地盤改良成效檢測之適用性

4.1 節模擬結果顯示若將簡化地層模型三維化後表面波之均質化行為會 傾向一維等效波速理論下限值，但實際上地盤改良場址是含有許多柱狀固 結物於地層中，並非簡化模型所呈現之牆狀改良土體，因此本小節將進一 步建立含柱狀改良樁之地層模型，模擬表面波並詳加檢視其行為模式。

數值模擬之地層配置參考高壓噴射灌漿場址案例如圖 4.11 所示，因 SPECFEM3D 限制六面體的網格，難以提昇圓柱體改良樁之網格品質，所 此改用方柱體之改良樁，並調整方柱體改良樁的邊長得以近似圓柱體改良 樁之截面積，在三維的條件下，共進行表 4.6 所列舉數種不同現地改良率之 情形，改良深度自地表下 5 公尺至 25 公尺，改良樁截面積固定為 1 平方公 尺，樁與樁之中心距隨著改良率增加而縮短，最低改良率 6.25%時距離為 4m，而最高改良率 44.4%時距離為 1.5m；而在材料參數的設定上，原土壤 之剪力波速為 170 m/s，壓縮波速 330 m/s，密度為 1.7 g/cm³，改良樁之剪 力波速為 800 m/s，壓縮波速 1920 m/s，密度為 2 g/cm³，其中，改良樁與原 土壤之剪力波速比為 4.7;另外測線的佈置上共有兩種方式：一為測線通過改 良樁的上方，另一為測線介於樁與樁之間且未通過改良樁，因前述宜蘭羅 東地盤改良場址施作表面波震測採用上述兩種的配置，結果發現表面波在 改良樁間距 2.8 m 之情況下是無法區別樁體與土壤之差異，呈現綜合剪力波 速之表現，因此透過兩種不同的配置用以驗證現場案例之結果。

圖 4.11 柱狀地層模型示意圖

顯的提升，將所有模擬案例得到的頻散曲線結果採用美國 Kansas Geological Survey 所發展之 Surfseis v3.06 進行剪力波速反算分析，於反算參數中設定 反算層數為 2 層，地表至地表下 5 公尺為一層，超過地表下 5 公尺為半無 限域空間，反算結果如圖 4.12c 所示，在圖 4.12c 中可見，無論表面波震測 測線有無通過改良樁，反算的結果均相當接近，符合實際現場案例施作之 情形。未改良的深度內其剪力波速剖面與原土壤相同皆為 170 m/s，而有改 良的深度，隨著改良率的增加剪力波速也隨之增加，以改良率 25%為例，

其剪力波速提升至 238.6 m/s(對應剪力波速提升率為 40.7%，如圖 4.12d 所 示)。

(a) (b)

圖 4.12 表面波震測數值模擬分析結果：(a) 改良率 25% 時間域震波模擬資 料；(b) 改良率 25% 頻散曲線影像圖；(c) 反算分析之剪力波速剖面；(d) 對

應剪力波速提升率

上述結果再繪入前述所示圖 4.5 剪力波速提升率與改良率之關係圖中 (如圖 4.13 所示，剪力波速比為 4.7)，仔細觀察方型標記資料點Ⅲ-1~Ⅲ-9，

模擬結果顯而易見的表面波均質化行為不再是遵循一維等效波速理論之下 限，比較資料點發現仍存在關聯性，且資料點皆落在等值理論上下限之間，

可初步判斷模擬的正確性。若再比對羅東高壓噴射灌漿地盤改良場址設計 (c)

(d)

改良率 14.43%，得到的剪力波速提昇率約 14~17%，數值模擬似乎可以作 為改良率與波速提昇率兩者存在相關性之佐證，可惜目前尚未發現適用於 柱狀地層的材料等效理論，因此嘗試利用一維等效模數理論之上下限曲線 透過最佳化來表示模擬結果可能依循的曲線，得到式(4.1)：

VIR_Mix=(0.73VIR_{G, low}+0.27VIR_{G, up})^1.5 (4.1) VIRMix表示混和理論下的剪力波速提升率，VIRG,low如式(2.46)所示為等效模 數理論下限之剪力波速提升率，VIRG,up則如式(2.47)所示為等效模數理論上 限之等值剪力波速提升率，再利用羅東高壓噴射灌漿地盤改良場址設計改 良率 14.43%帶入式(4.1)可得到混和理論的剪力波速提升率為 20.6%，相反 的也可以用得到的剪力波速提升率 14~17%反推地盤改良率約為 11~13%，

雖然無法得知真實之地盤改良率為何，但透過式(4.1)可以針對不同剪力波 速提升率的需求來設計地盤改良率，並且在地盤改良後施作得到剪力波速 提升率用以驗證是否達到設計改良率是可行的。

圖 4.13 剪力波速提升率與改良率之關係圖