided.
中文摘要………………………………………………… Ⅰ
英文摘要………………………………………………… Ⅱ
目錄……………………………………………………… Ⅲ
表目錄…………………………………………………… Ⅴ
圖目錄…………………………………………………… Ⅵ
第一章 緒論………………………………………………. 1
1.1 研究背景動機…………………………………… 1
1.2 研究目的………………………………………… 4
1.3 研究步驟………………………………………… 5
第二章 文獻回顧…….…………………………………. 7
2.1 液化之定義……………………………………… 7
2.2 液化機制………………………………………… 8
2.3 砂土層之液化類型……………………………… 11
2.3.1 流動液化………………………………… 11
2.3.2 週期的流動……………………………… 11
2.4 土壤液化潛能之影響因素……………………… 11
2.5 液化潛能評估方法……………………………… 14
2.5.1 SPT-N液化潛能評估法………………… 16
2.6 整個土層之液化潛能評估……………………… 32

2.7 921集集大地震液化區與非液化區概述……… 34
2.7.1 霧峰地區液化現象……………………… 34
2.7.2 南投地區液化現象……………………… 35
2.7.3 員林地區液化現象……………………… 37
2.8 最大地表加速度Amax之決定方法…………… 38
2.9 地震規模……………………………………… 39
第三章 研究內容與研究方法….…………………… 41
3.1 由芮氏地震規模換算地震矩規模……………… 41
3.2 液化潛能評估程序之研擬……………………… 41
3.3 驗證用液化潛能評估點位及基本資..………… 42
3.3.1 霧峰地區………………………………… 42
3.3.2 南投地區………………………………… 47
3.3.3 員林地區………………………………… 55
3.3.4 衰減公式………………………………… 68
3.3.5 地震資料………………………………… 69
第四章 結果之比較與討論…………………………… 70
4.1 推導所得MW與ML之換算公式……………… 70
4.2 利用測站實測資料及衰減公式Amax之比較… 71
4.3 研擬之液化潛能評估程序……………………… 74
4.4 驗證用液化潛能評估結果..…………………… 77
4.4.1 霧峰地區……………………..…………… 77


4.4.2 南投地區………………..….……………… 80
4.4.3 員林地區……………………..……………. 85
4.5 液化潛能評估結果之比較與討論……………… 91
4.5.1 霧峰地區………………………………… 91
4.5.2 南投地區………………………………… 96
4.5.3 員林地區………………………………… 101
4.6 地震矩規模對液化潛能評估結果之影響……… 106
第五章 結論與建議………………………………..…… 108
參考文獻……………….…………………………………… 110
附錄A…液化潛能評估結果表彙總……………………… 115
附錄B…液化潛能評估結果圖彙總……………………… 236







表目錄
表2.1 台灣地區歷年地震發生之液化災害統計表..…………. 9
表2.2 標準貫入試驗之傳遞能量修正因數………..…………… 18
表2.3 地震規模有關之修正係數表…………………..……… 19
表2.4 △NF與土壤細料含量之關係………………………..… 28
表2.5 依地震規模之CS建議值………………………………. 29
表2.6 Iwasaki等所提液化潛能指數與液化程度之關係……… 34
表3.1 霧峰地區鑽孔深度、高程和座標一覽表……………….. 42
表3.2 霧峰地區BH-06地質鑽探、試驗及一般物理性質…… 44
表3.3 霧峰地區BH-07地質鑽探、試驗及一般物理性質…… 44
表3.4 霧峰地區BH-08地質鑽探、試驗及一般物理性質…… 45
表3.5 霧峰地區BH-10地質鑽探、試驗及一般物理性質…… 45
表3.6 霧峰地區BH-11地質鑽探、試驗及一般物理性質…… 46
表3.7 霧峰地區BH-12地質鑽探、試驗及一般物理性質…… 46
表3.8 霧峰地區BH-13地質鑽探、試驗及一般物理性質…… 47
表3.9 南投地區鑽孔深度、高程和座標一覽表………………. 48
表3.10 南投地區BH-01地質鑽探、試驗及一般物理性質…… 48
表3.11 南投地區BH-03地質鑽探、試驗及一般物理性質…… 50
表3.12 南投地區BH-04地質鑽探、試驗及一般物理性質…… 50
表3.13 南投地區BH-05地質鑽探、試驗及一般物理性質…… 51
表3.14 南投地區BH-06地質鑽探、試驗及一般物理性質…… 51
表3.15 南投地區BH-07地質鑽探、試驗及一般物理性質…… 52

表3.16 南投地區BH-09地質鑽探、試驗及一般物理性質…… 52
表3.17 南投地區BH-13地質鑽探、試驗及一般物理性質…… 53
表3.18 南投地區BH-14地質鑽探、試驗及一般物理性質…… 53
表3.19 南投地區B-1地質鑽探、試驗及一般物理性質……… 54
表3.20 南投地區B-3地質鑽探、試驗及一般物理性質……… 54
表3.21 南投地區B-5地質鑽探、試驗及一般物理性質……… 55
表3.22 南投地區B-6地質鑽探、試驗及一般物理性質……… 55
表3.23 員林地區鑽孔深度、高程和座標一覽表…………….. 56
表3.24 員林地區BH-03地質鑽探、試驗及一般物理性質…… 58
表3.25 員林地區BH-06地質鑽探、試驗及一般物理性質…… 58
表3.26 員林地區BH-09地質鑽探、試驗及一般物理性質…… 59
表3.27 員林地區BH-13地質鑽探、試驗及一般物理性質…… 59
表3.28 員林地區BH-17地質鑽探、試驗及一般物理性質…… 60
表3.29 員林地區BH-20地質鑽探、試驗及一般物理性質…… 60
表3.30 員林地區BH-21地質鑽探、試驗及一般物理性質…… 61
表3.31 員林地區BH-23地質鑽探、試驗及一般物理性質…… 61
表3.32 員林地區BH-25地質鑽探、試驗及一般物理性質…… 62
表3.33 員林地區BH-28地質鑽探、試驗及一般物理性質…… 62
表3.34 員林地區BH-29地質鑽探、試驗及一般物理性質…… 63
表3.35 員林地區BH-31地質鑽探、試驗及一般物理性質…… 63
表3.36 員林地區BH-33地質鑽探、試驗及一般物理性質…… 64
表3.37 員林地區BH-35地質鑽探、試驗及一般物理性質…… 64
表3.38 員林地區BH-41地質鑽探、試驗及一般物理性質…… 65
表3.39 員林地區BH-42地質鑽探、試驗及一般物理性質…… 65

表3.40 員林地區BH-43地質鑽探、試驗及一般物理性質…… 66
表3.41 員林地區BH-44地質鑽探、試驗及一般物理性質…… 66
表3.42 員林地區BH-46地質鑽探、試驗及一般物理性質…… 67
表3.43 員林地區BH-48地質鑽探、試驗及一般物理性質…… 67
表3.44 許澤善所提適合中部地區之衰減公式.………………… 68
表3.45 研究中採用之各鑽孔位置水平最大地表加速度 …
69
表4.1 地震矩規模(MW)、地震規模(ML)及rm之對應關係…. 71
表4.2 實測Amax與衰減公式所得 之關係………………..
73
表4.3 霧峰地區鑽孔各土層Seed簡易計算分析所得安全係數. 77
表4.4 南投地區鑽孔各土層Seed簡易計算分析所得安全係數. 80
表4.5 員林地區鑽孔各土層Seed簡易計算分析所得安全係數. 85
表4.6 霧峰地區各鑽孔三種不同方法所得液化潛能指數與現
場目視液化表徵之比較表…………………………… 92
表4.7 南投地區各鑽孔三種不同方法所得液化潛能指數與現
場目視液化表徵之比較表……………………………… 97
表4.8 員林地區各鑽孔三種不同方法所得液化潛能指數與現
場目視液化表徵之比較表……………………………… 101
表4.9 不同的MW對液化潛能評估結果的影響(員林地區BH-
28 Seed簡易計算分析法)……………………………… 107





圖目錄
圖1.1 集集地震中部地區土壤化分佈圖………………………. 2
圖1.2 集集地震後河岸之側向擴展……………………………. 2
圖1.3 土壤液化引發不均勻沉陷造成透天厝傾斜…………… 3
圖1.4 土壤液化引發承載力大幅降低造成建築物倒塌……… 3
圖1.5 民宅因土壤液化發生下陷情形……………………… 4
圖2.1 液化土層所需條件………………………………………. 10
圖2.2 砂土液化過程中顆粒排列結構變化之示意圖…………. 10
圖2.3 地震規模7.5時導致液化所需週期的應力比與N1,60
之關係…………………………………………………… 19
圖2.4 CF與細料含量及塑性指數之關係圖……………………. 20
圖2.5 △NF與細料含量及N1,60之關係圖……………………. 21
圖2.6 地震所造成的最大剪應力及折減係數rd之分佈….…… 21
圖2.7 剪應力折減係數rd隨土層深度的變化範圍.…………… 22
圖2.8 Seed簡易分析計算法之作業流程………………………. 23
圖2.9 日本道路橋簡易計算分析法之作業流程………………. 26
圖2.10 動力三軸試驗作用次數15下時,不同雙向軸應變振
幅的週期的剪應力比與相對密度之關…………….…… 27
圖2.11 剪應變振幅係數CS與雙向振幅軸應變DA之關係… 29
圖2.12 Tokimatsu與Yoshimi簡易計算分析法之作業流程… 31
圖2.13 地表非液化土層與下方液化砂層之定義………………. 32
圖2.14 地表液化破壞現象建議曲線……………………………. 33

圖2.15 霧峰地區土壤液化分佈圖……………………………… 34
圖2.16 南投地區土壤液化分佈圖……………………………… 36
圖2.17 員林地區土壤液化分佈圖……………………………… 37
圖2.18 震矩規模與其他地震規模的比較……………………… 40
圖3.1 霧峰地區鑽探孔位平面位置圖………………………... 43
圖3.2 南投地區鑽探孔位平面位置圖………………………... 49
圖3.3 員林地區鑽探孔位平面位置圖………………………... 57
圖4.1 地震矩與芮氏規模之關係圖………………………… 70
圖4.2 液化潛能評估程序…………………………………… 76
圖4.3 霧峰地區Seed法液化潛能指數(PL)等值分佈圖… 93
圖4.4 霧峰地區T-Y法液化潛能指數(PL)等值分佈圖……… 94
圖4.5 霧峰地區JRA法液化潛能指數(PL)等值分佈圖……… 95
圖4.6 南投地區Seed法液化潛能指數(PL)等值分佈圖……. . 98
圖4.7 南投地區T-Y法液化潛能指數(PL)等值分佈圖………. 99
圖4.8 南投地區JRA法液化潛能指數(PL)等值分佈圖……… 100
圖4.9 員林地區Seed法液化潛能指數(PL)等值分佈圖……… 102
圖4.10 員林地區T-Y法液化潛能指數(PL)等值分佈圖……… 103
圖4.11 員林地區JRA法液化潛能指數(PL)等值分佈圖……… 104
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