跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(44.211.31.134) 您好!臺灣時間:2024/07/24 16:20
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:吳繼偉
研究生(外文):Ji-Wei Wu
論文名稱:振動台大型試體受震體積應變之探討
論文名稱(外文):Volumetric Strain of Large Specimen in Shaking Table Test
指導教授:翁作新翁作新引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:土木工程學研究所
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:125
中文關鍵詞:液化大型剪力盒振動台體積應變沉陷地震
外文關鍵詞:liquefactionlaminar boxshaking tablesettlement
相關次數:
  • 被引用被引用:3
  • 點閱點閱:148
  • 評分評分:
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
摘要

飽和砂土在受到地震或振動作用時會激發超額孔隙水壓,振動結束後超額孔隙水壓逐漸的消散,隨著超額孔隙水壓的消散,砂土層的體積會減小,使得砂土表面產生沉陷。1999年集集地震使台灣中部許多砂性土層地區發生液化,例如台中港區、員林、霧峰及南投等地區,顯示出砂性土壤液化問題在台灣地區有進一步研究之必要性。本文利用國家地震工程研究中心之大型剪力盒及振動台進行大尺寸物理模型振動試驗,此試驗盒採用多層框架堆疊而成,試驗盒內框裝容試體尺寸為1.880 m × 1.880 m × 1.520 m。每層內外框設置線性滑軌而相互獨立運動,使土壤試體能如現地水平土層隨地震波作用而變形,模擬實際地震剪力波在水平土層中傳遞的情形。
翁作新等人自2002年八月起以飽和越南砂試體進行一系列振動台振動試驗,到目前為止已進行八次振動台試驗。由本研究整理歷次試驗的結果顯示飽和砂土層受振若未發生液化則砂土層整體平均體積應變與振動加速度、振動頻率、振動延時及振動方向無明顯關係。飽和砂土受振液化後,在相同的振動延時下,體積應變只與相對密度有關而與振動加速度、振動頻率及振動方向無關,且隨著相對密度的增加而減少;液化後砂土之體積應變隨著振動延時的增加而增加,利用不同振動延時(5、10、20及30秒)可繪出四條趨勢線,利用此關係配合現地之土層資料即可推估該地受震液化後會產生之沉陷量。比較實際地震歷時記錄所進行之振動台試驗及現地量測資料之體積應變可得知本研究結果有不錯之適用性。


關鍵字:液化、大型剪力盒、振動台、體積應變、沉陷、地震、砂
Volumetric Strain of Large Specimen in Shaking Table Test
ABSTRACT

The shaking due to earthquakes or vibrations will generate excess pore water pressure in saturated sand. After shaking, the excess pore water pressure in the saturated sand layer dissipates with time, and the volume of the sand layer decreases and settlement occurs. In 1999, Chi-Chi Earthquake caused liquefaction in many areas with sandy soil layer in mid-Taiwan, for example, Taichung Seaport, Yuanlin, Wufeng and Nantou area. This experience alarms us that there is necessity to study further the liquefaction problem of sandy soil in Taiwan. In this study, a biaxial laminar shear box on a shaking table at National Central Research of Earthquake Engineering (NCREE) was used to conduct the shaking tests of a large-scale physics model. The dimension of the specimen is 1.88 m × 1.88 m × 1.52 m. The shear box is composed of 15 layers of inner and outer frames. For each layer, the frame motion (inner frame and outer frame) is independent from other layers. The soil sample deformed according to the shear waves induced from the shaking table motions.

Ueng et al.(2002)used the saturated sand from Vietnam. So far, eight series of shaking table tests has been performed. The test results showed that if liquefaction did not occur, there is no obvious relation between the average volumetric strain of the sand and the acceleration of vibration, frequency of vibration, duration of vibration, or mode of vibration. When liquefaction occurred, for the same duration of vibration, volumetric strain is only related to relative density, but not acceleration of vibration, frequency of vibration or direction of vibration. Volumetric strain decreases with increase of relative density, and increases with increasing shaking duration. These relations can help us to calculate the quantity of settlement due to liquefaction. This research has been verified by the shaking tests with the recorded earthquake motions and the field settlement data.

Key words: liquefaction,laminar box,shaking table,settlement,volumetric
strain,sand,earthquake.
目錄
誌謝 I
ABSTRACT II
摘要 III
目錄 IV
表目錄 VI
圖目錄 VII

第一章 前言 1
1-1 研究動機與目的 1
1-2 研究方法與內容 2
第二章 文獻回顧 4
2-1 砂土受振沉陷量之影響因素 4
2-2 飽和砂土受振在液化前之體積應變 5
2-3 飽和砂土受振液化後之體積應變 6
2-4 砂土受振沉陷量之估算 7
2-5 振動台大型砂土試體受振液化後之沉陷量 9
第三章 試驗設備與振動台試驗流程 28
3-1 試驗設備 28
3-1-1 雙軸向多層剪力試驗盒 28
3-1-2 大型砂土霣落箱 29
3-1-3 量測儀器 30
3-1-4 砂面16點平均高程之量測 31
3-2 砂土試體基本物理性質 31
3-2-1 最大最小乾密度之決定 31
3-3 大型振動台剪力盒試驗步驟與流程 33
3-3-1 振動試驗前試體準備 33
3-3-2 振動試驗之進行 34
3-3-3 試驗完成後之後續工作 35
第四章 振動台試驗結果之整理與判讀 51
4-1 振動台試驗內容 51
4-2 振動台試驗數據之整理 52
4-2-1 試體內部水壓計之量測 52
4-2-2 試體內部與框架加速度計之量測 53
4-2-3 框架位移計之量測 54
4-2-4 砂土試體表面沉陷之量測 55
4-3 液化深度之判定 55
第五章 砂土試體受振液化後體積應變之分析 78
5-1 未液化試驗中砂土之體積應變分析 78
5-1-1 振動延時對未液化砂土層體積應變之影響 78
5-1-2 振動加速度對未液化砂土層體積應變之影響 80
5-1-3 振動頻率對未液化砂土層體積應變之影響 80
5-1-4 振動方向對未液化砂土層體積應變之影響 80
5-1-5 估算液化深度外砂土層之體積應變 81
5-2 砂土受振液化後之沉陷量 81
5-3 砂土試體受振液化後體積應變之分析 82
5-3-1 振動加速度對液化層砂土體積應變之影響 83
5-3-2 振動頻率對液化層砂土體積應變之影響 83
5-3-3 振動方向對液化層砂土體積應變之影響 84
5-3-4 振動延時對液化後砂土層體積應變之影響 84
5-4 試驗結果與前人研究比較 85
5-5 實際地震歷時記錄振動試驗結果及現地案例觀察 86
第六章 結論與建議 121
6-1 結論 121
6-2 建議 122
參考文獻 124

















表目錄
表2.1 不同振動頻率對砂土受振之影響【14】 11
表3.1 各次試驗之越南砂基本資料 36
表3.2 各次試驗之最大最小孔隙比 37
表4.1 2002年8月第一次振動台試驗振動模式 58
表4.2 2003年1月第二次振動台試驗振動模式 58
表4.3 2003年4月第三次振動台試驗振動模式 59
表4.4 2003年10月第四次振動台試驗振動模式 60
表4.5 2004年4月第五次振動台試驗振動模式 61
表4.6 2004年10月第六次振動台試驗振動模式 63
表4.7 2004年11月第七次振動台試驗振動模式 65
表4.8 2005年3月第八次振動台試驗振動模式 65
表4.9 歷次振動試驗主要探討重點 67
表5.1 歷次試體未液化之沉陷結果 89
表5.2 各次試體發生液化之沉陷結果 92
表5.3 液化試驗中液化土層之體積應變 95
表5.4 液化層之相對密度與砂土整體平均相對密度之比較 98
表5.5 在各振動模式下不同振動頻率之試驗結果 99
表5.6 相同延時及振動加速度下不同頻率之試驗結果 99
表5.7 相同延時及雙向振動下不同振動加速度及振動頻率之試驗結果 100
表5.8 三組不同振動模式下改變振動延時之試驗結果 100
表5.9 實際地震歷時記錄液化試驗結果 101
表5.10 現地液化案例資料 101
表5.11 台灣台中港區及日本人工島現地液化案例資料 102












圖目錄
圖2.1 在不同相對密度與垂直應力下反覆剪應變與垂直應變之關係【7】 12
圖2.2 在反覆振動次數10下反覆剪應變與垂直應變之關係【7】 12
圖2.3 振動台實際圖與尺寸圖【6】 13
圖2.4 單向振動下振動次數與沉陷量之關係【6】 13
圖2.5 單向振動與多向振動沉陷量之比較【6】 14
圖2.6 隨機振動模式不同相位之運動軌跡【6】 14
圖2.7 (a)單向與合成隨機振動作用(b)三向度與水平多向振動作用沉陷量之比較【6】 15
圖2.8 孔隙水壓激發與沉陷機制【3】 15
圖2.9 (a)不同反覆應力比之尖峰孔隙水壓與作用次數之關係(b)液化前體積應變與尖峰孔隙水壓之關係【4】 16
圖2.10 相對密度與液化後體積應變的關係【4】 16
圖2.11 中空扭剪試驗儀器剖面圖【8】 17
圖2.12 殘餘應力比與最大剪應變之關係【8】 17
圖2.13 (a)不同相對密度下沉陷量與最大剪應變(b)沉陷指數與最大剪應變之關係【8】 18
圖2.14 體積應變與相對密度之關係【9】 18
圖2.15 多向單剪試驗儀示意圖【5】 19
圖2.16 單向度振動下殘留孔隙水壓比與體積應變之關係【5】 19
圖2.17 水平多向度振動下殘留孔隙水壓比與體積應變之關係【5】 20
圖2.18 不同相對密度下液化後體積應變與最大剪應變之關係【5】 20
圖2.19 相對密度與液化後體積應變之關係【5】 21
圖2.20 反覆剪應力比、標準貫入N值與極限剪應變三者之關係【9】 21
圖2.21 反覆剪應力比、標準貫入N值與極限剪應變三者之關係【9】 22
圖2.22 反覆剪應力比、標準貫入N值與體積應變三者之關係【9】 22
圖2.23 抗液化安全係數與最大剪應變之關係【1】 23
圖2.24 抗液化安全係數與液化後體積應變之關係【1】 23
圖2.25 大型動三軸試驗儀器剖面圖【2】 24
圖2.26 不同相對密度抗液化安全係數與液化後體積應變之關係【2】 24
圖2.27 加速度0.05g一維振動與二維振動沉陷量之比較【14】 25
圖2.28 未發生液化時振動延時與沈陷量之關係【14】 25
圖2.29 加速度為0.1 g一維振動試驗有液化時不同振動延時之沈陷歷時【14】 26
圖2.30 液化土層體積應變與相對密度之關係【14】 26
圖2.31 振動延時10秒不同振動頻率下液化土層之體積應變【14】 27
圖2.32 液化土層體積應變與最大剪應變之關係【14】 27
圖3.1 (a)半無限空間中土層;(b)實驗室中土壤試體 38
圖3.2 多層剪力試驗盒運動型態示意圖 38
圖3.3 雙軸向多層剪力試驗盒照片 39
圖3.4 雙軸向多層剪力試驗盒構造示意圖:(a)平面圖;(b)側面圖 39
圖3.5 大型霣落箱示意圖 40
圖3.6 可抽換式多孔盤 40
圖3.7 分散器 41
圖3.8 霣落箱砂土霣落於剪力盒內照片 41
圖3.9 位移計之照片 42
圖3.10 量測砂面垂直向沈陷位移計之照片 42
圖3.11 外框(Y方向)外部量測儀器配置圖 43
圖3.12 內框(X方向)外部量測儀器配置圖 44
圖3.13 「Druck」公司電阻式水壓計之照片 45
圖3.14 剪力盒內量測儀器埋設之平面圖(單位:cm) 45
圖3.15 剪力盒內量測儀器埋設之剖面圖(單位:cm) 46
圖3.16 試體內部量測儀器綁設完成之照片 46
圖3.17 各次振動試驗的砂土粒徑分佈曲線 47
圖3.18 濕霣降法之試驗儀器 47
圖3.19 薄管及小漏斗近照 48
圖3.20 將砂土緩慢的倒入小漏斗 48
圖3.21 砂霣降至水中的情形 49
圖3.22 利用小湯匙加入砂土補足至300 ml 49
圖3.23 人工量測砂面及水面高 50
圖4.1 反覆振動試驗振動台輸出為0.05 g之加速度歷時 68
圖4.2 F30試驗超額孔隙水壓激發與消散情形 69
圖4.3 F10試驗未液化試驗框架加速度與振動台加速度比較 70
圖4.4 F10試驗未液化試驗試體內部與振動台加速度歷時曲線比較 71
圖4.5 F10試驗未液化試驗試體內部與同高程框架加速度歷時曲線比較 71
圖4.6 F30試驗液化試驗框架加速度與振動台加速度比較 72
圖4.7 F30試驗水壓計量測與液化之時間判讀 73
圖4.8 F30試驗液化試驗試體內部與振動台加速度歷時曲線比較 74
圖4.9 F30試驗液化試驗試體內部與同高程框架加速度歷時曲線比較 74
圖4.10 F10試驗外框架位移歷時隨高度不同之變化情形(無液化) 75
圖4.11 F23試驗外框架位移歷時隨高度不同之變化情形(液化) 76
圖4.12 相同加速度0.05g下未液化試驗振動延時之影響 77
圖4.13 相同加速度0.075g下液化試驗振動延時之影響 77
圖5.1 加速度0.05g振動頻率2Hz一維振動之體積應變與相對密度之關係 103
圖5.2 加速度0.05g振動頻率1Hz一維振動之體積應變與相對密度之關係 103
圖5.3 加速度0.05g振動頻率2Hz二維振動之體積應變與相對密度之關係 104
圖5.4 加速度0.05g振動頻率2Hz一維振動之沉陷盤歷時曲線 104
圖5.5 依照各次未液化試驗之砂面沉陷歷時曲線所得沉陷量與延時之關係 105
圖5.6一維振動下不同振動加速度在未液化時所引起之整體平均體積應變 105
圖5.7 二維振動下不同振動加速度在未液化時所引起之整體平均體積應變 106
圖5.8 在振動加速度0.05g延時10秒一維振動下比較不同振動頻率在未液化時所產生之整體平均體積應變 106
圖5.9 在振動加速度0.03g振動頻率2Hz延時10秒下比較不同振動方向在未液化時所產生之整體平均體積應變 107
圖5.10 所有未液化試驗中體積應變與相對密度之關係 107
圖5.11 第G次振動試驗後試體取樣乾密度隨深度分佈情形 108
圖5.12 比較不同振動加速度下液化層砂土體積應變與相對密度之關係 108
圖5.13 比較單向振動時頻率大小與體積應變之關係 109
圖5.14 加速度0.1g延時10秒一維振動比較不同振動頻率之影響 109
圖5.15 雙向振動加速度0.05g、延時10sec與頻率2Hz之孔隙水壓激發情形 110
圖5.16 雙向振動加速度0.05g、延時10sec與頻率4Hz之孔隙水壓激發情形 110
圖5.17 比較不同振動頻率下液化層砂土體積應變與相對密度之關係 111
圖5.18 比較不同振動方向液化層砂土體積應變與相對密度之關係 111
圖5.19 三種振動模式在不同之相對密度下比較振動延時與體積應變之關係 112
圖5.20 比較延時大小對於試體液化與否之影響 112
圖5.21 所有液化試驗不同延時液化後體積應變與相對密度之關係 113
圖5.22 不同延時液化後體積應變與相對密度之關係 113
圖5.23 不同振動延時之體積應變與相對密度之關係 114
圖5.24 本研究液化土層體積應變與相對密度之關係與Tokimatsu and Seed(1987)所得結果之比較 114
圖5.25 本研究液化土層體積應變與相對密度之關係與Nagase and Ishihara(1988)所得結果之比較 115
圖5.26 羅東地震Smart1測站 115
圖5.27 Loma Prieta地震(Yerba Buena Island測站) 116
圖5.28 Kobe地震(Port Island測站) 116
圖5.29 集集地震南投強震測站 117
圖5.30 集集地震霧峰強震測站 117
圖5.31 反覆均勻振動試驗與地震歷時記錄振動試驗液化後體積應變之比較 118
圖5.32 反覆均勻振動試驗液化後體積應變與現地液化案例之比較(1) 118
圖5.33 反覆均勻振動試驗液化後體積應變與現地液化案例之比較(2) 119
圖5.34 液化後振動延時與體積應變及相對密度之關係 119
圖5.35 液化後振動次數與體積應變及相對密度之關係 120
參考文獻

【1】Ishihara, K. and Yoshimine, M., “Evaluation of Settlements in Sand Deposits Following Liquefaction During Earthquakes,” Soils and Foundations, Vol. 32, No. 1, pp. 173~188 (1992)

【2】Ishihara, K., Tsukamoto, Y. and Sawada, S. “Evaluation of Settlement of Silty Sand Deposits Following Liquefaction During Earthquakes,” Proceedings of 11th International Conference on Soil Dynamics & Earthquake Engineering and 3rd International Conference on Earthquake Geotechnical Engineering, Berkeley, CA, Vol. 2, pp. 681~688 (2004)

【3】Kramer, S.L. ”Geotechnical Earthquake Engineering ,” Prentice-Hall International Series in Civil Engineering and Engineering Mechanics, Upper Saddle River Hall NJ07458 (1996)

【4】Lee, K.L. and Albaisa, A., “Earthquake Induced Settlements in Saturated Sands,” Journal of The Geotechnical Engineering Division, Vol. 100, No. GT4, pp. 387~406 (1974)

【5】Nagase, H and Ishihara, K., “Liquefaction-Induced Compaction and Settlement of Sand During Earthquakes, “ Soils and Foundations, Vol. 28, No. 1, pp. 65~76 (1988)

【6】Pyke, R., Seed, H.B. and Chan, C.K., “Settlement of Sands Under Multidirectional Shaking, “Journal of The Geotechnical Engineering Division, Vol. 101, No. GT4, pp. 379~397 (1975)

【7】Silver, M.L. and Seed, H.B., “Volume Changes in Sands During Cyclic Loading,” Journal of The Soil Mechanics and Foundations Division, Vol. 97, No. SM9, pp. 1171~1182 (1971)

【8】Tatsuoka, F., Sasaki, T., and Tamada S., “Settlement in Saturated Sand Induced by Cyclic Undrained Simple Shear, “ Eighth World Conference on Earthquake Engineering, Vol. Ⅲ, pp. 95~102 (1984)
【9】Tokimatsu, K. , and Seed, H.B., “Evaluation of Settlements in Sands Due to Earthquake Shaking,” Journal of Geotechnical Engineering, Vol. 113, No. 8, pp. 861~878 (1987)

【10】Brebbia, C.A., “The Kobe Earthquake : Geodynamical Aspects” Southampton, UK ; Boston : Computational Mechanics Publications(1996)

【11】翁作新、王明輝、陳銘鴻、何文欽,”大型振動台剪力盒土壤液化試驗(Ⅰ)-大型二維剪力盒之研發”國家地震工程研究中心報告,報告編號:NCREE-01-011,民國九十年五月

【12】翁作新、陳家漢、彭立先、李偉誠 ”大型振動台剪力盒土壤液化試驗(Ⅱ)-大型砂試體之準備與振動台初期試驗”國家地震工程研究中心報告,報告編號:NCREE-03-042,民國九十二年十二月

【13】彭立先”大型剪力試驗盒砂土液化試驗之事體準備”國立台灣大學土木工程研究所碩士論文,民國九十一年六月

【14】程漢瑋”振動台大型剪力盒試驗砂土液化後沉陷量之研究”國立台灣大學土木工程研究所碩士論文,民國九十三年六月

【15】石豐嘉”振動台試驗大型砂土試體受震剪應變之探討”國立台灣大學土木工程研究所碩士論文,民國九十四年六月

【16】賴聖耀、謝明志 “港灣地區土壤液化與震陷潛能評估”港灣工程耐震安全評估與災害防治研討會論文集,pp. 6-1~6-39,民國八十九年七月
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top