以動態離心模型試驗模擬淺基礎建築物於層狀液化地盤之受震反應

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邱笙輔(CIOU,SHENG-FU) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

以動態離心模型試驗模擬淺基礎建築物於層狀液化地盤之受震反應
(Centrifuge modeling on seismic responses of building with shallow foundations in multi-layer liquefiable ground during earthquakes)

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摘要(中)

土壤液化對建築物、土石壩、橋梁、港口和地下管線都有很大的影響。許多地震會導致地盤液化，造成大規模性災難與經濟損失。因此，了解土壤液化對於結構物的影響，是一重要課題。利用離心模型試驗來研究地震引致的地盤液化，已被證明，是一有效並具有良好試驗結果之方法。
本研究設計兩種不同樓層數(1與3層樓)之淺基礎建築物模型，利用中大地工離心機於65g離心力場下進行模型試驗，並藉由試體中安裝之加速度計、孔隙水壓計、線性差動可變變壓器(LVDT)、雷射位移計(LDT)及土壓力計，分別量測各項物理量之受震歷時，探討淺基礎建築物於液化地盤上之受震反應。
研究結果顯示:(1) 砂土試體在土壤未達液化狀態時，有明顯加速度振幅放大效應；但當地盤產生液化現象時，液化層會阻隔振波的傳遞，對建築物有振動衰減之效果；(2)建築物越重時，受震後所產生的沉陷量會越大；(3)建築物之沉陷會隨輸入振動的增強而增加，且大部分的沉陷都在震動期間所產生；(4)當施加震動越大時，液化層深度會越深，且土層液化狀態維持時間較長，超額孔隙水壓消散所需的時間也較為長久。(5)地表的緊砂層，減少地表的最大加速度振幅，更能大幅度降低地表沉陷量與建築物沉陷量。

摘要(英)

The effects of liquefaction on foundations of buildings, bridges and other structures, as well as on ports and buried lifelines, cause large economics losses in many earthquakes.This research is a project for studying post-earthquake settlement and deformation behavior of buildings with shallow foundations in liquefiable ground using dynamic centrifuge tests.
In this research, a centrifugal scale-down model was specifically designed and tested at 65g. The model buildings used in the study have two different weights and in the different sand grounds saturated with viscous fluid. Several accelerometers, pore water pressure transducers, linear variable differential transformer (LVDT), laser displacement sensor and earth pressure cells were installed to measure the seismic responses.The measured data included the generation of pore water pressure the ground and the displacement histories of the ground and building during shaking.
Based on the model test results, the following conclusions are made: (1) In liquefiable ground, liquefied layer will isolate the vibration that progagate to the buildings. (2) After earthquake shaking, the heavier the building the settlement ,the larger. (3) The settlement of Buildings settlement increase with the increasing of the input vibration. (4) The liquefied depth of sand layer increases with the increasing of input.(5) By setting the dense sand layer on the ground surface can significantly reduce the settlement of ground and building.

關鍵字(中)

★ 淺基礎
★ 土壤液化
★ 沉陷
★ 離心振動台試驗

關鍵字(英)

★ shallow foundation
★ soil liquefaction
★ settlement
★ centrifuge shaking table test

論文目次

摘要 i
Abstract ii
致謝 iii
目錄 iv
表目錄 vii
圖目錄 viii
第一章緒論 1
1-1 研究動機與目的 1
1-2 研究方法 3
1-3 論文架構 4
第二章文獻回顧 5
2-1 土壤液化 5
2-2 離心模型原理 6
2-2-1 離心模型之基本相似律 7
2-2-2 動態離心模型之基本相似律 8
2-2-3 模型模擬 10
2-3 試驗用孔隙流體 10
2-4 液化地盤建築物受震相關研究 11
2-4-1 弱黏土和鬆砂之動態特性 11
2-4-2 土層密度與滲透性對液化地盤沉陷之影響 12
2-4-3 側向循環加載試驗與振動台試驗 13
第三章試驗方法與試驗設備 24
3-1 試驗方法 24
3-2 試驗土樣及基本性質 24
3-3 儀器設備與相關設備 25
3-3-1 地工離心機 25
3-3-2 中大離心振動台與資料擷取系統 26
3-3-3 積層版試驗箱 26
3-3-4 建築物模型 27
3-3-5 各式量測工具 27
3-3-6 移動式霣降機 29
3-4 試驗準備步驟與流程 29
3-4-1 前置作業 29
3-4-2 重模試體製作 30
3-4-3 土壤試體飽和 31
3-4-4 離心機繞行前準備與振動試驗 32
第四章試驗結果與分析 52
4-1 試驗規劃 52
4-2 試驗內容 53
4-3 載重引致土體中垂直應力之增加 55
4-4 升g 過程變化 56
4-5 加速度歷時比較 57
4-5-1 一層樓高建築物之加速度歷時 57
4-5-2 三層樓高建築物之加速度歷時 59
4-5-3 建築物高度與土層深度對加速度歷時的影響 61
4-5-3-1 土壤未液化前之加速度放大反應 61
4-5-3-2 土壤液化後之加速度放大反應 62
4-5-4 土層的初始剪力波速與主頻計算 62
4-5-5 建築物與土層的頻率特性 63
4-5-6 加速度歷時小結 64
4-6 超額孔隙水壓歷時比較 64
4-6-1 輸入不同震動強度時之超額孔隙水壓歷時 65
4-6-2 不同樓層高度與基礎建築物之超額孔隙水壓歷時 65
4-6-3 土層之超額孔隙水壓比歷時 67
4-7 建築物與自由土層沉陷量比較 68
4-7-1 一層樓高建築物之沉陷歷時 69
4-7-2 三層樓高建築物之沉陷歷時 70
4-7-3 各試驗沉陷量整理 71
4-7-4 振時與振後沉陷量 72
4-7-5 土層沉陷造成相對密度與體積應變的變化 73
4-7-6 建築物受振時之旋轉行為 73
4-8 積層版試驗箱之側向位移歷時 73
4-9 建築物下方總壓力歷時 74
第五章結論 177
5-1 結論 177
參考文獻 178

參考文獻

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指導教授

黃俊鴻(Jin-Hung Hwang)

審核日期

2018-11-29

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