作者

吳偉特

摘要

地震有關的問題無疑地是今天令工程師最為棘手的難題之一。一方面因為這一個領域的知識所隱含的未知數太多，以致於難以用單純的學理來解釋﹔另一方面也因為其複雜性，以至於至今沒有辦法在大學階段的土木工程教育中提供此類的知誠，而必須在研究所課程中才能列入。台灣地處環太平洋地震帶之中。任何重大工程建設必須考慮地震的因素，因此為了讓這些知識更具有普遍性，我們在這一期中特別選定土壤動力及地震工程為專題，希望能夠幫助工程界的同道們「登堂」。
在這一期中，我們邀得十一篇大作，包含十分廣泛﹔從理論到設計，從資料處理到現地研判，從地震到震動基礎，幾乎涵蓋了土壤動力學的最重要內容。這些知識的共同特點就是理論較多，數學繁複，與過去我們的內容相比顯然會比較理論化而深澀，但是，希望有興趣一窺堂奧的同道仍然能耐心閱讀，如果有任何問題均請來函討論，我們的作者一定樂意答覆。另外，我們也計劃在暑期中能夠以這一期為藍本，邀請作者講課，面對面地來討論這些問題，請拭目以待。
這一期中，我們央得中華工程公司的陳董事長宗文先生給我們贈言。陳先生是土木工程界的前輩，多年來參與國家建設，眼見著大地工程學的萌芽與成長，深知在未來的重大工程中大地工程仍必扮演重要的角色，因此他給我們指出未來應注意的重點與方向，盼望工程界的同道都能詳細閱讀這篇贈言，多加思索，必有所得。
隨著鐵路地下化工程的密鑼緊鼓，十四項建設也已呼之欲出。過去一段日子中，我們眼見耳聞國內各大工程單位均有不同幅度的改組，似乎在蟄伏過了不景氣的年頭後終於有了一展身手的表現機會，個個都摩拳擦掌，躍躍欲試。在這個升火待發的時候，我們願意再一次的呼籲：土木工程有久遠的歷史，粗壯的外形以及驚人的經費，希望這一次的再出發能帶進更多新的知識，新的工具，適當的自信心和慎密負責的工作態度，讓這個行業的產品在巨大之餘尚能流露出心思與智慧的痕跡。我們更希望所有參加工作的同道們都能心到手到，隨時記錄，在工程完成之時不只留下件件精美的產品，更能留下完整的資料和文獻，以啟發下一代的工程師。願與工程界的同道們共勉之。

作者

陳宗文

摘要

地工技術創刊以來，迄已二年，內容日趨精闢，顯示國內工程界專家學者均已體認地質土壤對工程本體之深遠影響，而將工程與其結合為一專門學問，實為進步之表徵。筆者從事土木水利工程事業數十寒暑，基於工作上之需要，曾引進多種穩固基礎之施工方法，惟其運用必先與地質師作不斷地研究，始能應用得宜，深感地質土壤為工程本體之基礎，土木工程師如不能對其有所瞭解，實無法以竟全功。惟由於地質之多變性，不易尋求單一之法則，有關實用理論亦多為半經驗或經驗公式，相互推演之結論，差異極大，故仍有賴在實際工作中不斷吸取經驗，以為輔助。

英文篇名

SOIL DYNAMICS AND GEOTECHNICAL ENGINEERING

作者

吳偉特

摘要

本文之目的，係介紹地震與機械震動之動力作用，引致之土壤問題與土壤行為，了解土壤性質對於地殼震動之影響，與波之傳播關係；以及基礎之振態特性，並配合土壤動力特性之測定，針對一般因振動引起之土壤液化，沈陷，土壤與基礎互制，擋土牆土壓，邊坡穩定等問題，進行基礎之設計與分析。

英文摘要

This paper describes the state-of-art on the subject at the time of final compilation as well as provides a basic insight to the reader for whom it may be the first exposure to soil dynamics.

英文篇名

DESIGN OF VIBRATING MACHINE FOUNDATION ON PILES

作者

陳煌銘

摘要

國內以往大部份振動機器基礎的設計，僅將基礎土壤的靜承載力加以折減，而按一般靜力分析方法設計基礎，更有甚者，不經任何分析，即直覺地設計－混凝土塊來支撐機器，完全不考慮承受振動力之基礎的動力反應，及振動能量之傳播，對鄰近結構物或人員的影響。因此，常有機器基礎振動過大，導致發生儀器失靈，底座基礎螺栓鬆動、底版發生裂縫、及操作人員無法忍受等現象。若因設計不善而謀求改善，將導致停機停工。而且機器常設置在廠房之內，又有各種管線相聯，改善工程不易施工，往往所費不貲。因此機器基礎設計時，應進行詳細的靜力與動力分析，並應就機器與基礎本身、鄰近機器與結構物、土壤結構及操作人員容許之動力反應加以評估。近年來，機器更趨向於大型且較精密，故正確的分析與設計更是不可或缺。
本文將介紹利用統括參數系統之質體──彈簧──阻尼盤模式（Mass-Spring-Dashpot Model）作振動機器基礎的動力分析方法，文中並引用Arya等人（1975，1977，1979）分析往復式與離心式機器基礎的實例作為說明範例，以供參考。

英文摘要

The “Equivalent Cantilever Concept” is used here to simplify the soil-pile-structure interaction problem, and to allow computation of equivalent spring constants for adopting the lumped paramenters vibrating system to analyze the response of pile-supported machine foundations. An actual case is analyzed with this method and the computed vibratory amplitudes are compared to those obtained by measurements. Results indicate that this method of analysis can be used as a tool in design of pile supported foundations subjected to vibratory loading.

英文篇名

DESIGN OF VIBRATING MACHINE FOUNDATION ON SOIL

作者

陳煌銘

摘要

振動機器一般常採用置於土壤之塊狀淺基礎來支撐，其動力分析則常採用〝統括參數振動系統（Lumped Parameter Vibrating System）〞之單一自由度（Single-Degree-of-Freedom）質體－彈簧－阻尼盤（Mass-Spring-Dashpot）模式（圖一）來模擬實際之基礎──土壤體系，再加以分析，此種分析方法可參考Whitman與Richart（1967）及Arya等人（1977，1979）或本期〝地工技術〞中，筆者另文。
若振動機器產生之不平衡力或力矩較大，而且基礎土壤性質很差，無法以經濟的方法加以改良時，則必須使用深基礎來支撐，一般皆使用樁基礎。承受振動力之基樁動力分析，牽涉複雜的土壤、基樁與基座的互制問題，尤其是在摩擦樁方面更是問題重重。因此，雖然最近數年來，有甚多學者從事此方面的研究，但大部份均偏重於承受地震、風力或波浪引致之側向動力之基樁動力反應研究，至今仍尚未有一套公認完整與確證的理論或方法可供實際應用。
本文主要討論〝相當懸臂樑理論（Equivalent Cantilever Concept）〞及其在基樁支撐之振動機器基礎之分析應用。當然，此種近似方法亦有其缺點，但由於曾被Nair等人（1969），Saul（1968），Singh等人（1977）及筆者（1979）等實際應用及印證，乃選擇此法詳細加以解說及討論。本文將首先概略討論常用之樁支撐振動機器基礎的分析理論及方法，然後針對相當懸臂樑理論及應用加以探討，並利用統括參數系統且配合此理論分析樁支撐之振動機器基礎的動力反應，同時與實際量測之機器基礎的振動相互比較。

英文摘要

This paper describes a practical method for carrying out the dynamic analysis for vibrating machine foundation on soils. The method uses a system of lumped masses, springs, and dashpots which is approximately equivalent to the actual foundation-soil system. Two example cases quoted from the papers by Arya et al（1975 and 1977）are illustrated to show the application of the method described herein.

英文篇名

SEISMIC DESIGN OF ABUTMENT PILES FOR HIGHWAY BRIDGES

作者

陳斗生

摘要

公路橋樑極易於地震時遭受破壞，其一般之破壞位置經常發生於橋墩部位，其原因不外基礎土壤之液化，填方之坍塌，地震時引起之高側壓力而產生過度之位移或橋樑結構本身之慣力而造成基礎之破壞；1964年日本Niigata大地震（規模7.5），同年美國阿拉斯加大地震（規模8.4），1968年紐西蘭Inangahna大地震（規模7），1970年新幾內亞Madang大地震（規模7.1），1971年美國加州San Fernando大地震（規模6.6）等眾所熟知的例子，皆造成無數公路橋樑之損壞。
美國聯邦公路局基於對地震時引起之橋樑破壞模式之研究結果，於1981年發表了橋樑地震設計指南，此報告對橋樑之結構設計方面相當詳盡，但對基礎部份卻未有明確之步驟與方法，乃於1983年委託富國公司作一系列之研究；本文之基樁部份，係利用樑柱電腦程式部份（亦屬該研究之一部份）。主要在探討地震設計時樁基礎之勁度特性，並分別介紹公路橋墩樁基礎之側向勁度（Stiffness）之決定，以及其受土壤液化與剪力強度弱化（Degradation）之影響初步研究結果。

英文摘要

Piles supporting highway abutments are highly susceptible to damage during earthquake. It is demonstrated that liquefaction and degradation of soils are major factors that affect the stiffness and directly influence the soil-pile interaction. Degradation seems to reduce the lateral capacity of piles greater than API prediction while because of uncertainty of‘N’value from SPT and strength parameters from laboratory testing, use of geophysical method and／or cone penetration test to obtain the strength parameters combined with engineering judgement are considered most appropriate and should be further developed.

英文篇名

COMPUTATIONS AND USES OF DYNAMIC EARTH PRESSURES

作者

翁作新

摘要

擋土設施如擋土牆，建築物地下室壁，鋼版樁等，皆須依據其所受之土壓力而設計。對靜態土壓力之計算與應用，在一般工程中時常遭遇，目前已有很豐富的經驗，因此設計上也比較有把握。而動態土壓力問題，雖然台灣位居地震頻繁之處，但真正加以仔細考慮分析而設計者非常少。建築技術之規則也無關於動態土壓之規定。一般設計常常不加考慮或只增加1.0T／m2左右之土壓力。然而有關地震時擋土設施之破壞時有報導，而且實測動態土壓力也比平時大（Seed and Whitman，1970，Nazarian and Hadjian，1979）。故於設計中考慮地震時之動態土壓力，以確保擋土設施之安全，實有必要。
地震時動態土壓力之作用相當複雜，受（1）土壤性質，（2）土壤與擋土設施之相對位移，（3）擋土設施之型態與勁度，（4）基礎之反應及（4）地震作用之特性等因素之影響。現有動態土壓力之分析方法有：
（1）完全塑性（擬靜態）分析──即Mononobe Okabe方法（Okabe，1924，Mononobe and Matsuo，1929），假設受地震作用時，擋土牆及背填土破壞情形與靜態之破壞情形相似。背填土沿一破壞面滑動，此時擋土設施所受之側向壓力即為動態土壓。
（2）彈性理論分析－－考慮地震時土壤所受作用應力在其彈性反應範圍之內，而由地震引起之彈性波在土壤介質內傳遞，並撞擊擋土牆面造成側向壓力。
（3）彈塑性及非線性理論－－考慮土壤之應力應變關係為彈塑性或非線性關係，並考慮土壤強度的影響。
第（1）（2）二種方法尚在發展階段，難以直接應用於工程設計上。目前一般擋土設施考慮動態土壓力皆以Mononobe-Okabe完全塑性方法分析之。

英文摘要

The fully plastic（Mononobe-Okabe）method for computing dynamic earth pressure was presented and discussed in details. In this method, the dynamic earth pressures on an earth-retaining structure subject to earthquakes can be considered equivalent to a static condition, in which the whole system of retaining structure and backfill materials is rotated by an angle so that the resultant of the weight and inertia force caused by the earthquake acting on the failure block of backfill is in the vertical direction. This concept can be used to consider the dynamic earth pressures for retaining structures with dry or saturated backfills of various properties, and surcharges on the backfill and wall inertia force can also be included. Some design considerations were also discussed considering the possible failure modes of the retaining structure during earthquakes.

英文篇名

EARTHQUAKE DATA ANALYSIS AND ITS BASIC APPLICATION

作者

羅俊雄

摘要

台灣位於環太平洋地震帶上，任何重要之建築物，如核能廠、高層樓房、大壩等設計，均須考慮地震的安全性。欲了解地震對結構物之影響，除對地震產生之原因要了解之外，有關地震資料研判之認識與了解，對地震本身及其對結構物之影響，亦佔有相當之份量，不可忽視之。
要從地震資料中獲取有用的工程設計數據與參數，地震資料之處理需先對測錄儀器與基準能加以修正後，才能應用於工程之中；本文主要之目的，即分別以地震資料之處理，與地震資料之基本應用加以介紹之。

英文摘要

This paper present some basic ideals of earthquake data interpretation and its basic applications. The data interpretation include the baseline correction and instrumental correction. The filtering technique can be used for baseline correction. From engineering point of view, the application of earthquake data can be listed in the following items: 1. Fourier Spectrum and Response Spectrum 2. Seismic hazard analysis--this include the identification of earthquake sources, determination of magnitude recurrence curve and construct the attenuation curves. 3. Correlation study-and principal component analysis. 4. Coherence study of earthquake data. 5. Analysis of strong motion array data--the SMART-1 array. 6. System identification of structural parameters based on the earthquake data.
These items may have a great help to the basic study of strong motion data. More advance study is necessary to make a better understanding of strong motion data. These items may have a great help to the basic study of strong motion data. More advance study is necessary to make a better understanding of strong motion data.

作者

SEISMIC GROUND RESPONSE ANALYSIS

關鍵字

林晉祥、趙炳焜

摘要

地盤（受震）反應分析，說得上是所有耐震分析與設計所跨出的第一步。地盤反應分析，可提供在某一地震波作用之下，地表與地下各點之間相互振動狀況。利用分析結果資料，可得據而判斷地面與地下結構物所可能遭受之外力，亦可得據以判斷在某一基準面上可能之地震波動，從而進行更複雜的土壤－－結構動力互制行為之分析。此外地盤反應分析，所提供地層中各點之變位應力，也可作為地盤中砂性土壤之液化或沈陷之研判依據。
本文介紹目前工程應用上地盤反應分析的方法，有關其來龍去脈，基本思維，基本公式之簡單推縯步驟，須要使用工具之建立，與常用SHAKE程式之使用。

英文摘要

This paper presents a general overview of the seismic ground response analysis for geotechnical engineers. Basic matrix formulations for such analysis are given in details. Emphases are also placed upon the preparation of input for the computer program SHAKE given only general geotechnical data. Various possibilities in the analysis, such as total stress vs. effective stress, equivalent linear vs. non-linear, frequency domain vs. time domain, are also touched upon.

英文篇名

MODIFICATION OF SEISMIC WAVE ON OVERBURDEN SOIL AND DAMAGE OF HIGHRISE BUILDING HIGHRISE BUILDING

作者

熊雲嵋、梁敬順

摘要

地震除了因斷層移動可直接引起損害外，它尚能藉地震波的傳播，將蘊積能量，傳到震源以外很廣大的地區造成災害。按照震動強度隨著震央距離增加而逐漸衰減的物理現象，近距離建築物之災害，似乎應該較遠距離之建築物為厲害。可是從許多震災後的調查發現，在被覆土層上高樓建築之災害，並非全然與距離成反比，往往在震央附近並無災害現象，而在相當距離以外建築物則全毀；此外在幾乎相同距離之建築物，亦發生有截然不同程度的震災。造成此等現象的發生原因，在排除建築物設計、施工、材料上的各項因素後，所能影響最大的就是基礎下土壤性質之差異程度。因此，覆土層性質不同而產生的震波修飾效應，引發了地震工程學者的重視與興趣。在配合理論與儀器的發展，經多年的研究，目前已可獲得完整的分析方法，供高樓耐震設計使用，而達到保障生命與財產的目的。
台灣地區位於環太平洋地震帶上，經常遭受地震侵襲，人口密集的都市鄉鎮之地質，多為沖積平原或盆地，地震來襲後，被覆土層對震波之修飾作用直接影響高樓安危與生命安全，故應列為當前研究之急務。本文係介紹有關問題之基本觀念，分析方法與影響效應，並輔以實例說明建築物震災與覆土層修飾作用之關係，供相關工程人員參考。

英文摘要

On the soft ground surface the modified amplification effect of seismic wave has pay much attention to engineering and academic study for a long time. This paper provide the developement of basic idea, analytical procedure for evaluating the influence of local soil conditions on ground surface motion. A case history was illustrated the relationship between highrise building damage and modification effect. All information presented is used for a refernece of earthquake engineer.

英文篇名

THE DAMAGE TYPES AND POTENTIAL EVALUATION OF SOIL LIQUEFACTION

作者

鄭文隆、吳偉康

摘要

土壤液化為土壤的破壞型式之一，意指土壤由彈塑行為轉變為液性行為。在古老的文獻中不乏對土壤液化的記載，但大都僅止於一種現象描述而已，真正對土壤液化（Soil Liquefaction）進行分析者可能要溯源自Hazen（1920）及Casagrande（1976）之研究，該兩分析係分別針對1920年及1938年左右美國加州Calaveras埧及蒙他納州Fort Peck埧破壞情形所作的研究，惟在那個時代土壤力學正值啟蒙期，土壤動力學尚未明顯建立，故有關液化的研究侷限於靜力破壞方面即土壤在單一方向荷重（Monotonic Loading）下造成之液狀化破壞，此與目前普遍化的液化問題研究在方向上不太相同。
目前之液化研究係以1964年為里程碑，其研究範疇以動力作用下之土壤破壞為主體。在1964年，日本新瀉地區（Niigata）及美國阿拉斯加地區（Alaska）分別發生了地震規模7.5及8.3的強震，造成了新瀉地區極戲劇性的液化破壞及阿拉斯加地區大規模的山崩，這二個強烈大地震在一年間震撼了整個工程界，更引發了二十年來土壤動力學領域裡最熱絡之一的液化研究。本文中有關液化之破壞及現地研制等敘述亦將針對地震引致之動力荷重加以檢討與分析。

英文摘要

In 1964, the famous Niigata earthquake and Alaska earthquake occurred and caused very huge disaster in both Niigata and Alaska area. Through the study of post-earthquake investigation, the damages caused by those two earthquakes were attributed mostly to the result of soil liquefaction. Since that time, the study of soil liquefaction has been very active in the field of soil dynamics.
Many researches and achievements have been done in the last twenty years, and people nowadays have already recognized the importance of liquefaction problem in dealing with an earthquake engineering design. Therefore, in this paper, the damage types of site and structures are summarried and described. Also, the evaluation of liquefaction potential of the Site by using the results of standard penetration test and cone penetration test are introduced as a reference for practice engineers when doing field judgements.

英文篇名

EFFECTS OF EARTHQUAKES ON EMBANKMENT DAMS

作者

張吉佐

摘要

臺灣位居環太平洋地震帶，地震活動頻繁，任何工程建設均應具備足夠之耐震能力。地震對於大壩之安全尤屬重要。壩體對地震之反應，係隨築壩材料、壩型、壩基地質情況等因素之不同而異。本文僅就地震對土石壩之影響，加以探討。
土石壩顧名思義係利用地表面之天然土石，或人工炸石為主要築壩材料，建造於岩盤或土壤基礎之蓄水構造體，可分土壩與堆石壩兩大類。土壩之壩體斷面至少50％以上係由土料填築而成，斷面型式如圖一所示，計有均勻型、均勻型修改式、分區型等三種。堆石壩為壩體斷面至少50％以上係岩石碎塊堆積或滾壓填築而成，斷面型式如圖二所示，按不透水層位置，分為中央心層式、傾斜心層式與上游面板止水式三種。

英文摘要

In 1964, the famous Niigata earthquake and Alaska earthquake occurred and caused very huge disaster in both Niigata and Alaska area. Through the study of post-earthquake investigation, the damages caused by those two earthquakes were attributed mostly to the result of soil liquefaction. Since that time, the study of soil liquefaction has been very active in the field of soil dynamics.
Many researches and achievements have been done in the last twenty years, and people nowadays have already recognized the importance of liquefaction problem in dealing with an earthquake engineering design. Therefore, in this paper, the damage types of site and structures are summarried and described. Also, the evaluation of liquefaction potential of the Site by using the results of standard penetration test and cone penetration test are introduced as a reference for practice engineers when doing field judgements.