行政院國家科學委員會專題研究計畫 期中進度報告
土木工程科技研究發展及推動小組(1/3) 期中進度報告(精簡版)
計 畫 類 別 ： 個別型
計 畫 編 號 ： NSC 94-2217-E-006-009-
執 行 期 間 ： 94 年 12 月 01 日至 95 年 11 月 30 日 執 行 單 位 ： 國立成功大學土木工程學系（所）
計 畫 主 持 人 ： 陳東陽
處 理 方 式 ： 本計畫可公開查詢
中 華 民 國 95 年 11 月 12 日
土木工程科技研究發展及推動小組(1/3)
計劃編號：NSC 94-2217-E-006-009 執行期限：94/12/01至95/11/30 主持人：陳東陽 成功大學土木工程系教授
土木水利工程學門為協助推動國科會工程處之相關研究計畫，並分析國內外 研發趨勢，規劃學門之技術發展重點藉以提供國內學者前瞻之研發方向，並提供 相關資源給學門教授作為研究之參考。學門本年度之工作情形如下：（一）土木水 利工程學門網站建置（二）召開土木水利工程學門重點研究項目座談會（三）擬 定土木水利工程學門重點研究項目(四)土木水利工程學門人才資料搜集(五)學門未 來執行重點。
一、土木水利工程學門網站建置
土木水利工程學門在九十五年二月開始學門網站之規劃工作，並將學門 網站之內容分為最新公告、學門簡介、研究領域、學門人才、國際期刊、國 內期刊、國際會議、相關網站及聯絡窗口等項目。
最新公告主要以公佈國內外近期之研討會訊息為主；學門簡介中則詳列 出現任召集人與歷屆學門召集人簡歷，以及國科會工程技術發展處計畫經理 之聯絡資料；在研究領域部分，土木水利工程學門負責推動的研究領域有結 構工程、大地工程、水利工程、工程材料、交通與運輸工程、測量、建築與 都市計畫及營建管理等，學門召集人陳東陽教授於今年三月邀請十五位相關 領域之教授撰寫研究領域介紹，並於稍後請學門內各系所提供相關領域中重 要之國際會議資料，其彙整後之資料為「每年重要必須出席之國際會議一覽 表」，其中包含大地、結構、水利、測量、材料、營建、交通、都計、建築、
電腦及生態工法等 11 個類別，已放在網站的國際會議中；至於國際期刊部份，
亦請幾位教授協助提供相關期刊之分類及期刊名稱，並提供期刊查詢之連 結，總計有 144 種國際期刊，共分為 14 大類：(1)Acoustics (2)Cement (3)Composites (4)Construction Management (5)Geological (6)Hydraulic Engineering (7)Mathematics (8)Mechanical Engineering (9)Mechanics (10)Materials Science (11)Multidisciplinary Sciences (12)Pavements (13)Physics (14)Structural Engineering。
而國內期刊部分有六種，分別為 Journal of the Chinese Institute of
Engineers (SCI)中國工程學刊、Journal of Mechanics (SCI)中華民國力學學刊、
中國土木水利工程學刊、結構工程、地工技術、J. Marine Science and Technology
等；相關網站部分包含學校系所、政府機關、相關學會、技師公會、相關產 業公會、相關資訊網站及國外相關網站等，總共連結 230 個網站。
在學門人才部分，學門為協助各界了解國內學術界從事土木水利工程相 關科技的研究發展，便於查詢學門內學者專家的相關資訊，出版「土木水利 工程學門人才資料」。學門人才資料的來源為國科會工程處以及國內各大專院 校土木水利學門相關科系所。其目的在使各界人士了解國內現有土木水利相 關技術研發人力資源與研究現況，以增加學術交流與產官學合作。
土木水利工程學門之「學門人才資料」於今年五月開始調查工作，更新 作業在九月告一段落，隨後於十月中付梓，並於十月底完成。為了方便查閱，
學門提供每一個系所一本學門人才資料，供全國相關系所老師參考。「學門人 才資料」包括學門內各校教授之聯絡方式、過去五年主要研究主題及未來五 年擬研究主題。因部份系所並未繳交人才資料，如於稍後補上者，將直接更 新於學門網站之學門人才網頁。
二、土木水利工程學門重點研究項目座談會
土木水利工程學門於今年八月十七日召開「學門重點研究項目」規劃座 談會，會議中邀請國科會工程技術發展處計畫經理唐又新先生，以及二十二 位國內各大學教授出席，由學門召集人陳東陽教授主持，說明座談會進行討 論內容及目的；隨後請國科會工程科技推展中心副主任邱耀正教授致詞；並 由國科會工程技術發展處計畫經理唐又新先生說明學門現況及學門重點規劃 應發展之方向，以期學門能夠經由這個重點規劃項目的思考，能夠提出更具 前瞻性的構想。
座談會主要討論內容包含結構系統沈陷及微奈米力學課題及多尺度模擬 二大課題，各子題如下：1.結構系統沈陷 1.1 沈陷及大地工程 1.2 水利相關問 題 1.3 空間資訊及監測系統 1.4 計算力學、結構橋樑工程、軌道力學；2.微奈 米力學課題及多尺度模擬。
三、土木水利工程學門重點研究項目
土木水利工程學門於今年九月十四日擬定重點研究項目，並於同一週公 佈於國科會工程技術發展處之學門重點研究項目當中。重點研究項目內容如 下：
(一) 結構系統沈陷：
1 地層沉陷對土木構造物結構安全的影響及其對策：
台灣西南部平原及沿海地區，其地層多屬河流或洪流沖積土砂而構成
之沖積平原，由於各沖積平原之土層構造，較為鬆軟及特殊，土層堆積而 造成土砂顆粒間自然壓密所形成之緩慢地層下陷自然不可避免。然而，由 於西南部土地之過度開發與利用，近年來，使得地盤下陷之幅度與速率有 加快之現象。過去，因為西南部未有重大工程建設，因此，地盤下陷對經 濟之影響與衝擊較不重要而較不為人關注。然而，過去幾年來，各項大型 工程建設，如高速鐵路、東西向快速道路、都會捷運系統、及精密科學工 業園區等重大公共設施與產業陸續進行、完成與運作，地盤下陷對這些重 大工程構造物營運之影響及危害度之評估等研究，實是面臨不得不予以重 視之迫切課題了。因此，以大地工程觀點，研究地盤沉陷對土木構造物(如 橋樑及建築物等)安全之影響及對策，為本年度大地工程規劃之重點研究項 目。
臺灣各沖積平原之土層組成特殊，在地震頻繁及雨量集中的前提下，沖積 地層長年受地震振動或地盤微動、地震引發土層液化、季節性的或抽取地 下水引發的地下水位面變化的影響、及高速車輛行車或施工等引致之振動 等，均可能引發土層下陷，因而危及橋梁及建築物等之結構安全。
基於上述原因，本主題之重點研究項目內容可包含：
1-1 藉由實驗室或現地試驗或區域監測資料，探討沖積土層在不同因素 下之沉陷機制及行為。
1-2 土木構造物現地沉陷監測、模型分析與預測模式之建立等代表性個 案研究。
1-3 利用靜態的及動態的橋梁之模型之建立與分析，探討各種沉陷因素 對橋梁結構安全的影響或危害度評估。
1-4 研擬解決對策或補救措施，並利用靜態的及動態的橋梁之模擬分 析，探討各種對策之功效或效益。
1-5 水文地質模型以及地下水超抽引致之區域沈陷問題探討。
1-6 長期沉陷預測之可靠度與不確定性探討。
1-7 差異沉陷對土木結構物影響之試驗與分析。
1-8 各種沉陷因子及沉陷預測模式的解析與驗證之研究。
1-9 其他與本主題相關之研究。
2 地陷區水文特性及減緩地層下陷之研究：
台灣地區地層下陷問題肇始於六十年代迄今已逾三十餘載，持續下陷 面積已達 1,140 平方公里，最大累積下陷量達到三公尺以上，主要區域集 中在彰化、雲林及嘉義之沿海及內陸地區。地層下陷除對重要交通幹道如 高速鐵路的安全造成重要影響之外，亦衍生國土流失的嚴重問題，其因累 積下陷量降低地面高程之影響，弱減河海堤保護標準、阻滯排水設施功能 發揮，致易遭洪泛或暴潮溢淹災害之侵襲。因此對於地層下陷的成因、機
制、防治與風險必須進行深入研究，期能減低地層下陷造成之損害。工作 項目如下：
2-1 地層下陷區水文地質特性分析
收集地層下陷區之各種地下地質資料，包括現有井下電測之地下水電 阻，地層電阻，自然電位差，地層自然伽瑪線，岩心(土樣)觀察及試驗，
地下水力試驗、地層下陷量量測等等，建構地層下陷區之水文地質特 性及各含水層之間連通性與相關性，整理各分層地層下陷特性，進行 各井間的對比，統計地層特性與地層下陷之關係，建立一可用之地層 下陷地質模式(數學模式)，做為全盤控制地層下陷之工具。
2-2 地層下陷區含水層入滲與涵養行為研究
蒐集文獻與井下地物，鑽井所得之資料，並經由野外實地試驗及實驗 室實驗，獲得地下水流動模擬所需參數，並依據入滲行為分析模式，
評估地層下陷區地下水補注入滲行為，了解地表水補注地下含水層情 形以及含水層入滲特性，以提出防止地層下陷區持續下降之對策。
2-3 地盤下陷機制與模式之研究
高速鐵路通過雲林地區沿線因地層含高細粒料含量之砂土，或因長期 抽取地下水，或因土層本身就具有壓縮性，造成嚴重地層下陷。針對 土壤物理探究可能導致地層下陷之原因，以掌握可能機制，探討下陷 地層土壤特性及地下水水位變動帶相互間地層機制之關係，以便建立 地層下陷地質力學概念模式，藉充分對地層下陷機制瞭解，得以獲得 改進地層下陷原因機制，預測及防治提供有效之訊息。
2-4 雲林地層下陷地區地表水與地下水聯合運用
台灣沿海之地層下陷主要肇因於地下水之超量抽取，由於高程降低、
河海堤及排水設施功能減弱，致下陷土地容易遭受洪氾及暴潮等災害 之侵襲。研究利用農業用水之灌溉功能，進行地表水之管理調配，再 與地下水模式進行耦合，針對各區域耦合情況進行地表與地下水調配 工作，以達成地層下陷減緩或停止成效。
2-5 地層下陷區含水層水文特性對外力擾動反應行為之研究
地層下陷區域含水層之結構變化劇烈，含水層對外力擾動（諸如震動 及地震）之反應行為應產生相對應之劇烈變化，衝擊該區域構造物基 礎結構之安全性。利用水利署「地震發生前後地下水水位異常變化之 研究」計畫所建置之地震監測井地下水文監測資料，配合地震及水文、
地文之觀測資料，利用頻譜分析(諸如小波分析及傅力葉分析)將干擾因 子濾除，針對地層下陷區域，於地層下陷歷程中，含水層水文對地震
之反應，建立評估模式，進而推估地層下陷歷程中，含水層對外力擾 動之反應行為。本研究可作為評估地層下陷區域區，地層下陷歷程中，
含水層水文特性變化對基礎結構安全性之影響評估。
2-6 地層下陷區地下水參數與沉陷量之不確定性分析
探討地層下陷之主要敏感參數，推估地層下陷區水文地文之地質統計 特性；並建構數學物理模型評估地下水參數與沉陷量之不確定性。由 不確定性分析推估地下水流、沉陷量與水文地文參數間之相關性與變 異性，提供地層下陷區之國土資源風險度管理之依據。
2-7 地下水補注方法與區位對減緩地陷之評估
雲林地層下陷嚴重其主要原因為過度仰賴地下水，造成地下水超抽；
且地層持續下陷將對高鐵結構安全造成威脅。針對地層下陷評估農業 灌區之水源需配套補注相關因應措施，研究高鐵沿線禁抽後對地下水 回升效益、發展上游地下水補注減緩地層下陷可行性分析，探討地下 水補注方法與區位對減緩地陷之評估。
2-8 地層下陷區海水入侵機制與防治之研究
沿海地層下陷區海水入侵地相當普遍與嚴重。針對海水入侵問題，研 究發生成因及進行機制，探討地層下陷區海水入侵之行為，建立數理 模式，解釋並預測地層下陷區海水入侵模式，做為地層下陷國土利用 之依據。
3 空間資訊及監測系統：
針對地層下陷之現象，整合分析相關的空間資料觀測成果，並發展完 整有效的監測系統。過去相關的空間資料觀測成果包含年度性的水準觀測 資料、GPS 固定站資料、不同時期的數值地形模型(DTM)資料、地下水位 監測井資料、及重力觀測資料等，這些資料對地層下陷現象而言，有些是 點或線的描述，有些則是面的描述，資料的分佈、觀測時期、精度、及參 考系統相當多元，必須透過整合分析才能結合應用，並瞭解未來需補充何 種形式的觀測資料。未來監測系統的規劃除了維持或擴大有效的既有監測 系統外，亦可朝高效率且高精度的新式觀測系統來發展，例如空載光達 (LiDAR)或雷達影像干涉(InSAR)等，可於短時間內獲取大片面積的高密度 且高精度高程資料。對於敏感區域亦可獲取遙測影像，建立當地的土地覆 蓋及利用之資訊，有助於後續地層下陷成因之分析。
4 土木基本設施系統之檢監測與診斷：
土本基本設施系統之檢監測與診斷分析為目前全球土木工程科技之研 發重點，具有極大之經濟產值與符合社會永續發展之目標。土木基本設施 系統之項目眾多，為配合臺灣地區之在此一課題之研發現況與公共工程之 需求性，建議選定軌道結構系統之檢監測與診斷，為本年度之重點研究項
軌道運輸系統之建構與更新為台灣土木基本設施未來發展之一項重點，為 維護此些系統如捷運、傳統鐵路與高速鐵路之安全性、服務性與耐久性。
必須納入新的工程理論與技術，以確實掌握結構系統之現況並作及時之診 斷分析與適當的處理作業。基於上述之需求目的，以下為本子題之重點研 究項目：
4-1 軌道結構系統行為之監測技術。
4-2 軌道及其結構系統損傷變形之快速檢測技術。
4-3 軌-橋結構基礎沉陷、沖刷、掏空及變形下之行車安全性分析。
4-4 行車脫軌準則之研擬。
4-5 道碴-軌道動力互制行為之分析。
4-6 軌道橋梁之疲勞壽命預測。
(二) 微奈米力學課題及多尺度模擬：
奈米科技以操控原子與分子為基礎，透過奈米特徵尺寸、表面尺度、
特殊幾何配置、古典與量子力學之互動等效應的運用，產生有別於巨觀 物質之奈米結構的特殊現象，並經由奈米結構的組合，改進物質巨觀的 力、熱、電、光、磁等性質。因此，如何充分掌握奈米結構的行為及其 在微、奈米尺度的群體機制，進而使奈米科技能夠持續不斷的創新突破，
已成為各國政府積極投入人力物力之重點研究議題。緣此，本學門希望 透過此重點規劃，鼓勵於力學理論、模擬與實驗等方面學有專精的學者 專家，針對微奈米力學與多尺度材料模擬之議題進行前瞻與創新性的研 究。
有關於微奈米力學與多尺度材料模擬的研究範疇包括基礎奈米力學 理論、相關計算方法、微奈米尺度特殊現象等；而相關的研究課題則包 含連體力學、古典力學、量子力學的適用性，多尺度材料模擬理論與計 算方法，介觀尺度理論與計算方法，奈米尺度的摩擦、潤滑、黏著、接 觸角等表面效應，奈米自組裝現象的力學機制分析，差排、裂縫、晶界、
空缺等微瑕疵的互動及其對微奈米機械性質的影響，特殊奈米結構如奈 米碳管、奈米薄膜之力學行為分析等。除此之外，其他與微奈米力學與 多尺度材料模擬相關之課題亦是本學門鼓勵投入的研究方向。
四、土木水利工程學門人才資料
土木水利工程學門為協助各界了解國內學術界從事土木水利工程相關科 技的研究發展，便於查詢學門內學者專家的相關資訊，出版「土木水利工程 學門人才資料」。學門人才資料的來源為國科會工程處以及國內各大專院校土 木水利學門相關科系所。其目的在使各界人士了解國內現有土木水利相關技 術研發人力資源與研究現況，以增加學術交流與產官學合作。
土木水利工程學門之「學門人才資料」更新作業已在今年九月告一段落，
隨後於十月中付梓，並於十月底完成。為了方便查閱，學門提供每一個系所 一本學門人才資料，供全國相關系所老師參考。
「學門人才資料」總共更新學門中公私立大學、科技大學及技術學院 84 個系 所的 1298 位教授之資料，包括學門內各校教授之聯絡方式、過去五年主要研 究主題及未來五年擬研究主題。
五、土木水利工程學門未來執行重點
學門將在未來一年中將著眼於前瞻研究計畫之推行，依據學門今年所擬 定之重點研究項目，凝聚學門中不同學術領域之專長，積極鼓勵學門內之教 授共同提出大型之整合型研究計畫，且鼓勵與其他學門跨領域或跨校性之合 作，亦鼓勵提出國際學術合作之研究案，以期我國學術研究之長進。並提供 學門內之教授與博士生短期研究訪問之機會，建立與國外知名學術研究機構 交流之管道，可讓我國學者對國外最新趨勢多所了解，以及增進對新興技術 之認識，進而提昇研究的質與量。
同時將邀請土木水利相關領域之教授組成學術交流及計畫推動小組，積 極落實學門發展前瞻研究計畫之目標，研擬如何增進學界研究及工程實務之 資訊交流。並邀請工程業界、研究機構及國內外專家學者，與會進行討論。
在學門網站方面，將持續更新網站內容使其更加完整，包含最新公告、
學門人才、國際會議及相關網站等。除了在學門網站之最新公告公佈學門最 新消息、全國各大專院校系所之招募人才資訊，與近期國內外研討會訊息之 外，並且透過電子郵件與各公私立大學、科技大學及技術學院之系主任以及 所長保持密切連繫，隨時告知國科會工程技術發展處及土木水利工程學門重 要訊息。
