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系統識別號 U0002-0603202010454600
中文論文名稱 臺北盆地土壤液化潛勢分析
英文論文名稱 Analysis of Soil Liquefaction Potential for Taipei Basin
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 水資源及環境工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Water Resources and Environmental Engineering
學年度 108
學期 1
出版年 109
研究生中文姓名 高哲豪
研究生英文姓名 Che-Hao-Kao
學號 606480050
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2020-01-09
論文頁數 110頁
口試委員 指導教授-黃富國
委員-葛宇甯
委員-盧之偉
中文關鍵字 臺北盆地  土壤液化  克利金法  逐步高斯模擬法  貝氏最大熵法 
英文關鍵字 Taipei Basin  Soil liquefaction  Kriging  Stepwise Gaussian simulation  Bayesian maximum entropy 
學科別分類 學科別應用科學環境工程
中文摘要 臺北盆地屬國內政經發展之重心所在,又位於較弱、深厚之沖積地盤上,若發生震度夠大、延時夠長之地震,將可能發生土壤液化災害,使得人民財產與生命安全及建物等受到損害。本研究乃針對臺北盆地海拔二十公尺以下之範圍進行液化損害評估,以619筆鑽探孔位資料,進行JRA(1996)法、T-Y(1983)法與Seed(2001)法之確值法液化潛能評估,求出液化潛能指數PL、液化機率指數Pw及液化後沉陷量St,再以Towhata et al.(2016)提出之非液化土層厚度判定方法,分析臺北盆地之液化潛能趨勢。並利用克利金插值法(Kriging)、逐步高斯模擬法(SGS)及貝氏最大熵法(BME)等三方法進行地質統計推估,建構出臺北盆地液化損害參數之分佈圖,最後再據以分析臺北盆地可抽水深度及捷運沿線之液化損害潛勢。三種地質統計方法之分析結果趨勢皆大致相同,都以淡水河流域、基隆河流域及大漢溪流域兩岸之液化潛勢較高,工程規劃與設計上應謹慎評估土壤液化之災害影響,並採取適當之因應對策,以避免或降低土壤液化災害對地盤與結構物可能產生之不利影響。
英文摘要 Taipei Basin is the political and economic center of Taiwan. The geological structure inside the basin consists of Quaternary layers above the Tertiary base rock. The surficial ground is mainly composed of unconsolidated soft soils with potential geological hazard to soil liquefaction. It is of substantial importance, therefore, to evaluate the damage hazard of infrastructure located at areas vulnerable to liquefaction in the basin. In this study, liquefaction potential are evaluated by using three common used method of JRA (1996), TY (1983) and Seed (2001) for 619 sites. Three damage indices of liquefaction are adopted. It is liquefaction potential index (PL), liquefaction probability index (PW) and liquefaction-induced settlement (St). On the other hand, the method proposed by Towhata et al. (2016) is also included, where the thickness of non-liquefied soil layers is considered to analyze the liquefaction potential. The maps of potential hazard for soil liquefaction and associated settlement in Taipei Basin are prepared by three geostatistics method, i.e. the Kriging method, Gaussian simulation method (SGS) and Bayesian maximum entropy method (BME). The pumpable depth of groundwater and the liquefaction potential along the MRT are also explored. According the analysis results, the liquefaction potential of the Tamsui river basin, the Keelung river basin and the Dahanxi river basin is relatively high. Thus, the impact of soil liquefaction on Taipei Basin should be carefully evaluated in engineering planning and design, and appropriate countermeasures should be taken to avoid or reduce the damage hazard of infrastructure when soil liquefaction is expected to happen.
論文目次 目錄 i
表目錄 iv
圖目錄 v
第1章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 研究架構與流程 1
第2章 文獻回顧 5
2.1 土壤液化特性 5
2.1.1 土壤液化機制 5
2.1.2 液化影響因素 7
2.1.3 土壤液化破壞模式 7
2.2 土壤液化潛能 8
2.2.1 分析架構 8
2.2.2 常用SPT簡易評估方法 9
2.3 液化損害指數 13
2.3.1 液化潛能指數 13
2.3.2 液化機率指數 14
2.3.3 液化後地盤沉陷量 16
2.3.4 液化損害指標 18
2.4 地質統計 19
第3章 研究方法 21
3.1 SPT簡易液化評估法及損害指數 21
3.1.1 SPT簡易液化評估法 21
3.1.2 液化損害指數評估法 25
3.1.3 液化評估安全係數之率定 28
3.1.4 非液化土層厚度考量綜合評估法 29
3.2 克利金地質統計內插法 30
3.2.1 基本假設 30
3.2.2 克利金法分類 31
3.3 逐步高斯模擬法 32
3.3.1 假設條件與要求 32
3.3.2 半變異數 32
3.3.3 模擬原理 34
3.4 貝氏最大熵法(Bayesian Maximum Entropy Method, BME) 38
3.4.1 確定性資料(hard data)與不確定資料(soft data) 38
3.4.2 BME基礎方程式 38
3.4.3 貝氏最大熵法流程圖 39
3.5 Kriging、SGS與BME分析方法比較 41
3.5.1 Kriging法 41
3.5.2 SGS法 42
3.5.3 BME法 42
第4章 臺北盆地液化潛勢分析 45
4.1 臺北盆地地形與地質特性 45
4.1.1 地形特性 46
4.1.2 地質特性 48
4.1.3 剪力波速特性 52
4.2 臺北盆地水文特性 54
4.3 鑽孔資料及震區特性 55
4.3.1 鑽孔資料及地層特性 55
4.3.2 震區特性及地震力 61
4.4 液化潛能評估—地質統計推估模式 61
4.5 液化潛能評估-Kriging法評估結果 64
4.5.1 推估趨勢 64
4.5.2 捷運沿線液化潛勢分析 69
4.6 液化潛能評估-SGS法評估結果 78
4.6.1 推估趨勢 78
4.6.2 液化損害指標分析結果 81
4.6.3 液化土層與非液化土層 83
4.6.4 液化潛勢加入非液化土層考量 88
4.6.5 可(須)抽水深度 91
4.7 液化潛能評估-BME法評估結果 97
4.7.1 推估趨勢 97
4.7.2 評估結果 97
4.8 Kriging、SGS與BME三種地質統計方法之誤差 102
4.9 鑽探孔位分布探討 103
第5章 結論與建議 105
5.1 結論 105
5.2 建議 106
參考文獻 107


表目錄
表 2 1 SPT與CPT之優缺點比較 9
表 2 2 SPT-N簡易液化評估法比較(黃富國,2008) 11
表 2 3貝氏映射之擬合分析結果(黃富國,2008) 15
表 3 1液化潛能指數( PL )與液化程度之關係(Iwasaki et al.,1982) 27
表 3 2液化損害程度分類(黃富國,2008) 27
表 3 3沉陷量St與液化損害程度之關係(Ishihara & Yoshimine,1992) 27
表 3 4不同地質統計推估方法比較 43
表 4 1臺北盆地地層劃分表(取自臺北市政府土壤液化查詢系統) 50
表 4 2松山層之次層特徵 51
表 4 3剪力波速VS30與地盤分類之關係 52
表 4 4鑽探孔位之篩選前後孔數表 55
表 4 5臺北盆地設計地震與最大考量地震參數 59
表 4 6 SPT-N值與砂土緊密程度關係(Terzaghi & Peck,1967) 59
表 4 7 SPT-N值與黏土稠度關係(Terzaghi & Peck,1967) 61
表 4 8各捷運路線名稱對照與行經區域 70
表 4 9 不同地質統計推估方法所得之PL誤差比較 102
表 4 10 不同地質統計推估方法所得之Pw誤差比較 102
表 4 11 不同地質統計推估方法所得之St誤差比較 103

圖目錄
圖 1 1 研究架構及流程圖 3
圖 2 1 簡易經驗分析法之液化潛能評估流程圖 12
圖 2 2 Seed(1985)簡易經驗分析法相關圖 12
圖 2 3 Seed(1985)簡易經驗法流程圖 13
圖2 4 最大剪應變與液化後體積應變之關係(Ishihara & Yoshimine,1992) 17
圖2 5 最大剪應變與安全係數之關係(Ishihara & Yoshimine,1992) 17
圖2 6 體積應變與安全係數之關係(Ishihara & Yoshimine,1992) 18
圖 2 7 LDI分析流程圖 19
圖3 1 JRA法之分析流程圖(日本道路橋,1996) 22
圖3 2 T-Y法之分析流程圖(Tokimatsu and Yoshimi,1983) 23
圖3 3 NCEER修正之Seed et al.(1985)簡易經驗法分析流程(Youd et al.,2001) 25
圖 3 4 Iwasaki法與其他準則抗液化安全係數FS之關係(黃富國,2008) 29
圖 3 5以PL與H1關係表示之適合住宅用地分級表(Towhata et al., 2016) 30
圖3 6 半變異數模式示意圖 36
圖3 7 逐步高斯模擬流程圖 37
圖 3 8 BME之研究流程圖 40
圖 3 9 對於研究區域基本資料處理流程 41
圖 4 1臺北盆地研究位置範圍 45
圖 4 2臺北盆地範圍 46
圖 4 3臺北盆地地形 48
圖 4 4臺北盆地地質圖(取自臺北市政府土壤潛勢查詢) 50
圖 4 5 Vs30點位分布 53
圖 4 6 Vs30與測站分布 53
圖 4 7近地表30m剪力波速Vs30之半變異數函數 54
圖 4 8 臺北盆地水系場址 55
圖 4 9 臺北盆地鑽孔篩選前後 56
圖 4 10 民國100年之前鑽探內插水位 57
圖 4 11 民國100年之前鑽探內插水位與位置 57
圖 4 12臺北盆地619孔鑽探孔位分布圖 57
圖 4 13臺北盆地619孔鑽探水位分布圖 57
圖 4 14地下水位深度之半變異數函數 58
圖 4 15 臺北盆地各深度之γt、SPT-N、FC分布 60
圖 4 16液化參數半變異圖 63
圖 4 17 Kriging法插值之液化潛勢圖(設計地震) 65
圖 4 18 Kriging法插值之液化潛勢圖(最大考量地震) 66
圖 4 19民國100年之前鑽探孔位水位內插結果 67
圖 4 20 100年中央地調所PL分布圖 68
圖 4 21 108年中央地調所PL分布圖 68
圖 4 22本文JRA法PL分布圖 68
圖 4 23捷運線分布圖 69
圖 4 24捷運路網圖(取自臺北大眾捷運股份有限公司) 70
圖 4 25 新店線(Greeen line)液化損害參數變化圖 72
圖 4 26 淡水新店線(Red line)液化損害參數變化圖 73
圖 4 27 板南線(Blue line)液化損害參數變化圖 74
圖 4 28 文湖線(Brown line)液化損害參數變化圖 75
圖 4 29中和新蘆線_迴龍段 (Orange line_HL)液化損害參數變化圖 76
圖 4 30 中和新蘆線_蘆洲段 (Orange line_LJ)液化損害參數變化圖 77
圖 4 31 SGS法插值之液化潛勢圖(設計地震) 79
圖 4 32 SGS法插值之液化潛勢圖(最大考量地震) 80
圖 4 33臺北盆地SGS法插值之液化指標圖 82
圖 4 34可液化土層厚度分布圖 84
圖 4 35 液化土層厚度機率密度圖 85
圖 4 36非液化土層厚度分布圖 86
圖 4 37非液化土層厚度機率密度圖 87
圖 4 38考慮非液化土層厚度之液化損害程度分布圖 89
圖 4 39考慮非液化土層厚度嚴重損害之點位 90
圖 4 40可抽水深度示意圖 92
圖 4 41臺北盆地在設計地震作用下,三方法分析所得可抽水深度機率密度 93
圖 4 42臺北盆地在最大考量地震作用下,三方法分析所得可抽水深度之機率密度 94
圖 4 43 Kriging法插值之可抽水深度圖(設計地震) 95
圖 4 44 Kriging法插值之可抽水深度圖(最大考量地震) 96
圖 4 45 液化損害參數與Vs30關聯性 98
圖 4 46 Vs30分布圖 99
圖 4 47 BME法插值之液化潛勢圖(設計地震) 100
圖 4 48 BME法插值之液化潛勢圖(最大考量地震) 101
圖 4 49 建議新增孔位等級 103
圖 4 50 建議新增孔位等級及網格 103
圖 4 51 中級潛勢圖資鑽孔水位(619孔)與民國100年之前鑽孔水位(2841孔)內插推估差異圖 104
圖 4 52中級潛勢圖資鑽孔水位(619孔)與民國100年之前鑽孔水位(2841孔)內插推估差異圖與區域名稱 104
參考文獻 參考文獻
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