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研究生:林禹希
研究生(外文):Yu-Hsi Lin
論文名稱:機率式土壤液化危害度評估之應用-以彰化縣為例
論文名稱(外文):Applications of Probabilistic Liquefaction Hazard Analysis– Changhua County
指導教授:鄒瑞卿
口試委員:林柏伸林德貴
口試日期:2020-07-08
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:土木工程學系所
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:2020
畢業學年度:108
語文別:中文
論文頁數:165
中文關鍵詞:土壤液化機率式液化危害度分析土壤液化潛勢圖危害度曲線
外文關鍵詞:Soil liquefactionProbabilistic liquefaction hazard analysisHazard curveSoil liquefaction potential map
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0206美濃地震造成南台灣巨大之生命與財產損失,除地震造成之建築物倒塌外,土壤液化現象亦造成台南地區許多淺基礎建築物之下陷或傾斜,引發社會大眾對土壤液化災害之關注,因此政府單位展開都會區之土壤液化潛勢調查與土壤液化潛勢圖之公告,並持續進行土壤液化調查與分析評估精進的相關計畫。目前土壤液化潛勢圖之製作,係採用定值式方式進行,依據耐震規範提供之地震力與國震中心建議之地震規模,採用土壤液化簡易評估法進行液化潛能指數計算與潛勢圖製作。然地震之發生屬自然現象,因此造成之地震力與地震規模大小均存在不確定性,定值式分析無法合理與有效地評估分析結果之發生機率,工程師亦難依據發生機率之高低,評估後續設計與補強方案之合理性與經濟性。本研究以彰化縣為例,利用機率式液化危害度分析(PLHA)程式模組(HAZ45PL Module),評估土壤液化潛勢危害度曲線,並繪製再現週期475年之土壤液化潛勢圖,並與定值式分析結果進行比較。
本研究採用兩種定值式液化評估方法與機率式液化評估分法進行液化潛勢評估,因地震力參數評估方式之不同,兩者之間有相當程度之差異,機率式評估依據場址位置評估地震力,可將不同震源造成之地震事件納入評估,而定值式評估採用單一地震基準之地震力,無法反應超越該地震基準地震力之影響。此外,本研究利用各鑽孔之液化危害度曲線,求得不同液化潛勢程度(PL=5與15)之年超越率,透過不同液化程度之超越機率評估,使用者可更清楚了解發生液化災害之可能性,可提供防災計畫擬定與補強計畫實施與否之參考。目前使用定值式分析液化潛能指數建構潛勢圖之方式,可能造成部分區域之液化潛勢被低估或高估,採用機率式分析液化潛能指數方能建構合適之潛勢圖。
2016 Meinong Earthquake caused a great loss in lives and economy in southern Taiwan. Not only the collapse of buildings but many shallow foundation structures in Tainan subsidenced or tilted because of soil liquefaction. Soil liquefaction got a great attention from the publi and the government agency started an investigation project to explore the soil liquefaction potential in metropolitan areas. The current soil liquefaction potential evaluation uses the deterministic method. The seismic inputs are referring to Seismic Design Specifications and Commentary, and National Center for Research on Earthquake Engineering. Liquefaction potential maps were constructed using results from the deterministic method. However, earthquake is a natural phenomenon and the variability and uncertainty of earthquake should include in the seismic inputs. The current deterministic method cannot evaluate the variability and uncertainty in a reasonably way. It is also difficult for engineers to evaluate and design a project considering both safety and budget.
This study takes Changhua County as an example, using the probabilistic liquefaction hazard analysis (PLHA) module (HAZ45PL Module), to evaluate the soil liquefaction potential. The liquefaction potential index and liquefaction potential map from PLHA and from the deterministic method are compared. In addition, this study obtains the probability of exceedance for each borehole at different liquefaction potential levels (PL=5 and 15). Comparisons show that the potential map from the deterministic method could lead to a underestimation or overestimation of liquefaction potential level. It is better and more accurate to have the potential map construc from results of PLHA.
摘要 i
Abstract ii
目錄 iii
圖目錄 vi
表目錄 x
第1章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究方法 1
1.3 論文架構 2
第2章 文獻回顧 3
2.1 土壤液化 3
2.1.1 土壤液化機制 3
2.1.2 土壤液化造成之災害 4
2.2 地震危害度分析 7
2.2.1 機率式地震危害度分析(Probabilistic Seismic Hazard Analysis, PSHA) 7
2.2.2 震源分類與模式 8
2.2.3 震源特性參數 17
2.2.4 地動預估式(GMPE) 18
2.2.5 邏輯樹 22
2.2.6 參數拆解 23
2.3 土壤液化簡易評估法 25
2.3.1 雙曲線函數液化評估法(HBF法) 25
2.3.2 NCEER法 29
2.3.3 Tokimatsu 與Yoshimi 簡易經驗法(T-Y法, 1983) 33
2.3.4 AIJ法 36
2.3.5 日本道路協會簡易經驗法(JRA96法) 39
2.4 空間內插法 42
2.4.1 距離反權重法 (Inverse Distance Weighting, IDW) 42
2.4.2 平滑曲線法 (Spline) 42
2.4.3 趨勢面法 (Trend) 43
2.4.4 克利金法(Kriging) 43
2.5 彰化縣土壤液化評估研究 46
2.5.1 彰化縣地形與地質概述 46
2.5.2 歷年土壤液化評估研究 48
2.6 機率式液化潛勢評估 54
2.6.1 Return Period of Soil Liquefaction (Kramer and Mayfield, 2007) 54
2.6.2 SPT液化機率及損害評估模式之建立與應用(黃富國,2008) 57
第3章 研究方法 62
3.1 研究流程 62
3.2 鑽探資料 63
3.3 液化評估分析方法 64
3.3.1 定值式液化危害度分析 64
3.3.2 機率式液化危害度分析 68
3.4 液化潛勢圖 80
第4章 分析結果與討論 81
4.1 土壤液化分析結果 81
4.1.1 定值式液化分析結果 81
4.1.2 機率式液化分析結果 107
4.1.3 定值式與機率式液化分析比較 115
4.2 液化潛勢圖 124
4.2.1 定值式-1液化潛勢圖 124
4.2.2 定值式-2液化潛勢圖 131
4.2.3 機率式液化潛勢圖 134
4.2.4 定值式與機率式液化潛勢圖比較 138
4.3 機率式成果應用 149
第5章 結論與建議 158
5.1 結論 158
5.2 建議 158
參考文獻 160
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