作者

黃安斌

摘要

集集地震所引起之土壤液化為台灣中西部帶來許多災變。地震後國內乃至於國際間許多學術、政府與產業單位都投入了大量的資源希望從此一少有之強烈地震中吸取寶貴經驗，許多工程設計法規也因此地震而做重大之修改。在地震後一年左右地工技術雜誌就有三本專輯（77、81與82期）討論與集集地震或土壤液化相關之議題。但這些討論大多與集集地震過後在短期內所做災害探勘結果之分析相關。因為時間的關係，當時尚沒有更詳細之研究成果或設計法規改變後之工程經驗。
本輯之主題是「液化問題再探討」，其內容主要是敘述過去五年多來各作者在與土壤液化相關之議題方面長時間從研究或工程設計中所得到之經驗與心得。第一篇論文之作者於過去五年在國科會以及其他政府單位贊助下進行了一系列關於台灣中西部砂土動態行為之研究，此區域之砂土受其白雲母含量之影響，具有高壓縮性以及易碎性。本文以「台灣中西部粉土細砂液化行為分析」為題討論這些砂土特性對現地試驗結果乃至於使用簡易法做土壤液化潛能評估之影響。根據集集地震後新設計規範做液化潛能分析時，即使SPT N值接近30的情況下其安全係數仍然可能低於1。謝旭昇等人針對如何能在符合新設計規範情況下做基礎設計提出他們的看法，並以筏式基礎設計案例來做說明。林三賢等人就過去數年從事液化土壤中基樁行為研究之心得，針對側潰對基樁之影響分析提出非線性土壤行為與非線性基樁斷面彎矩曲率分析方法，並以實際案例計算來展示側潰後對基樁所產生之破壞模式。黃俊鴻等人提出使用雙曲線之形式做為簡易法中土壤液化與否之分隔曲線（雙曲線液化強度曲線），他們使用現有以及集集地震後所收集本土之土壤液化觀察資料，證明使用雙曲線液化強度曲線之有效性與實用性。黃富國與王淑娟從需求面來探討液化分析的問題，強調場址效應對最大地表加速度之影響。他們以嘉南平原一場址為例，說明根據即將於94年七月頒佈實施之「建築物耐震設計規範」所得之最大地表加速度可能不保守，建議在地質資料許可之情況下做特定場址之地盤反應分析。
胡逸舟等人討論使用樣品品質指標(SQD)的觀念來量化「不擾動土樣」之「不擾動程度」。本文沿用美國麻省理工學院在軟弱黏土取樣及工程行為量測方面之豐碩經驗與傳統，以台北盆地所得土樣為例來檢驗國內之黏土試體品質。本文雖與土壤液化無直接之關係但對提升國內大地工程之品質文化當有所警惕與助益。
大地工程是一與當地地質背景及工程文化有極大關係之專業。無論主題為何，編者非常欣慰的看到本輯論文都以大地工程分析方法或技術之在地化，以及如何提升國內大地工程文化為核心。

作者

卓瑞年

摘要

瑞年服務於工程界迄今已逾四十年，有幸參與了多項國家重大工程建設，深切體認舉凡公路、鐵路、隧道、橋樑到建築等工程，皆與大地脫離不了關係，因而獲得許多和大地工程領域先進們相互交流的機會，並曾和多位優秀大地工程專業人員合作共事，故得以領略到大地工程領域的深奧與從業人員的辛苦。
所有較具規模的工程建設，都必須從工址地質調查做起。大地工程人員在規劃設計階段，藉由各種可行的調查技術及試驗工作，嘗試對無語的大地進行瞭解。接近地表者，自然容易經由探查而較精確地掌握其地工特性；至於位處地下深處者，地工人員則僅能藉由有限的重點探查成果，配合專業素養與經驗進行合理推估，嘗試著勾勒出地下深處的地質模式，以作為工程設計的主要依據。這在地質條件複雜的台灣地區，實難以要求所有個案的推估結果均必須與其實際狀況高度吻合。
數值模擬分析乃工程設計過程中不可或缺的一環。大地工程的數值模擬結果，與其他工程領域相較，通常具有較高的不確定性。以結構工程為例，其所面對的鋼筋與混凝土，都是在人為控制流程下所產生的人造物，材料特性是可以預期與事先掌握的。至於結構計算方法與流程，亦多有受到普遍認同的完整規範可供依循。因此，結構工程的數值模擬結果通常具有相當高的一致性與準確性。而大地工程所面對的，則是大自然所提供的地質材料，大多具有非均勻的特性，不僅其材料性質不易精準掌握，且少有放諸四海皆準的數值模擬理論可供依循。此外，若遭遇不良的地盤材料，尚必須以各種改良措施來改變地盤條件。因此，大地工程的數值模擬結果，通常存在著難以排除的不確定性，常需仰賴地工設計者竭盡心力針對個案作出專業判斷，始能讓設計決策得以成形。
大地工程人員最艱困的挑戰，當屬穿越崇山峻嶺的長大隧道工程。長大隧道工程進入施工階段時，地工人員對於開挖面前方地盤狀況的認知，僅限於具有不確定性的推估地質模式及數值模擬結果。若在施工中遭遇非預期的擠壓、湧水等突發狀況時，僅能憑藉著「兵來將擋」的豪氣與「人定勝天」的意念，視現地狀況研擬各種應變措施，努力克服這些難以事先預防的工程困難。若因而造成工期的延長，在承受來自各界不諒解的責難與壓力之餘，仍在責任感及使命感的驅使之下持續揮汗奮戰，只期望能早日見到隧道貫通時開挖面透過來的那一束光。
大型工程建設的開發，難免會對大自然造成或多或少的改變。大地工程人員對於大地的反撲力量，以及自然環境受破壞後的不可回復性，自然具有極高的認知與敏感度。評估人為改變必須控制在怎樣的程度之下才不會引起大地的劇烈反撲，研判需要作多少的修補工作才足以撫平大地的傷口，是大地工程師責無旁貸的義務。由近年來的地工設計案例可明顯看出，綠營建觀念中的減少負荷（Load Relief）、減少材料使用（Material Relief），以及減少廢棄物產出（Waste Relief）等 3R 概念，已逐漸融入地工設計理念之中。大規模的開挖或填土行為已儘可能避免，鋼筋混凝土等人造產物的使用量體也逐漸縮減，並採用輕巧的鋼骨及當地天然石材來取代。顯見地工人員正以大地捍衛者的豪氣，努力向建設發展與自然環境共生共存的國家永續發展目標大步邁進。
目前全世界最高的超級高樓台北101大樓，建物結構體高度達508公尺而能矗立於強風地震頻仍的台北盆地中，顯示其在結構工程方面的非凡成就。還記得在跨年夜倒數計時終了之際，當101大樓為台北夜空燃起了壯觀的亮麗煙火秀時，觀賞者無不為這座超高大樓所展現出來的絢爛氣勢而感動與震撼。當所有讚嘆的目光集中在這座高聳入雲的大樓時，卻鮮少有人會基於「萬丈高樓平地起」的認知，給予負責大樓奠基設計的大地工程人員應享有的對等掌聲。大地工程師以心血及汗水所作出的卓越貢獻，時常因成果隱身於地下而被遺忘。在此謹藉由這個機會，向所有不汲汲於追求掌聲，堅守崗位默默奉獻的大地工程師，誠摯地說一聲︰「各位～辛苦了!」

英文篇名

CYCLIC BEHAVIOR ANALYSIS OF THE SILTY FINE SAND IN CENTRAL WESTERN TAIWAN

作者

黃安斌、林志平、紀雲曜、古志生、蔡錦松、李德河、林炳森

關鍵字

砂土、細料、動態行為、土壤液化、現地試驗、取樣

摘要

1999年9月21日之集集地震使得台灣中西部地區發生明顯的土壤液化現象，此區域之砂土大多含有不同比例之低至中塑性細料，集集地震為大地工程界提供了一個難得的機會來研究粉土性砂土之抗液化強度。作者在過去六年間針對麥寮砂做一系列之重模試體之室內試驗，包括動、靜態三軸試驗以及圓錐貫入試驗(CPT)之標定，在彰化縣員林鎮設立試驗站從事各種現地試驗與砂土取樣技術之嘗試。根據這些研究結果，作者對於台灣中西部砂土抗液化潛能分析的方法提出我們的看法，並使用集集地震之資料對這些方法做初步之驗證。本文將此期間研究之成果與心得做一報告。

英文摘要

The Chi Chi earthquake of September 21, 1999 triggered extensive soil liquefaction in Central Western Taiwan. The sand deposits in this area often contain various percentages of low to medium plasticity fines. The earthquake presented a rare opportunity to study the cyclic strength of silty sands. In the past six years, the authors performed a series of laboratory tests on reconstituted Mai Liao Sand specimens, which included monotonic/cyclic triaxial tests and cone penetration (CPT) calibration tests. A test site was established in Yuan Lin Township of Chang Hua County where various in situ testing and sampling techniques were experimented. We offer our views on the analyses that relate to cyclic behavior of the silty sands in this region based on our studies and preliminary verification using the Chi Chi earthquake as a reference. The paper describes the lessons learned from these post earthquake studies.

英文篇名

LIQUEFACTION RESISTANCE DESIGN FOR RAFT FOUNDATION

作者

謝旭昇、蔡琪駿、盧之偉

關鍵字

液化潛能評估、筏式基礎、基礎設計、地盤反力係數、地盤改良

摘要

台灣地區耐震設計目前使用之地表加速度高達0.23g或0.33g，進行液化潛能分析時常發現SPT N值接近30之中等緊密砂土亦會發生液化。針對基礎下方可能液化之土壤，最直接之方式乃是施作地質改良或甚至採用樁基礎以處理液化衍生之承載力或沉陷量問題，但設計規範亦允許以土壤參數折減之方式進行基礎設計。本文以一筏基設計案例說明如何以參數折減之方式考量液化之影響，並同時討論以低壓劈裂或高壓成型灌漿提高土壤抗液化強度之可能性。

英文摘要

The current seismic design code stipulates that the peak ground acceleration (PGA) for structure design is either 0.23g or 0.33g in Taiwan area, pending on the geographic location of the construction site. Using the specified PGAs as a design basis, liquefaction potential analysis often found that most sandy materials may liquefy, even for strata with high SPT N values. As a countermeasure, ground improvement or pile foundation may be required. A less costly alternative, which is allowed within the context of the design code, is to adopt a reduced modulus of subgrade reaction for foundation design if the liquefaction hazard is considered minor. This paper presents a case history that uses reduced parameters for raft foundation design. The possibilities of using grouting techniques for liquefaction mitigation are also addressed.

英文篇名

EFFECTS OF GROUND LIQUEFACTION INDUCED LATERAL SPREADING ON PILES

作者

林三賢、曾玉如、江承家、李維峰

關鍵字

側潰、基樁、土壤液化、挫曲

摘要

本文利用樑在溫氏基礎的方法，考慮非線性土壤行為及非線性的樁身橫斷面彎矩－曲率關係，回算三個由於液化地盤產生側潰後對基樁產生破壞之實際案例，以重新評估其係為受過大彎矩而致破壞或因樁身產生挫曲而致之破壞。此外，日本JRA（1996）及Tokimatsu（2003）所提出之設計分析方法，亦藉此案例分析比較兩法所得結果之差異。

英文摘要

Three case histories of failure of piles caused by ground lateral spreading are back studied using the beam on Winkler foundation method including nonlinear soil springs and a nonlinear moment-curvature relation for the pile. The lateral spreading effect is modeled by laterally displacing the soil springs support by an amount equal to the free field permanent deformation. Design procedures suggested by Tokimatsu（2003） and by JRA（1996） were also used for case histories evaluation and compared to available observation results.

英文篇名

SIMPLIFIED METHODS FOR ASSESSING LIQUEFACTION POTENTIAL OF SOILS BY USING HYPERBOLIC CYCLIC RESISTANCE CURVES

作者

黃俊鴻、楊志文、陳正興

關鍵字

雙曲線函數、液化、簡易評估法、成功率、安全係數、誤差指標

摘要

以現地貫入試驗值SPT-N，CPT－qc與震測剪力波速Vs評估土壤液化潛能之方法，稱之為簡易評估法，是工程界最常使用的液化評估方法。本研究根據以往地震之液化與非液化案例資料的整理與分析，發現以雙曲線函數迴歸判斷液化與否之臨界液化強度曲線，可以合理預測集集地震與世界上其他地震之液化與非液化案例，而雙曲線液化強度曲線法不但公式簡單，且其參數具有明顯的物理意義，建議可作為本土化的液化評估方法。利用集集地震與世界上其他地震之液化與非液化案例資料，本研究以評估方法之判定成功率與至少安全係數誤差指標為評估指標，比較雙曲線液化強度曲線法與世界上其他簡易評估法的適用性。評估結果顯示，無論是SPT-N，CPT－qc與震測Vs法，以雙曲線液化強度曲線為基礎的評估方法，皆不遜於世界上現有的其他簡易評估法，建議可供工程界參考使用。

英文摘要

To assess the liquefaction potential of soil during earthquakes, the simplified procedures by using the value of SPT-N，CPT－qc and seismic Vs are the most prevailing methods applied in the engineering practices. Basically, these methods were deduced from the worldwide data of liquefaction and non-liquefaction cases reported in the past major earthquakes. In Taiwan, large amount of liquefaction data were retrieved from the devastating Chi-Chi earthquake in 1999. Therefore, it is valuable to use the Taiwan data to evaluate the performances of those simplified methods commonly used, and to deduce an improved method, if possible, to take into account the effects of local soils. Based on investigations on all data, this paper proposed a method by using the hyperbolic functions to fit the critical cyclic resistance curves, a boundary curve for judging liquefaction or non-liquefaction, in the CSR-(N1)60, CSR-qc1N, and CSR-Vs plots, respectively. The advantage of using the hyperbolic function is that it is simple in form to have physical quantities as parameters. The performances of the Hyperbolic method along with other simplified methods are then thoroughly investigated in comparison studies. From the results of two assessment indices, the prediction success rate and the error of at-least safety factor, it is shown that the proposed Hyperbolic methods performed very well as compared to the other simplified SPT-N，CPT－qc and seismic Vs methods.

英文篇名

DETERMINATION OF PEAK GROUND ACCELERATION FOR LIQUEFACTION ANALYSIS

作者

黃富國、王淑娟

關鍵字

土壤液化、場址效應、設計地震、最大考量地震

摘要

土壤液化為發生於軟弱地盤上之地質震害。如何考慮場址效應，決定適當之最大地表加速度，為液化分析時之重要課題。本研究從加速度衰減律、經驗關係與規範係數，及地盤反應分析等三方面進行探討，並以嘉南平原一場址為例，比較新版規範「設計地震」及「最大考量地震」(MCE)所決定之地震力，以及由地震危害度分析(SHA)搭配地盤反應分析(GRA)所推估之地震力，對液化損害評估結果之影響及差異。結果顯示，規範對場址效應之考慮可能不夠保守，或過於保守，視震度而定；直接進行地盤反應分析，是決定具液化潛能土層地表最大加速度之較佳方式。

英文摘要

Seismic-induced soil liquefaction causes damages on soft ground. It is an important issue to decide peak ground acceleration(PGA) appropriately for liquefaction analysis considering site effects. These subjects are divided into three parts in this paper, including PGA attenuation law, empirical relationships and amplification coefficients in the code, and site-specific response analysis. A case study of Chianan Plain is implemented. PGA and liquefaction potential estimated from Design Earthquake and Maximum Considered Earthquake(MCE) according to newly-revised building codes in Taiwan are compared to those from seismic hazard analysis(SHA) and ground response analysis(GRA). It is shown that site effects estimated from codes may be un-conservative or over-conservative depending on seismic intensity. Performing a site-specific ground response analysis is the best way to decide PGA on soft ground for liquefaction analysis.

英文篇名

DISTURBANCE AND SPECIMEN QUALITY DESIGNATION OF COHESIVE SOIL

作者

胡逸舟、秦中天、吳筱寒

關鍵字

擾動、樣品品質指標、主要壓密完成壓密

摘要

大地工程師所經常面對和處理的工程材料，大多數為岩石與土壤之類的自然材料。在實務上，工程師經常需要從有限的現場以及室內試驗結果，來評估研判於構造物構築過程中可能面對的問題，以及完工後能否滿足設計需求。其中最關鍵的課題便是工程師如何從有限的試驗結果中釐出可靠、合理的參數，以作為設計、分析、施工、乃至於完工後營運階段的構造物安全管理的依據。本文首先將討論擾動對土壤試驗結果之影響，接著介紹一個可以作為量化評估樣品品質優劣的標準－樣品品質指標(Specimen Quality Designation，SQD)，並收集台北盆地內現有工程之壓密試驗結果，計算各試驗結果之樣品品質指標，藉以探討國內目前的不擾動土樣之取樣品質，並說明採用合適的室內試驗決定樣品品質。

英文摘要

Geotechnical engineers usually deal with the natural materials, such as rocks and soils, and shall carry out their works according to very limited test results. A better sample quality becomes very important and essential in every aspect for a good test, no matter laboratory or field test. Especially for laboratory mechanics test, it is necessary to insure the samples are in “undisturbed” conditions. Disturbance will directly affect the test result, which might mislead the design or analysis results. This paper collects consolidation test results of some currently undergoing projects in Taipei basin and studies their specimen quality based on “Specimen Quality Designation”(SQD). It is anticipated to introduce a reasonable way to decide the specimen quality for so called “undisturbed” samples.

作者

李維峰

摘要

作者

簡正梁、周益焜

摘要