作者

陳正興

摘要

近年來，世界各地震災頻繁，動輒發生數萬人之死傷，財產之損失更是難以計數。大地震是個危險的不定時炸彈，爆發力無以倫比，瞬時間，天搖地動，在人類尚未反應過來之同時，很可能整個城市已是殘垣瓦礫，毀壞殆盡。
台灣位於環太平洋地震帶上，正當菲律賓海板塊隱沒於歐亞大陸板塊之交界線上，小地震不斷，而大地震之潛在威脅更是令人擔心。本島地窄人稠，工商發達，尤其是近十年來的發展速度更是驚人，都市人口擁擠，高樓林立，雖然國內對於防災的工作一直在推動，但畢竟近幾十年來還未真正接受大地震考驗，筆者深以為不可掉以輕心。又震災之發生必源自於「地」之振動，防災首重瞭解，掌握地震時地盤之振動特性，大地工程師正應扮演中堅角色。今年恰逢聯合國全力推動國際防災十年計劃（International Decade for Natural Disaster Reduction)，台灣亦正積極配合推動防災研究，地工技術雜誌特此推出「地震與地工」專輯，意義深遠。
本期贈言特邀英國倫敦大學大學學院之C. Vita-Finzi教授主筆，Vita­Finzi為新地體構造運動之國際知名學者，為國內地震防災之研究方向提出建言﹔同時，他所寫的新地體構造運動與地震災害一文，其有獨到之見解，指出地震年代學之重要意義是應用，中文由林銘郎先生翻譯，中英文共刊，以饗讀者。筆者所寫的實例研究，指出地盤之地震反應受地質條件之影響很大，李成亨博士則闡述地震微區化之方法與地震防災，兩者相互輝映。羅俊雄博士之地面震動特性一文，可提供工程師參考，使對設計採用之地盤運動有更深入之瞭解。蕭海南先生等介紹羅東大比例尺模型震測試驗，而陳慧慈博士介紹基礎之動態勁度，兩者都是在說明地震時土壤與結構互制作用之重要性，甚具參考價值。
本刊承蒙上述各作者百忙中熱心賜文，使本刊得以順利出刊，特致謝忱。

作者

C. Vita-Finzi、林明郎(譯)

摘要

此期「地工雜誌」所刊登的文章，正好顯示出有關地震災害的評估及防治，應該是由地質學家、工程師、土壤科學家，以是地震學家共同參與合作的一項大事業。台灣因為人口綢密及地震活動頻仍，這兩項因素的結合，可能造成致命的傷害，然而到過台灣的人，對此地在這方面的成就都留下極深刻的印象。但是，不容諱言的，內行人都知道，不管是在對地震過程的了解，或是在提供各種方法以減少它的衝擊等方面，仍有甚多的空間值得進一步的發展。
當我們在評估目前的工作或考慮經費該如何分配的時候，必然要面對的一個問題是：到底我們應該投注多少心力在地震的預測以是與其相關的重現週期和空隙區等問題上面。對此，我倒有一個較平實的看法，我認為地震預測（或更實用的地震預報）應該擺到第二位，而結構耐震設計以展對於易受地震侵襲地區的確認才是第一要務。當然，這兩個目標亦是彼此相控的：結構設計必需以地震大小及其機率作基礎。
如果這一期的雜誌是反映了本地的想法，表示台灣的工程界對於個別地區在某些地震時的反應有很高的興趣。我自己的研究工作嘗試的方向是偏重在有關地震的年代學方面，以之來做為了解地震機制的方法，而不是用來做為預測地震的直接途徑。然而，本人在這期雜誌所發表的文章，亦在試圖說明地震年代學對地震工程師可提供的一些立即的幫助。有機會為「地工雜誌」略盡棉簿，是我的榮幸。

英文篇名

NEOTECTONICS AND SEISMIC HAZARD

作者

Vita-Finzi、林銘郎 (譯)

摘要

對於已知斷層之地震災害評估，新地體構造運動之資料已被認為是儀器記錄或歷史記載之重要附屬證據。而對於有些地區，當其地殼之運動並未造成地質圖上可繪出之斷層時，諸如加州部份地區，阿爾及利亞及蘇門答臘前弧等地區．．．此時新構造運動之資料更具有價值，可用來確認盲斷層之位置，或可利用其運動之特性如隆起等現象，來分析其史前大地震之規模與發生頻率之關係。但對於板塊內之區域，諸如馬來西亞半島地區，新地體構造運動之資料仍具有相當價值，即使在儀器記錄之證據含混不清或具有缺失時，新構造運動之研究仍可用來幫助瞭解該地區之地震效應。

英文摘要

The data of neotectonics have come to be seen as an essential adjunct to instrumental and historical records in the study of earthquake hazard on known faults. They are all the more valuable where lithospheric plates interact without giving rise to mappable faults, as in parts of California, Algeria and the Sumatran forearc, because they may lead to the recognition of blind faults or permit magnitude-frequency analysis of prehistoric large events by reference to surrogate features such as uplift. But it is within intraplate areas such as Peninsular Malaysia that neotectonics may prove most helpful because it can reveal seismic effects even if the instrumental evidence is defective or ambiguous.

英文篇名

CASE STUDY OF SOIL AMPLIFICATION DURING EARTHQUAKES

作者

陳正興

摘要

地震是一種自然現象，從以前到現在，從太平洋的此岸到彼岸，都有可能發生，而且不定時地發生，對人類社會造成重大之災害。地震不斷地在殘害這世界，無可避免地，人類亦必須不斷地與地震所帶來的威脅奮戰。
人類對於地震向來具有恐懼感。以前的人因為完全不瞭解地震發生之原因，故以怪物翻身之類的傳說來描述地震；現代的科學已能解釋地震發生之原因，其實為地殼板塊運動之結果（Bolt，1988），但仍然無法掌握地震發生之時間與地點，人類仍處於被動之地位。同時，由於人類文明之高度成長，地震災害之程度反而日益擴大，數萬人之死傷時有所聞，因此地震災害之防治將一直是國際防災研究之重要課題之一。
關於地震之研究，地震學家（Seis mologist）著重於地震現象之描述，工程師（Engineer）著重於工程之抗震性，而工程地震學（Engineering Seis mology）則是兩者間之橋樑。它是一門融合地球科學與土木工程學之學科，旨在研究如何減少地震對工程之危害度’它必須利用地球科學與土木工程學之知識，提供工程建設安全之基本資料，諸如：地震發生之可能地點與機率、地盤運動之情形、地盤變形之程度以及其對人為構造物所造成之影響等等。總而言之，工程地震學是要去評估各地區之地震危害度及其影響，提出一個安全而經濟之工程建設指標，以減少重大地震災害之發生（Ambraseys，1988）。
近年來，世界各地相繼發生災害性之大地震，造成人命財產之巨大損失，而所造成之災害往往均局限於人口集中之城市或都會地區，並非全面性的，這與都市地區之地質情況有極密切之關係。有鑑於此，作者乃收集了墨西哥、亞美尼亞及美國舊金山地區之地震資料，分析其地質條件與地盤運動之關係，以說明工程地震學之意義及重要性。

英文摘要

In recent years, some major earthquakes occurred around the world which caused severe damages of buildings and facilities and a large number of casualties. Among them, the famous events are the Michoacan earthquake of 1985, the Armenia earthquake of 1988 and the Loma Prieta earthquake of 1989. This paper reviews the geological conditions and the associated ground motion recordings for those three events to examine the effect of soil amplification during earthquakes. It is found that the major damages and casualties were primarily concentrated at areas where the subsoils are thick unconsolidated deposits. In general, the soft ground experienced larger amplitude, lower frequency and longer duration of strong shaking as compared to a rock site. Therefore, the area having soft subsoils in an earthquake country should be considered as a potential hazardous zone during earthquakes.

英文篇名

SEISMICZONATION AND EARTHQUAKE DISASTER PREVENTION

作者

李咸亨、吳志明

摘要

地震是種自然災害，若能事先確定那些地點於地震時較可能受創，以便採取適當之防範措施，則能達到防災目的。因此，位於地震帶上之國家通常把國土劃分為地震危險程度不同之若干區域，且以地圖形式表示，亦即是震度分佈圖。根據大多數震害經驗，在幾百公尺以至幾十公尺內地震破壞作用之大小都可能出現顯著差異。為了預測小範圍內地震破壞力之變化，於是產生「震度微區化」（Seismic Microzonation）之觀念。本文旨在對震度微區化方法提出定義，說明其用途，並比較目前世界各國之震度微區化方法。

英文摘要

In order to clearly describe seismic damages in a small but important area, a technique named “seismiczonation”was recommened not long ago. A seismiczonation map constructed with this method includes:（1）influence factors to the earthquake,（2）parameters for the damage analysis, and（3）small scale of the map. Therefore, it is different from the“isoseismal map of earthquake intensity”. The development history of the technology and three examples is presented in this paper. Finally, The major factors considered between different countries is compared in Table 5.

英文篇名

CHARACTERISTICS OF STRONG GROUND MOTION

作者

羅俊雄

摘要

本文在介紹地震引致地震動之特性。其內容包括以下數點：（1）地面震動加速度及反應譜衰減率特性；（2）地震引致地表相對位移；（3）震波空間傳遞變異性；（4）土壤放大倍率。利用國內全省強震網及羅東陣列地震資料，分析以上四種特性，提供工程界之參考。

英文摘要

The purpose of this study is to introduce the characteristics of seismic induced ground motion. It includes the following topics:（1）Peak ground acceleration and spectral amplitude attenuation;（2）Relative ground motion;（3）Spatial variation of seismic waves; and（4）Local soil amplification. The earthquake data recorded by TTSN network and SMART-1 array in Taiwan were used to perform the study of strong ground motion characteristics.

英文篇名

LOTUNG LARGE SCALE SOIL-STRUCTURE INTERACTION EXPERIMENT

作者

蕭海南、黃榮堂

摘要

當地震波衝擊到一座埋置結構物時，會同時產生兩個物理效應：（1）地震波藉著散射與反射折回土壤和（2）地震波傳遞到結構物上部。第（1）個效應稱為運動的互制作用，與結構物的特性有關。第（2）個效應則是結合結構物－筏基系統的動力反應，受制於結構物的慣性與筏基阻抗。上述兩個效應聯合起來就是所謂的土壤－結構互制作用。影響土壤－結構互制作用的因素包括結構物之材料性質、結構物的動力特性、土壤之組成及特性等等。此等定量性質均可在試驗室中得到。然而在強震時，靠這些試驗室得到的參數或力學性質來描述土壤與結構間之互制作用是不夠的。雖然它們是建立土壤－結構互制作用數學模式與分析的主要參數，但是卻無法提供互制作用反應值量化的基準。目前一般用於預測土壤－結構互制作用的分析方法有半無限空間與直接法，工程界亦採用土壤彈簧法。這些方法皆有各種不同程度的假設，同時也有它各自的限制。比較合理的土壤－結構互制作用分析法應是在現場實際建立模型進行觀測，利用實際錄得之結構反應、土壤反應及相互間之關係，以進一步認識土壤－結構互制作用，並確認目前所用之分析方法。

英文摘要

This paper describes the large scale soil-structure interaction experiment at Lotung, Taiwan, which was sponsored by the Electric Power Research Institute（EPRI）and the Taiwan Power Company. The project has two objectives:（1）to obtain an earthquake database which can be used to substantiate the effect of soil-structure interacion（SSI）during earthquakes; and（2）to quantify nuclear power plant reactor containment and internal components seismic safety margin based on earthquake experience data. The test site is located at Lotung within the area where the SMART-1 strong motion array was installed. Two nuclear power plant containment models（1/4 and 1/12-scale）were built and well instrumented to record the structural responses and the associated ground responses during earthquakes. By January 1990, 28 strong motion earthquakes ranging from Richter magnitude 4.5 to 7.0 have been recorded and widely used to verify the methodologies currently used for soil-structure interaction analyses.

英文篇名

DYNAMIC STIFFNESS OF FOUNDATIONS

作者

陳慧慈

摘要

一般的結構動力分析中大都將上部結構物的底部視為固定端，亦即假設土壤具有無限的剛度。然而實際上土壤並不具無限的剛度，因此上部結構物的振動所產生的波動必然會藉著土壤向四周傳遞而造成能量的逸散，此種能量之逸散一般稱為輻射阻尼（Radiation Damping）。這表示土壤與結構物間存在著某種程度的互制作用，而這個作用在結構物的剛度遠大於土壤的剛度時更為明顯。因此動態土壤結構互制分析的主要目的在瞭解考慮土壤的輻射阻尼效應之下結構物的動態反應。動態土壤結構互制分析的方法可分為兩種：直接法（Direct Method）和次結構法（Substructure Method）（或稱為三步法（Three-Step Method）），如圖一及圖二所示。直接法係將土壤和結構物視為一體來分析，此法之優點為可以從事非線性分析，但因自由度太多，故需要較大的電腦記憶體容量及較長的運算時間。次結構法則將問題分成三部份來考慮：（1）決定結構物不存在時的自由場地震動（Free-Field Motion），（2）計算基礎的動態勁度（Dynamic Stiffness of Foundation）或動態阻抗（Dynamic Inpedance）以及（3）將由（2）所求得的動態勁度與上部結構的勁度矩陣組合後再輸入由（1）所獲得的地震動歷時記錄來分析結構物的動態反應。關於次結構法的詳細數學推導請參閱Wolf（1985）。由上述的說明可知，在使用次結構法從事動態土壤與結構互制分析時，決定基礎的動態勁度是一個很重要的步驟；同時由於基礎的動態勁度亦為振動機器基礎的設計與分析時不可或缺的因素，因此過去數十年來有許多專家學者從事於這方面的研究並提出各種不同的方法和電腦程式來計算基礎的動態勁度。本文主要的目的在介紹基礎的動態勁度的定義及觀念，嚴密的計算方法以及一些在初步設計時可以使用的近似方法或公式。

英文摘要

一般的結構動力分析中大都將上部結構物的底部視為固定端，亦即假設土壤具有無限的剛度。然而實際上土壤並不具無限的剛度，因此上部結構物的振動所產生的波動必然會藉著土壤向四周傳遞而造成能量的逸散，此種能量之逸散一般稱為輻射阻尼（Radiation Damping）。這表示土壤與結構物間存在著某種程度的互制作用，而這個作用在結構物的剛度遠大於土壤的剛度時更為明顯。因此動態土壤結構互制分析的主要目的在瞭解考慮土壤的輻射阻尼效應之下結構物的動態反應。動態土壤結構互制分析的方法可分為兩種：直接法（Direct Method）和次結構法（Substructure Method）（或稱為三步法（Three-Step Method）），如圖一及圖二所示。直接法係將土壤和結構物視為一體來分析，此法之優點為可以從事非線性分析，但因自由度太多，故需要較大的電腦記憶體容量及較長的運算時間。次結構法則將問題分成三部份來考慮：（1）決定結構物不存在時的自由場地震動（Free-Field Motion），（2）計算基礎的動態勁度（Dynamic Stiffness of Foundation）或動態阻抗（Dynamic Inpedance）以及（3）將由（2）所求得的動態勁度與上部結構的勁度矩陣組合後再輸入由（1）所獲得的地震動歷時記錄來分析結構物的動態反應。關於次結構法的詳細數學推導請參閱Wolf（1985）。由上述的說明可知，在使用次結構法從事動態土壤與結構互制分析時，決定基礎的動態勁度是一個很重要的步驟；同時由於基礎的動態勁度亦為振動機器基礎的設計與分析時不可或缺的因素，因此過去數十年來有許多專家學者從事於這方面的研究並提出各種不同的方法和電腦程式來計算基礎的動態勁度。本文主要的目的在介紹基礎的動態勁度的定義及觀念，嚴密的計算方法以及一些在初步設計時可以使用的近似方法或公式。