以離心模型試驗探討沉箱碼頭之受震反應及復建補強對策

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張志鵬(Zhi-peng Zhang) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

以離心模型試驗探討沉箱碼頭之受震反應及復建補強對策
(Centrifuge modeling on seismic responses of caisson type quay wall with reformation backfill during earthquake)

相關論文

★ 砂土層中隧道開挖引致之地盤沉陷與破壞機制及對既存基樁之影響	★ 以離心模型試驗探討逆斷層作用下單樁與土壤互制反應
★ 攝影測量在離心模擬試驗之應用-以離心隧道模型之地表沉陷量量測為例	★ 沉箱式碼頭受震反應的數值分析
★ 軟土隧道襯砌應力與地盤變位之數值分析	★ 沉箱碼頭受震反應及側向位移分析
★ 潛盾隧道開挖面穩定與周圍土壓力之離心模擬	★ 地理資訊系統應用於員林地區液化災損及復舊調查之研究
★ 黏性土層中隧道開挖引致之地盤沉陷及破壞機制	★ 砂土層中通隧引致之地盤變位及其對既存基樁的影響
★ 既存隧道周圍土壓力受鄰近新挖隧道的影響	★ 以攝影測量觀察離心土壩模型受滲流力作用之變位
★ 通隧引致鄰近基樁之荷重傳遞行為	★ 潛盾施工引致之地盤沉陷案例分析
★ 以離心模型試驗探討高含水量黏性背填土加勁擋土牆之穩定性	★ 懸臂式擋土壁開挖之離心模型試驗

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摘要(中)

現今的港灣碼頭多設置於人工回填地，但此種地盤飽和度高且鬆
軟，受震時容易產生土壤液化的現象，當液化發生時，擋土的沉箱結
構受到慣性力的影響朝海側位移，使碼頭後方的背填土產生沉陷、滑
動等現象，造成其後線作業區的損壞因而長期停用，導致龐大的經濟
損失。本研究以離心模型試驗模擬重力式沉箱碼頭的受震反應，並探
討其振動模式對於沉箱碼頭系統的沉箱–土壤互制行為的影響，再以
改良後的背填土進行試驗，觀察其對沉箱碼頭系統受震反應的影響。
本研究將縮尺後的沉箱碼頭模型置於試驗箱，以80 倍純水黏滯
度的黏滯液體模擬孔隙水，在80g 的離心力場下進行試驗，並在試體
內部配置加速度計、孔隙水壓計、土壓力計等量測各物理量的變化，
試體外部則以線性差動變壓器（LVDT）量測其變位。
試驗結果顯示：(1)以黏滯液體代替水作為飽和溶液，可以有效
的模擬出更真實的動態反應，例如孔隙水壓的激發與消散等；(2)改
良後的試體會阻斷基礎砂層的排水路徑，在振動時會使基礎層的超額
孔隙水壓難以消散，因而容易液化；(3)背填土經過改良後可以有效
降低其沉陷量，改良區域沉陷量較未改良相比僅有四分之一；(4)經
過改良的試體，受到旋轉模態影響較大，其旋轉中心有朝海側發展的
趨勢。

摘要(英)

The harbor often set in the artificial fill ground. But such of this sites
have high saturation and loose sand. So when it shake, the soil will
damage by liquefaction easily. Liquefaction will make the quay wall
move toward the sea side by inertial force, and settlement of the backfill
behind the quay wall. So that the area of working will out of service long
time, induce huge disadvantage of economic.
In this research use the centrifuge model simulate the caisson type
quay wall’s response during earthquake. And discuss the effect about the
soil-structure inter action from mode of shaking. Then using the
reformation soil replace the loose backfill and observe the result of the
response during earthquake.
The conclusion is: (1)using viscous fluid replacing water is a better
approach to simulate the real response of quay wall during earthquake
(2)The reformation soil will cut the path of drainage of the void fluid of
the foundation soil under the quay wall. (3)The reformation backfill will
reduce the settlement effectively (4)The rotation mode of shaking will
affect the test with reformation backfill more than the test without
reformation backfill.

關鍵字(中)

★ 背填土改良
★ 沉箱振動模態
★ 主頻
★ 沉箱旋轉中心
★ 沉箱式碼頭
★ 超額孔隙水壓

關鍵字(英)

★ rotation center of quay wall
★ predominant frequency
★ caisson type quay wall
★ excess pore pressure
★ vibration modes of quay wall
★ reformation backfill soil

論文目次

摘要 ……………………………………………………………… i
目錄 ……………………………………………………………… v
表目錄 ……………………………………………………………… vii
圖目錄 ……………………………………………………………… viii
第一章緒論………………………………………………………… 1
1-1 引言………………………………………………………… 1
1-2 研究目的與動機…………………………………………… 2
1-3 研究方法…………………………………………………… 2
1-4 論文內容…………………………………………………… 3
第二章文獻回顧…………………………………………………… 4
2-1 土壤液化機制及其引致之破壞…………………………… 4
2-1-1 土壤液化研究的源起……………………………………… 4
2-1-2 土壤液化的定義…………………………………………… 4
2-1-3 土壤液化引致之破壞……………………………………… 5
2-2 重力式沉箱碼頭結構特性、破壞類型與機制…………… 7
2-2-1 重力式沉箱碼頭結構特性………………………………… 7
2-2-2 重力式沉箱碼頭破壞類型與機制………………………… 8
2-3 台中港與國內外案例比較………………………………… 10
2-3-1 國內外地震引致港灣碼頭損壞案例……………………… 10
2-3-2 港灣碼頭地震案例的現地破壞…………………………… 11
2-4 模型試驗與數值模擬……………………………………… 12
2-5 離心模型原理………………………………………………14
2-5-1 離心模型之基本相似律…………………………………… 14
第三章試驗土樣、試驗設備及試驗方法………………………… 34
3-1 試驗土樣與土壤改良材料………………………………… 34
3-2 試驗儀器與設備…………………………………………… 34
3-2-1 地工離心機………………………………………………… 35
3-2-2 單軸向震動台……………………………………………… 35
3-2-3 固壁式蜂巢試驗箱………………………………………… 36
3-2-4 重力式沉箱碼頭縮尺模型………………………………… 37
3-2-5 移動式砂土霣降儀………………………………………… 37
3-2-6 量測儀器…………………………………………………… 38
3-3 重力式沉箱碼頭離心模型試體製作方法與流程………… 40
3-3-1 試體的準備………………………………………………… 40
3-3-2 試體霣降及放置各類感測器與土層變位計……………… 40
3-3-3 試體的飽和過程與方法…………………………………… 42
3-3-4 架設LVDT於試體上……………………………………… 42
3-4 試驗流程與方式…………………………………………… 43
第四章試驗數據處理與分析……………………………………… 64
4-1 試驗目的與說明………………………………………… 64
4-2 沉箱碼頭試驗出使平均剪力波波速…………………… 66
4-3 沉箱碼頭試驗土層動態反應分析……………………… 67
4-3-1 土層受震狀態下的加速度動態反應……………………… 67
4-3-2 土層受震狀態下的位移動態反應………………………… 68
4-3-3 土層受震狀態下的孔隙水壓動態反應…………………… 70
4-4 沉箱碼頭試驗沉箱動態反應及沉箱–土壤互制行為分析 72
4-4-1 沉箱結構之物理分量……………………………………… 72
4-4-2 沉箱模型之加速度歷時…………………………………… 74
4-4-3 沉箱模型之位移歷時與旋轉角歷時……………………… 75
4-4-4 沉箱模型之超額孔隙水壓比歷時………………………… 76
4-4-5 沉箱模型之土壓力增量歷時…………………………… 78
4-4-6 沉箱模型的旋轉中心歷時………………………………… 78
4-5 沉箱碼頭試驗動態反應分析小結………………………… 79
4-6 沉箱碼頭系統的相位特性………………………………… 79
4-6-1 沉箱模型運動模態的相位………………………………… 80
4-6-2 沉箱模型運動模態的相位與超額孔隙水壓比之關係…… 81
4-7 沉箱碼頭系統的頻率特性………………………………… 82
4-7-1 以FFT討論沉箱碼頭之頻率特性………………………… 82
第五章結論與建議………………………………………………… 135
5-1 結論………………………………………………………… 135
5-2 建議………………………………………………………… 135
參考文獻 ……………………………………………………………… 137
附錄一 ……………………………………………………………… 139

參考文獻

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勘查及原因研究分析報告」，四川土木大地技師事務所(1999)。
2. 李崇正、吳秉儒、熊大綱，「以離心模型的震動台試驗探討沉箱碼頭的側
向擴展」，地工技術，(2000)。
3. 李崇正、陳慧慈，「集集大地震中港穀類碼頭側移及沉陷初勘」，港灣報
導季刊，No. 50，第1-10 頁，(1999)。
4. 李佳翰，「沉箱式碼頭受震引致土壤液化之數值模擬」，碩士論文，國立
中央大學應用地質研究所，中壢(2001)。
5. 馬志睿，「沉箱式碼頭受震反應之數值分析」，碩士論文，國立中央大學
土木工程學系，中壢(2001)。
6. 陳婷，「水泥改良砂土之動靜態剪力強度特性」，碩士論文，國立中央大
學土木工程學系，中壢(2011)。
7. 郭玉潔，「探討積層版試驗箱進行動態離心模型試驗之邊界效應」，碩士
論文，國立中央大學土木工程學系，中壢(2009)。
8. 黃國祥，「滑動塊體分析法及其應用在港灣重力式擋土牆之研究」，博士
論文，國立臺灣大學土木工程學系，台北(2002)。
9. 蔡晨暉，「以離心模型試驗模擬沉箱式碼頭之受震行為」，碩士論文，國
立中央大學土木工程學系，中壢(2011)。
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指導教授

李崇正(Chung-Jung Lee)

審核日期

2012-8-28

推文