現行土壤參數折減相關規範

目前國內頒布建築法規中提及考慮液化後土壤參數折減的規定，主要 是「建築技術規則建築構造編」、「建築物基礎構造設計規範」以及「建 築物耐震設計規範及解說」，三部分。

「建築技術規則建築構造編」(2016)[54]中第48條之一：…

對設計地震 及最大考量地震下會發生土壤液化之基地，應設置適當基礎，並以折減後 之土壤參數檢核建築物液化後之安全性

。條文中僅提到需考慮液化後進行 土壤參數之折減，並無規定折減之方式。

依據「建築物基礎構造設計規範」(2001)[55]中液化地層土質參數之折 減 一 節 中 之 解 說 則 建 議 土 質 參 數 之 折 減 係 數 可 參 照 日 本 道 路 協 會 (1996)[56] 「 道 路 橋 示 方 書 ‧ 同 解 說 –V 耐 震 設 計 編 及 日 本 建 築 學 會 (1988)[57]「建築基礎構造設計指針」中有建議之土質參數折減係數表，如 表2.3與表2.4所示。解說亦提及兩者建議之土質參數折減係數表差異甚大，

並建議採取保守方法估計。

而「建築物耐震設計規範及解說」(2011)[58]中第 11.1.4 節土壤參數折 減之土層及其處理之解說內容僅建議參照日本道路協會(1996)「道路橋示

方書‧同解說–V 耐震設計編」之規定進行土壤參數之折減，並明確指出 所謂土壤參數係為地盤反力係數，而非土壤剪力強度等參數。目前正在研 擬中新版之修定案同章節的解說則是建議採用日本建築學會(1988)「建築 基礎構造設計指針」中之液化折減參數進行設計，比較保守適當。

綜觀國內與日本規範對於液化土壤參數折減規定的演進，均有將土壤 參數之折減係數修正為較小的趨勢，如日本道路協會在 1990[59]版本規範 所建議土壤參數折減係數也較1996 版本規範小，如表 2.5 所示。其主要原 因是由於近年來專家學者的研究漸增與許多室內試驗結果均顯示土壤液 化後殘餘強度相當小，因此在未有十足把握時則趨向採用保守方式設計。

目前國內規範多建議採用日本現有規範進行設計，而日本規範中所定 義之土壤參數折減係數須依據抗液化安全係數(FL)與地盤深度條件來選定。

圖3.23 為岩崎敏男等人[48]根據振動台試驗資料，以日本道路協會建議之 方式計算之抗液化安全係數(FL)與試體之超額孔隙水壓比(ru)關係圖。圖中 顯示 FL =1 時，平均 ru大約為0.5，而若平均 ru=1，則 FL≒0.6。因此，是 否日本道路協會建議之土壤參數折減係數僅適合該規範所建議抗液化安 全係數的計算方式，或仍可適用不同方法所求得的地層抗液化安全係數尤 未可知，且尚未經過本土適用性之驗證，因此仍有待更多研究探討。

 

液化潛能指數  PL  修正係數 CNL 

5

PL   0 

20

5P^L  



^0.2PL1



^/3  PL



20   1 

       

 

表2.3 日本道路協會規範之土質參數折減係數 DE[54] 

   

       

 

JRA code(1990)  JRA code(1996)

抗液化安全係數 R≤0.3 0.3<R

F^L ≤0.6

  圖 2.1  臨界孔隙比曲線(Casagrande, 1936)[1] 

     

  圖 2.2  地震時土壤液化引致之災害示意圖(陳正興、陳家漢, 2014)[4] 

       

  圖 2.3  液化土壤‐樁基礎‐上部結構互制作用示意圖（Tokimatsu and Asaka 

1998）[5] 

 

  圖 2.4  液化土壤中樁基礎破壞機制（Tokimatsu et al.,1996）[8] 

         

 

圖 2.5  離心機模型試驗中挫屈破壞情況(Bhattacharya, 2003)[9] 

圖 2.6  模型樁振動台試驗儀器配置(Yao et al., 2004)[13] 

圖 2.7  大型模型樁振動台試驗之儀器配置（Tokimatsu and Suzuki, 2004）

[14] 

圖 2.8  土壤‐樁基礎‐上部結構互制作用之振動台試驗規劃（Tokimatsu et al. 

2005）[15] 

 

圖 2.9  土壤－群樁基礎－上部結構互制試驗照片[16] 

   

 

圖 2.10  土壤－群樁基礎－上部結構互制試驗配置（Tokimatsu and Suzuki,  2009）[16] 

     

圖 2.11  模型樁振動台試驗規劃（Cubrinovski et al., 2006）[17] 

             

 

圖 2.13  樁身彎矩與自由場孔隙水壓隨深度分布（Abdoun et al., 2003）[21] 

     

圖 2.14  離心機模型樁振動台試驗配置示意圖（Kagawa et al., 2004）[22] 

 

  圖 2.15  爆炸引致地盤液化之現地樁基礎側向載重試驗(重繪 Rollins et al., 

2005)[24] 

水壓計 爆炸點

載重構架

比例尺 (m) 次構架

0.9 m場鑄鋼管樁

3 x 3 群樁 千斤頂

水壓計 爆炸點

載重構架

比例尺 (m) 次構架

0.9 m場鑄鋼管樁

3 x 3 群樁 千斤頂

  圖 2.16  震源震盪車與棧橋式碼頭液化試驗配置(Chang et al., 2010)[25] 

         

 

圖 2.17  不同孔隙水壓比情況下，  p‐y 曲線變化(Chang et al., 2010)[25] 

   

               

圖 2.18  擬靜態 Bean on Winkler Foundation 模型示意圖  (Liyanapathirana and  Poulos, 2005)[28]

 

                         

   

(a) 非線性動態土壤 p-y 元素組構圖

  (b) 非線性土壤元素模型動態 p-y 曲線行為

圖 2.19 BNWF 非線性動態土壤 p‐y 元素特性示意圖  (Boulanger et al.,  1999)[29] 

 

圖 2.20  橋梁基礎彈性分析流程[45] 

  圖 2.21  橋梁基礎擬靜力分析流程[45] 

     

   

  圖 2.22  水底高程差及離水際線之距離(JRA, 1996) [46] 

   

   

 

圖 2.23  流動力計算模式(JRA, 1996)[46] 

 

圖 2.24  樁基礎之簡易擬靜態分析法示意圖  (Tokimatsu, 2003)[47] 

 

 

圖 2.25  地震時最大之反覆剪應變  (Tokimatsu, 2003)[47] 

 

  圖 2.26  水際線與地盤水平位移關係(Tokimatsu, 2003)[47] 

  圖 2.27 岩崎敏男等人(1981)使用之試驗設備[48] 

 

  圖 2.28  正規化之地盤反力係數與初始孔隙水壓之關係[48] 

        (a)a = 0.5%      (b)a = 1% 

圖 2.29  試體相對密度 39 %，在圍壓 98 kPa 時，不同孔隙水壓激發方法之 正規化土壤模數與孔隙水壓力比之關係[49] 

         

  圖 2.30  飽和砂土振動台離心機模型試驗儀器配置[51] 

 

 

圖 2.32 液化場址實測之地震歷時與平均瞬時頻率變化  (Kostadinov and  Towhata, 2002)[52] 

   

 

圖 2.33  日本道路協會方法之抗液化安全係數(FL)與超額孔隙水壓比之關 係  (岩崎敏男等人, 1981)[48] 

     

         

課題。

3.1 振動台試驗規劃

本研究使用翁作新等人(2001)[60]研發的大型二維多層剪力盒作為試 驗容器，將模型樁埋置於飽和越南砂試體中，再利用國家地震工程研究中 心的三向度大型振動台提供振動來源，進行飽和砂土中樁基礎受震反應研 究。

試驗設計是將模型樁固定於剪力盒底部以模擬基樁貫入岩盤或是埋 置於堅實地層之受振行為，並在樁頂裝設質量塊模擬上部結構載重之反應。

另外也在樁身不同深度黏貼防水型應變計以及微型加速度計量測基樁受 振之反應，同時也對於土壤試體之位移、加速度與孔隙水壓反應均進行連 續監測，以完整紀錄地盤受振過程之動態反應資料。

為了考量可能液化地盤變位型態對於樁基礎作用的影響，振動台試驗 內容除了水平地盤模型樁振動台試驗外，也包括傾斜地盤模型樁振動台試 驗。先利用空箱單樁與水中單樁試驗了解基樁與在水中基樁的動態特性，

再控制樁頂上部載重質量、砂土相對密度、輸入振動模式、振動頻率與最 大輸入加速度等因素進行試驗，將試驗所得之樁身應變資料，考慮邊界狀 況以迴歸分析法求得樁身彎矩分布並依彈性梁理論反算樁身變形與土壤

反力，同時配合近遠域之孔隙水壓力變化與地盤變位進行基樁於飽和土層 中受震之力學行為探討，其內容包括：(1)地盤在液化前、中、後各階段樁 基礎受力行為反應（inertial and kinematic force）；(2)孔隙水壓激發與消散 對土壤－樁基礎－上部結構互制行為之影響；(3)地盤側潰對於樁基礎受震 反應之影響等。

3.2 試驗設備與試體準備

3.2.1 地震模擬振動台

國家地震工程研究中心(National Center for Research on Earthquake Engeineering, NCREE)之地震模擬實驗室建置一座六個自由度之地震模擬 振動台，其平台尺寸為5 m × 5 m，試體最大容許載重為50公噸，可以模擬 並重現發生的地震運動。振動台的動力來源為高速油壓致動器與油壓泵，

每一軸向由四支致動器所控制，三軸向總共十二支致動器來驅動其整體運 動，表3.1為振動台之規格性能資料。本研究將使用此振動台作為振動輸入 來源，進行模型樁物理模型試驗模擬。

3.2.2 雙軸向多層剪力試驗盒

為了模擬模型基樁埋置於飽和砂土層之受震行為，需有一試驗盒來裝 載土壤試體，並利用大型振動台對試驗盒施加振動。當土層在受到地震作 用後，地震產生之剪力波會從底部向上傳遞，為了使土壤試體能與現地水 平土層隨地震波作用而變形，試驗盒可利用多層框架堆疊，使得試驗盒內 之各高度的土壤能隨剪力波而自由變形，如圖 3.1 所示。根據此原理，翁 作新等人(2001)[60]更進一步研發可進行雙向運動機制之大型多層剪力試 驗盒，為目前唯一能進行水平多向振動之大型試驗盒，本研究將以此試驗 盒作試驗容器，進行模型樁振動台試驗。

如此內外複合框架之組合能使置於內框中之土壤試體（1.88 m × 1.88 m × 1.52 m）在動態試驗過程中，可同時產生 X 向與 Y 向之雙軸向無扭轉的二 維運動，在各深度水平面上能呈現多向度運動隨地震波傳遞而變形。此外，

選用厚度為2 mm 之矽膠膜作為剪力盒之防水膜，固定於內框側面內以探 討飽和土壤試體之受震行為。

有關大型雙軸向多層剪力試驗盒之研發、製作與測試等細節可參考國 家地震工程研究中心報告，編號 NCREE-01-011「大型振動台剪力盒土壤 液化試驗（I）－大型二維剪力盒之研發」(翁作新等人,2001)[60]。

3.2.3 固定式大型砂土霣落箱

為了配合大型剪力盒砂土試體準備，翁作新等人(2001)[60]也開發一組 固定式大型砂土霣落箱進行試體準備。霣落箱主要可分為三個部份，如圖 3.3：

1. 霣落箱本體。

2. 可抽換式多孔盤。

3. 分散器。

在試驗前會先將該次試驗所需的砂土由霣落箱之頂部置入，霣落箱的 頂部無蓋，箱底為鑽有孔徑40 mm 之底鈑，下接可抽換式多孔盤如圖 3.4 所示，其孔徑分別有15 mm、20 mm、30 mm 及 40 mm 四組，本研究考

慮試體準備之均勻性，所有試驗皆採用孔徑 15 mm 之多孔盤進行試體準 備。可抽換式多孔盤以下為分散器，主要的目的是讓砂土試體能均勻落在 剪力試驗盒內。而分散器主要由四層篩網所構成，篩網彼此間的間距為70 mm，其孔目大小為 4.76 mm(4 號篩)，並且彼此重疊交錯成 45 度。圖 3.5 為大型霣落箱霣落砂土於剪力試驗盒內之情形。

3.2.4 資料擷取系統與量測儀器

由於執行大型物理模型試驗所需之成本相當高，所以試驗每一步驟皆 需詳細規劃，並將可用之量測儀器作最妥善地安排利用，以期得到詳細且 可靠的數據進行分析研究，而資料擷取系統與量測儀器的配置則為整個試 驗中相當關鍵的部分。 

本研究所使用的資料擷取系統為國家地震工程研究中心地震模擬實驗 室所採購之工業級動態資料擷取系統，為Pacific Instruments 公司整合資料 擷取、訊號調節與控制等功能的模組化資料擷取系統，其頻道數量可擴充

本研究所使用的資料擷取系統為國家地震工程研究中心地震模擬實驗 室所採購之工業級動態資料擷取系統，為Pacific Instruments 公司整合資料 擷取、訊號調節與控制等功能的模組化資料擷取系統，其頻道數量可擴充

在文檔中 以振動台試驗探討液化地盤中單樁受震樁土互制關係 (頁 39-0)