簡易經驗分析法

簡易經驗分析法是累積許多的理論分析、室內及現地試驗與震災案 例之綜合研究成果。基本上簡易經驗分析法包含兩個部份，第一部份就 是利用設計基礎時所用之地表最大加速度，以半經驗之簡易公式估計現 地土層在遭遇地震時所承受之反覆剪應力比；第二部份則是如何估計土 層之液化阻抗 ( 可用反覆剪應力比表示 ) ，土層液化阻抗的評估方 法，可以在現地取不擾動土樣在實驗室中試驗求得，室內試驗包括動力 三軸試驗、反覆直剪試驗、反覆中空扭剪試驗等，稱之為室內試驗法；

或是利用現地試驗的參數如 SPT-N、CPT-qc、震測剪力波速 Vs與電導參 數 Af等，利用現地液化案例所推得之經驗曲線求得，稱之為現地經驗法。

因為不擾動土樣不易取得，所以利用現地參數之現地經驗法遂廣為 工程界使用，成為標準的液化潛能評估法。現地參數中雖有 SPT-N、

CPT-qc、震測剪力波速 Vs與電導參數 Af等，但是在以往的液化案例之中，

只有 SPT－N 擁有大量的資料且能獲得較準確的土壤分類與指數性質資 料，所以一般以 SPT－N 作為評估參數的方法，因此此法遂成為主流，

而廣為工程界所使用。

由於工程界常以簡易經驗分析法來進行土壤液化潛能的評估，而其 中又以 SPT-N、CPT-q^c及剪力波速 Vs為最普遍的評估參數，因此也將這

現地經驗法雖然可採用 SPT-N 法、CPT-qc及震測剪力波速 Vs 等參 數，但因為以往地震液化案例中大都僅有標準貫入試驗 SPT-N 資料，且 因該試驗可同時由劈管土樣獲得準確之土壤分類與指數性質資料，故一 般認為以 SPT-N 作為評估參數較為可靠，因此目前各國設計規範均以 SPT-N 法為基本方法，成為工程界之主流，廣為各界所採用。目前世界 上最具代表性之五種 SPT-N 簡易經驗法之內容及分析流程分述如下：

【8】

(一)Seed et al.簡易經驗法(1971,1979,1983,1984,1985 簡稱 Seed 法)如圖 2-5 所示，該法主要是蒐集世界上許多規模 M≒7.5 大地震 之案例，估計現地液化及非液化飽和砂土所受之地震反覆剪應力比 SR15(振動周數約為 15)與(N

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標準落錘能量且修正至有效覆土應力為 1kg/cm²之 SPT-N 值，並據 以建立一條判定液化與否之臨界關係曲線 SR15=f[(N

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黃俊鴻、陳正興教授認為抗液化強度即是從現地案例反算求得，自 然就反應了現地有效圍壓之影響，因此對於地表下 20m 範圍內之土 層無須再進行修正，對於一般之水平地盤，因無初始剪應力存在，

其液化評估亦無須考慮初始剪應力之影響。

(二)日本道路協會簡易經驗法(1978,1982,1990,1996 簡稱 JRA 法) 如圖 2-6 所示，該法之特點在於以最大反覆剪應力比而非以平均反 覆剪應力比作為比較之基準，同時所用之設計地震參數僅需地表最 大加速度 PGA 值，而不需要地震規模 M，這些都是與其它方法不同 之處。黃俊鴻、陳正興等學者在 1993 年「高鐵土壤液化評估方法 研究」中曾明確指出此法將低估 N 值大的土壤之抗液化強度，尤其

圖 2-5(a) Seed SPT-N 液化評估法(Seed et al,1985)【8】

圖 2-5(b) 應力折減係數 r^d隨深度之變化【8】

圖 2-5(c) CN隨有效覆土應力之變化【8】

圖 2-5(d) 抗液化強度（

v

σ

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圖 2-6 液化潛能評估：日本道路協會簡易經驗法(1990)分析流程【8】

(三)Tokimatsu 與 Yoshimi 簡易經驗法(1983,簡稱 T-Y 法)

如圖 2-7 所示，此法特色為在 N 值小時，所估計之抗液化強度與日 本道路協會方法相近，在 N 值大時，則與 Seed 方法相近，有關細 粒料影響之參數採過 200 號篩之含量 FC(%)。在台灣高速鐵路土壤 液化評估方法研究案之總結論中，認為此法在各層次的考量，均較 合理，而建議採用此法作為土壤液化評估之基本方法，。

(四)中國大陸簡易經驗法(1989,簡稱 CBC 法)

如圖 2-8 所示，中國大陸自 1966 年邢台地震後，即累積了許多現 地案例資料，建立了於某一深度及某一地下水位條件下，判定液化 與否之臨界 N 值準則。此法最大特色係以臨界 N 值為基準來判別液 化與否，目前僅通用於中國大陸。

(五)新日本道路協會簡易經驗法(1996,簡稱 NJRA 法)

如圖 2-9 所示，此法乃係於 1995 年阪神大地震後，針對嚴重之土 壤液化震害加以討論研究，重新擬定之新的土壤液化判別方法。包 括將礫質土列入需進行液化評估之土壤種類中，而在砂質土之抗液 化強度考慮細料含量之影響部份，平均粒徑 D50改為以細料含量 FC 為參數，但細料含量之修正遠較 JRA 法保守。再將不同地震發生模 式及地盤條件加以考慮，對應不同之地震與地盤修正區係數，修正 土壤之抗液化強度。

圖 2-7 Tokimatsu 與 Yoshimi (1983) 簡易經驗法分析流程【8】

圖 2-8 中國大陸液化評估法(建築抗震設計規範 GBJ 11-89)【8】

二、CPT-qc液化評估法

如圖 2-10 所示，此法其原理和 SPT-N 法一樣，只是將參數 SPT-N 改為圓錐貫入阻抗 CPT－qc而己，先前 Seed et al.(1983)及 Robertson

& Campanell(1985)等之研究中，使用 SPT-N 之現地案例將 SPT-N 與 CPT

－qc間作參數轉換，變成 CPT－qc評估法。後來 Shibata &

Tapataksa(1988)重新蒐集世界各地 CPT 案例加以研究，建立判斷土壤 液化與否之 CPT-qc臨界曲線，成為 CPT－qc評估法。國內己有工程機構 使用此法，但仍不普遍。因為此法雖然可以較準確判別土層剖面，但是 無法直接取得土樣以判定細料含量。CPT-qc法有速度快、重複性高及人 為誤差小之優點，為未來極有發展潛力之方法。【2】

三、震測剪力波 Vs液化評估法

如圖 2-11 所示，此法為 Tokimatsu 教授（1990）於試驗室進行大量 砂土液化試驗及共振柱試驗，證明抗液化強度與最大剪力模數 Gmax（可 由剪力波速 VS求得）之間有良好之關係，並依據試驗結果，發展出一套 以現地震測 VS值為參數之液化潛能評估法。此法較大之缺點為無法取得 細料含量之資料，尚難準確描繪土壤剖面，且隨試驗方法，如下孔法、

上孔法、跨孔法及表面波法等，所得之剪力波速有相當大之差異。【8】

圖 2-10 CPT-qc 液化評估法(Shibata et al.，1988)【8】

圖 2-11 震測 Vs 液化評估法(Tokimatsu 與 Uchida，1990)【8】

粗略之缺點，利用總應力地盤反應分析的程式如 SHAKE、MASH 來估計地 震時地盤所承受的反覆剪應力比及作用週期數，至於估計液化阻抗的方 法則與簡易計算法相同。

總應力分析法雖可得到較接近實際土層土壤之地震反應分析結果，

但在現地工址承受設計地震作用時，如何得到真正符合現地基盤地質情 況之速度歷時變化關係，亦即最大加速度值與作用對應時間、頻率變 化、作用時間等皆應同時考慮，以找到最具代表性的地震入射波基盤輸 入資料，此為一相當複雜且費時費力之工作，加以如何得到代表各土層 土壤輸入資料之動力性質如剪力模數、阻尼比等參數數據，亦需由現地 或室內實驗進行震測法、共振柱試驗、動力三軸試驗求取之；因此在一 般工程設計液化評估方法若採用總應力分析法，有其相當的限制與複雜 性。【35】