作者

林炳森

摘要

地工技術雜誌自民國七十二年元月創刊以來，一直秉持著「篳路藍縷，以啟山林」的精神，努力耕耘，同時也在地工界各位同仁的努力與支持下得以日益精進，如今已正式邁入第十年，在這特殊的日子裡，我們希望能「精益求精、更上層樓」，除每一期皆能準時與各位讀者見面外，自37期起將陸續推出「地工照片說明」與「地工人物」專欄，希望您會更喜歡。
本期地工技術雜誌以「風險性、可靠度、安全係數」作為主題，因為在工程實用上，常遇到安全性的考量問題。若安全係數提高，則趨於保守且工程經費大幅增加﹔若安全係數降低，則風險性提高，兩者之問如何取捨，一直是工程師們所困擾的問題，故本期特別介紹如何將不確定性與風險性用於安全係數之評估上。
一般對安全性的量度通常是採用安全係數，它是極限荷重（ultimate load）對施加荷重（applied load）之比值。若施加荷重與極限荷重兩者皆為可完全決定的（deterministic），則安全係數大於1表示結構物是安全的﹔但是大部份工程問題，這兩者皆為不可完全決定的數量，例如在一結構物上之活荷重、風荷重與地震力…等，都是隨時間而變化，或是土壤之非均質性使得大地工程之設計與施工存在許多不確定性。這些不確定性可能來自鑽探資料不充足、在取樣與試驗時之擾動、樣品之不均向性、實驗室與現場荷重條件之差異以及用來描述問題之數學式並不合適…等。機率理論能夠應用至安全性之合理分析上，在此分析中，施加荷重與土壤強度皆被考慮為隨機變數，若施加荷重與土壤強度之分佈函數為己知的話，則可靠度與安全係數之關係即可求得。可靠度設計之發展可追溯至二次大戰時，美軍電子裝備不盡完善，為避免裝備故障引發任務失敗與生命損失等問題，美國三軍即進行相關研究，1952年成立電子裝備可靠度顧問組（AGREE），主要在研究複聯電子結構之需求、強度與維護裝備之可靠度設計。近數十年來，可靠度於大地工程亦廣泛地運用在邊坡穩定、土壤液化、承載力與壓密沈陷分析上。
本期地工技術專輯，很榮幸邀請到陳俶季教授的「機率方法於大地工程之應用」，謝明志、賴聖耀與李豐博先生的「以模糊邏輯推估地震強度實例研究」，楊清源、余明山與鍾毓東先生的「路堤可信度設計法之介紹」、周功台先生的「淺談大地工程設計之安全係數」，褚炳麟教授與李泰明先生的「鋪面設計風險性分析」…等六篇大作，就有關風險性，可靠度與安全係數之問題提出詳盡之介紹。這六篇文章中首先檢討機率方法應用於大地工程之研究發展現況，接著討論某些常用不定性分析技術，安全係數與風險性之關係，提出如何將不定性與風險性用於安全係數之評估上，並以工程實例說明，以提供國內地工界同仁參考，例如土壤液化、路堤設計、鋪面設計、邊坡穩定、深開挖工程與土石壩填方速率對其穩定性之影響。在討論不定性分析技術時，除可靠度理論外，尚有模糊集（fuzzy）、專家系統理論，謝明志先生，利用模糊邏輯理論，可推估過去或目前未裝設強震儀地區之地震強度，甚有價值。但是機率分析，並非「萬靈丹」，因為在目前施加荷重與土壤強度之分佈函數並非完全瞭解，所以必須作很多簡化之假設。不幸的是，因為正確的機率函數還不是很普遍，破壞情況之描述並未合理，誤差的大小仍是未知數﹔所以在機率分析方法方面，仍有賴學術界與工程界之努力與配合以發展出更可靠的設計方法。最後謝謝提供文稿之學者、專家，使本期內容更加充實，同時對義務審稿委員之協助，以及贈言人顏院長對本刊物提昇至「國際水準」之期許，謹致由衷之謝忱。

作者

顏聰

摘要

經過將近十年的努力耕耘，地工技術雜誌已由草創時期的粗曠豪邁，進入精緻而高水準化的成熟期。諸位主其事與編輯先生們的全心投入和奉獻精神，令人激賞而欽佩，有此成就絕非偶然。今能為雜誌美言幾句，實感榮幸。
大地工程蛻變自土壤力學、基礎工程、工程地質乃至於地球科學，是地球上一切土木建築結構的根基。舉凡房屋建築、道路、橋樑、水壩、隧道、港堤等，無不以大地工程為基礎﹔其所涵蓋的範圍顯然廣泛而複雜，要完美的執行工程建設，必須同時兼具精深的技術和宏偉的眼光與魄力。
目前正值六年國家建設大力推展之際，龐大的八兆二仟多億元總經費中，幾乎有一大半將投注在公共工程建設上，其中大地工程必然要扮演最重要的角色。個人因而不揣冒昧，提出以下幾項課題，或可給大地工程界的朋友們做為參考：
(1)從工程技術的改善去提升工程品質是根本之道，也是降低建設成本的捷徑。地工技術的建立，須從室內試驗延伸放大到現場試驗，以供實用設計與施工的參考。如此則技術的精確度與設計上安全係數的適恰研定最具挑戰性。
(2)高科技的引進和落實生根，是我輩學界與工程界的責任。大地工程中的深開挖技術、隧道工程、智慧型及自動化監控技術等都是國內急待建立的高科技。
(3)含蘊寬潤的大地工程，在實務設計上最需要長期累積的經驗來強化室內和現地試驗的研究成果。學界與工程界之間、研究心得與經驗的交流極具意義。
(4)台灣島上可供營建使用的砂石料源，已漸趨枯竭，供需呈現不平衡的情形也日益嚴重。今後如何配合地工技術做合宜的規劃與開發，已是刻不容緩之事。
面對即將邁入的廿一世紀，新局面下的新挑戰在所難免。對於地工技術雜誌的既有成就，在肯定之餘，更預期能於往後幾年內，逐步轉變成國際性刊物，帶動國內大地工程技術，躍上國際學術舞台，一展雄風。

英文篇名

APPLICATION OF PROBABILISTIC METHOD IN GEOTECHNICAL ENGINEERING

作者

陳俶季

摘要

本文主要在討論機率方法在大地工程上之應用。首先檢討機率方法應用於大地工程之研究發展現況，接著討論某些常用之不定性分析技術。文中亦討論安全係數與風險之關係，並提出如何將不定性與風險用於安全係數之評估上。最後則提出機率方法之研究所必須注意處，以及此領域之研究方向。

英文摘要

The application of probahilistic method in geotechnieal engineering is reviewed here. The progress that has been made in this area is addressed. Followed by the discussion of some of the commonly used Techniques in uncertainty analysis. The safety factor concept is also reviewed in great detail. Finally some cautions required in any probabilistic study are mentioned, along with the possible direction of some future work in this area.

英文篇名

PRACTICAL STUDY FOR ESTIMATING EARTHQUAKE INTENSITY BY FUZZY SET

作者

謝明志、賴聖耀、李豐博

摘要

本文係依據民國48年8月恆春烈震調查報告（呂新民，民國49年）房屋損壞記錄，利用模糊集理論來推估該次地震之強度。分析之方法乃先將土埆房屋損壞情況分成全毀至無損等五個等級，將烈震調查報告所列之全倒，半倒，大破，小破等記錄乘以適當之權重，製作出各級損壞之相對頻度（relative frequency）分佈表，另依據該報告房屋全潰率推估最大震度為滿洲鄉港口村的0.3g，設此強度為該次烈震的最大強度級數，而將強度級數分成六級，這些級數並非確定的數值，而是具有邊界模糊的鐘形分佈，再仿效Juang & Elton（1986）分析1886年美國南卡州Charleston烈震的方法，各以四種模糊集分析法來分析恆春等三鄉鎮之震害資料。分析結果可得在該次烈震時滿洲鄉的強度可能0.3g，恆春鎮可能為0.2g，車城鄉為0.1g，此結果與該次烈震調查報告依照房屋全潰率推定的結果極為接近，但該報告只考慮房屋全毀之災情，本文則對房屋無損至全毀等災情分五個等級做全面的考量。在實際應用上，將來可依本文方法，去推估台灣更早期的地震強度

英文摘要

This paper using fuzzy set theory and building damage records collected from Hengchun Earthquake, 1959, estimated the earthquake intensity in Hengchun, Manchou, and Cherchen.
Firstly we divide the building damage into five classes, then, multiplied them with proper weight to yield the relative frequency for each damage class.
On the other hand, we separate the earthquake intensity collected from this area into six grades with fuzzy distribution.
Finally, based on analytical method presented by Juang & Elton（1986）, we estimate the intensity in Hengchun, Manchou and Cherchen.
The results are similar to that of Lu's, which were evaluated by the total damage ratio in the earthquake report of 1959.

英文篇名

RELIABILITY ANALYSIS IN PAVEMENT DESIGN

作者

褚炳麟、李泰明

摘要

鋪面工程是一門具有相當「不確定性」的工學，從鋪面設計、施工、使用績效、維護與整修等各方面而言，都具有不確定性。但以往鋪面工程師從事鋪面工程設計等工作時，往往太過於強調設計服務年限，而忽略其變異性，因此產生諸多困擾。本文將從統計變異觀念出發，提供一些與鋪面相關的例證，並說明其變異對鋪面設計的影響。最後進行一些鋪面設計風險性分析（risk analysis），或稱可靠度分析（reliability analysis），以供從事鋪面設計者之參考，亦藉以協助瞭解鋪面設計的真義。

英文摘要

Because of the variability in the pavement design, construction, maintenance, and rehabilitation, the pavement engineers, in Taiwan, are always facing the problems of design service life of pavement instead of its variability. In this paper, the concept of statistical variability is introduced. It is important for pavement engineers to have a basic understanding of the variations associated with pavements, it will help the engineer to understand pavement performance, the need for reducing variation in constrution, and reducing the impact of variation on design adequacy.

英文篇名

INTRODUCTION TO THE RELIABILITY-BASED DESIGN OF EMBANKMENTS

作者

楊清源、余明山、鍾毓東

摘要

大地工程師沿襲前輩的傳統，習慣將大地工程視為一門具有藝術內涵的工程科學。對於大地中特有的不確定因素和風險，工程師都慣於以個人經驗或感覺，做一定性判斷或評估，而後反應在工程設計中。時至今日，可信度設計或風險性評估的概念，在各種工程領域中都逐漸被接受，大地工程師自亦感受此種衝擊，但是以大地工程的特殊環境及長久以來的傳統，可信度設計的觀念要被接受、實施，恐怕還有很長的一條路。
路堤可信度設計是大地工程中目前發展稍具成熟度的可信度設計法，本文比較其與傳統路堤設計法之不同，並介紹Matsuo（1983a）發展的簡易可信度設計方法，探討如何求得破壞機率（PF）用以評估設計方案做最佳化分析。另外，對於配合砂樁改良之路堤設計，Matsuo（1983b）亦發展一套藉由迴歸分析理論所做的可信度設計法，文中也將介紹。

英文摘要

There are some uncertainties and bias existing in the traditional design of embankment due to the complicated nature of soil layer. For the reason that undrained strength is the most sensitive factor in the design of embankment of clayed layer, this paper presents Matsuo's（1983a,b）reliability-based design method which considers the undrained strength as a random variable.
Using the simple charts, Matsuo's（1983a）method made the procedure for determination of the safety factor, probability of failure and corresponding critical failure circle more practical and easy to be accepted. Furthermore, as the weak clay layer was improved by the sand compaction pile, multi-variable regression together with an approximate method were conducted to derive the safety factor and to define the probability of failure. Besides, the optimum design of embankment which evaluates the optimum angle of slope and alternative construction method can also be achieved herein by Matsuo's （1983b）method.
As a concluding remarks, the reliability-based design method of embankment is feasible. However, the traditional design method is still the more useful way until the capability of the reliability-based design method can be verified and accepted based on more informations from site and research from laboratory.

英文篇名

SAFETY FACTORS IN GEOTECHNICAL ENGINEERING

作者

周功台

摘要

大地工程設計對安全係數大小之考慮原則與一般土木工程構造物設計相同，主要係著眼於所完成的工程構造物，於使用年限（Service Life）期間其組成構件在最大載重及外力，以合理的發生機率之作用情況下，仍處於安全狀態並保有原設計使用功能，免於發生構造物破壞、失敗及造成重大損失。至於安全係數值的大小之取擷，通常係視設計資料、構造物阻抗強度、載重與外力等的可靠性；分析模式、方法的精確性、施工與維護的品質；構造物使用年限內發生破壞的機率與後果的嚴重性；試驗觀測值與以往實際經驗的完整性；經濟性；以及政策性考慮等多方面的綜合衡量結果而定〔Meyerhof（1970），Melchers（1987）〕。

英文摘要

In order to ensure freedom from danger, loss, or unacceptable risks due to uncertainties in problems of geotechnical design and construction. Safety factors are required to introduce into the geotechnical design as structural design. The criterion of safety and reliability in geotechnical engineering are usually expressed in terms of total safety factors or partial safety factors. A brief introduction to the concepts of them are presented in this paper. The magnitude and range of customary total safety factors in foundations, earthworks and slope, earth retaining structures and excavation design are roughly discussed, Because of levels of uncertainties（amounts and qualies of data, facility pereormance, and so on）vary from local to foreign, So it is suggested that more advanced efforts are expected to provide an adequate magnitude of safety factors for local design works.

英文篇名

PROBABILITY ANALYSIS OF THE EFFECTS OF FILLING RATE OF EARTH DAM ON ITS STABILITY

作者

林炳森、王文傑、吳東霖

摘要

臺灣地處亞熱帶，氣候潮濕多雨，因此在工程施工規劃與工期預估時，均會考慮雨季所可能的影響，而本省工程單位在興建土壩時，亦常因天雨而無法施工，迨雨停時需翻鬆因浸水膨脹之表土，俟其含水量略達最佳含水量後再重新輾壓，費時甚長。若能在不影響土體穩定之條件下，加快施工速率，使工期縮短，除可減少先期防災結構物如導水隧道、上游擋水壩之尺寸，節省工程費用外，亦可降低工程風險。
就穩定分析之觀點言，土壤材料不均、漸進式破壞（Progressive failure）時土壤強度減弱、孔隙水壓增加、地質條件與環境因素均足影響土石壩穩定。此外施工品質不良，不同借土區取料引起材料性質不均，皆足使土壤變異性增大而偏離設計值。因此雖然以力學平衡觀念發展且被認可之邊坡穩定分析方法至少超過十種，卻無任何方法肯定其分析結果能確實掌握邊坡特性，因為土壤參數之變異性與不確定性，對穩定分析均具相當之敏感度（Sensitivity），計算最後所得之安全係數，為工程師所賴以設計之依據；故安全係數與其伴隨之臨界破壞面之判定是否可靠，應需進一步檢討。
本文擬以極限平衡法中之Bishop修正法，引入可靠度（Reliability）之機率觀念，討論填壩速率與其穩定性之關係，選取某一破壞面，考慮各項分析參數之變異性，以可靠度模式，分析其穩定性，最後以機率觀念，解釋填壩速率對壩體穩定性之影響。

英文摘要

Damp weather and rainfalls of the Subtropics have always appeared to have great impact on construction plan and design in Taiwan. The construction schedule of earth dam is often stagnated and prolonged during rainy season by the soil submerged by rainwater, which needs to be recompacted by loosening soil when the rain stops until optimum water content of the soil is reached.
In view of the fact that accelerating the filling rate may curtail the actual time needed and in turn decrease the cost and risks of construction, this article aims to determine the relationship between the filling rate and the stability of earth dam by means of limit equilibrium, statistical analysis and probabilistic approach.
The results reveal that filling rate has greater effects on the core of the earth dam than on its stability as a whole.

英文篇名

THE FLAT DILATOMETER TEST AND ITS APPLICATION

作者

蘇百加、黃建隆、陳煌銘

摘要

Marchetti教授1975年於義大利發明現地平鈑膨脹儀試驗（Flat Dilatometer Test，簡稱DMT），主要在量測土壤模數，並可運用於側向荷重樁及沈陷等問題之分析。隨後改良平鈑膨脹儀設備，致力於試驗之研究，至1980年已成功依據試驗結果區分各種土壤性質，並發展一系列經驗關係式推估土壤之靜止土壓力係數、過壓密比、排水拘束模數及排水剪力強度等大地工程參數。嗣後Schmertmann（1982），Jamiolkowski el a1.（1985），Baldi et a1.（1986），Konrad（1988），Lunne el a1.（1989）．．．等諸多學者陸續參與DMT研究，利用現場試驗、大型校正室試驗或相關試驗，獲得各項工程參數推估之理論式、經驗及半經驗式，並檢校各經驗、半經驗式之適用性與準確度。工程上則廣泛運用於承載力、沈陷量分析（Schmertrnann，1986；Leonard and Frost，1988）、土壤改良成效檢測（Schmerlmann，1986；Lacasse and Lunne，1986）、液化潛能評估（Robertson and Campanella，1986）、樁基礎分析（Marchetti el a1., 1986）。
基於儀器改良及各項研究成果的累積，DMT已發展為操作簡單、迅速、經濟、準確、值得信賴的現場試驗，並獲得普遍採用。本文就平鈑膨脹儀試驗之儀器設備、試驗方式及試驗結果在大地工程上之運用作簡單介紹。

英文摘要

The field Flat Dilatometer Test（DMT）is used popularly in Europe and America over the last decade. The test is carried out in-site by pushing into the soil a blade-shaped probe that has an expandable steel membrane on one side, then the operator performs the DMT by expanding this membrane. This paper describes recently developed status of the test, test equipment, test ocedures, and a series of empirical correlation between test results and some geotechnical parameters are summarized. Also, the application of DMT in geotechnical engineering for analysis are discussed. A typical result of DMT performed in Yun-An, Southen Taiwan is presented, and well compared with other tests