臺北科技大學土木與防災研究所學位論文
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近年台灣因氣候變遷影響導致豪雨不斷，土石流邊坡滑動等天然災害層出不窮，而台北文山區地區歷經過96年至97年卡玫基、辛克樂、哈格等颱風所挾帶大量雨水侵襲下，導致台北木柵猴山岳地區發生了土石崩塌；就防救災的觀點來看，若能充分了解崩塌區之地質構造，災前、後地形地貌之變化，便可助於災後整治規劃，設計施工上之參考，甚者可提供其他地區規劃研究之參考。 由於本區域之滑坡體屬小規模崩塌，一方面在本研究區內缺乏災前、後較詳實之相關地形、地質資料，另再以國內已有之DTM來分析滑動體之地形、地貌特徵及變化情形，有實際的困難性。依循上述動機，本研究猴山岳運用災前與災後影像資料，結合多種軟體，嘗試建置高精度數值地形模型，由既有高精度LIDAR座標資料搭配航空影像及動態即時全球定位系統(RTK GPS)來設置及量測地面控制點；配合高機動性、即時快速的無人載具影像資料，建置出災前時期、崩塌後與整治完工後之解析度2m DTM。利用建置出各時期之DSM分析此地形地貌變化，利用Arc Map查詢功能求得縱剖面與橫剖面之地表高程，比對94年至99年期間高度變化，並搭配正射影像初探樹木侵蝕範圍。並根據所建置之數值地形模型，利用精度管控指標先行評估DSM平均垂直誤差值、標準差、較差極大值與極小值，並呈現出誤差常態分布圖，藉以高峰圖形了解精確度。 本研究根據已有高精度LiDAR DEM及DSM資料為基礎，來評估本研究中所建置的數期數值地形模型之模型高程精度；另外，根據所建置之不同時期之DTM，來探求崩塌區附近之地質概況，及滑坡體之運動特性。
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由於受到天體引力的影響，使得感潮河段的水文水理現象尤其複雜，加上上游河川水流下瀉，使之形成週期性的漲退關係，而難以用時間序列方式推求感潮河段流量之大小，亦不同於非感潮河段的單一水位對應單一流量的關係。面對氣候變遷與極端水文事件逐漸上升的狀態下，感潮河段水位-流量之關係勢必為未來災害探討的重要因素。 不同以往使用既有水理模式之方法，本研究將具有訊號特性之感潮河段水位數據利用時頻分析方法Hilbert-Hung Transform(HHT)，做為感潮河段水位分析之工具，選取台北與三重之重要溝通橋梁—台北橋作為主要分析地點，將水位訊號所分解之本質分量函數(Intrinsic Mode Functions，IMF)做進一步的分析，並蒐集年度實測流量，共同探討HHT於製作感潮河段率定曲線之可行性，一旦關係建立，於未來即可發展具即時性之流量推估方法，更可有效減少施測次數而得到準確之流量，達到事半功倍的效果。
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特殊軌道為軌道整體工程中屬相當專業且關鍵之項目，亦是保證列車安全運行之重要設施，其中除與介面標關聯甚多外，而其施工品質影響行車的安全性及乘客的舒適度也非常大，並且在軌道工程施工中屬要徑作業，更因常為施工動線樞紐，故如何縮短施工時程，並能維持一定之品質，實攸關整個捷運軌道工程之成敗關鍵。由於特殊軌道相較於一般軌道具有型式多樣、構造複雜、使用壽年短、限制列車速度、行車安全性較低及養護維修投入大等特點，因此如何增長特殊軌道使用年限及維持基本的行車安全是軌道工程之重要課題。無論是道碴道床特殊軌道、無道碴道床特殊軌道或是浮動式道床特殊軌道之施作，其每一步驟及流程均有嚴格之要求，但若依其施工管理程序按部就班且嚴格控管其施工品質及精度，均能化繁為簡且滿足車輛於軌道運行中安全與舒適性之需求。 本論文以臺北都會區大眾捷運系統特殊軌道之施工為例，就其以往實際施作之經驗為基礎，並由文獻回顧與專家建議中研擬出特殊軌道施工之各項管理策略，而分別將應用於臺北捷運系統之各式特殊軌道之施工管理，就其施工過程從介面、工法、設計與材料之選購，到現場的施工各環節進行評估與研析，擬定出最佳之重點管理策略，並提出最終之建議與結論，以期能做為爾後國內捷運軌道執行專案之參考。
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台灣過去之深開挖工程案例，常以地質改良之方式提升基地內土壤勁度及強度，進而達到減少擋土壁體之側向變形量，但近年來扶壁及地中壁逐漸取代地質改良之方式。由於目前尚未有扶壁及地中壁之標準設計規範，只能依靠大地工程師之經驗及數值分析之結果進行設計。本研究採用「有限元素法」所撰寫之三向度數值軟體「Plaxis 3D Foundation」，先利用實際案例驗證軟體模擬扶壁及地中壁之分析和比對，再針對扶壁及地中壁數量與連續壁變形量之變位折減率探討，藉以提升分析之精確性和瞭解扶壁及地中壁之行為。 分析結果顯示，扶壁及地中壁皆可有效抑制連續壁側向變形，地中壁抑制連續壁側向變形之效果最好，其次是扶壁。本案例西側採用五道扶壁之變位折減率DRR可達到約49.66%，而南北側採用五道地中壁，在距離地中壁約6m內之連續壁側向位移均在2cm以下，地中壁間距SCW與基址長度L之比值為0.21以下，其變位折減率DRR均可達到約77.42%以上。
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台灣地區每遇颱風及梅雨季節往往造成許多坡地災害發生，導致土石流以及邊坡滑動產生，人民生命財產安全損失甚巨。而產生崩塌滑動地區，往往因為不知道邊坡滑動的確切方向，影響進一步的分析和研究。 本研究針對台北市文山區猴山岳步道台電345kv-039塔柱旁之邊坡，因為在2008年至2009年間，卡玫基、鳳凰及辛樂克等颱風所帶來的豪大雨量造成猴山岳研究區域產生大規模的邊坡滑動。因此，針對邊坡滑動區域使用民國95年、民國97年和民國98年等不同時期之航照影像進行影像分析，利用眾人分工智慧的方式，從98年崩塌後拍攝的航照影像對邊坡滑動區域及滑動區域外圍之樹木挑選出44棵明顯且可辨識的樹木進行樹木輪廓數化，提供給30位參與的測驗人員對照崩塌前95年和97年的航照影像，找出樹木在滑動前的原始位置，以樹木的移動距離以及移動方向作為研究區域的邊坡滑動方向之依據。分析的結果顯示，樹木的移動方向多偏向於北北東，滑動的最大距離約為20至25公尺。應用質點影像分析(Particle Image Velocimetry, PIV)技術，從航照影像上比較崩塌前後時期的水平位移量的變化，最後比較使用PIV分析結果是否與眾人分工智慧分析的結果相似，並歸納兩種分析方式之優缺點。
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本研究以鋼筋混凝土結構為對象，探討鋼筋混凝土結構在不同型式地震作用下之結構損傷評估。RC構架各桿件降伏彎矩、極限彎矩與降伏轉角、極限轉角利用X-TRACT求得，帶入有限元素分析軟體SAP2000中進行分析鋼筋混凝土結構承受不同地震下之非線性歷時反應，輸入地震為台北盆地於九二一集集地震下之之地震紀錄，以此些地震紀錄為輸入進行RC結構非線性動力分析，針對位移、基底剪力、遲滯迴圈、遲滯能及損傷指標(Damage Index)等設計與評估之常用參數，進行分析比較，由研究發現於九二一集集地震下結構物之韌性需求有明顯之不同，本研究所統計之結果可作為結構耐震評估的參考。
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本研究主要為運用智能骨材感測器進行振動台實驗之RC構架與宜蘭牛鬥橋橋墩之健康診斷，所使用的智能骨材壓電感測器為利用壓電陶瓷材料所製成，利用波動力學及壓電材料可發射應力波亦可接收應力波之特性，進行混凝土結構物之健康診斷研究。結構健康診斷為將智能骨材壓電感測器埋入RC結構物內，當試體受到破壞時，由智能骨材壓電感測器發射應力波以及不同位置的感測器來擷取應力波，利用應力波振幅隨著結構破壞程度、裂縫增加而減少振幅的特性，可知RC結構物之損壞程度，利用數值分析得到損壞指標，即可判斷出結構物損壞程度，其量測結果隨著結構物的損壞程度越嚴重，損壞指標也越高，當結構物達到嚴重破壞程度時，所量測到的損壞指標也相當接近最大值。本次研究為壓電感測器第一次應用於現地橋墩結構，除了可驗證壓電材料用於實際結構物檢測的可行性，判斷混凝土結構之健康程度，另實為土木結構非破壞檢測上之一種新的檢測方法。
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地下水偵測傳統上都屬於破壞性檢測(Destructive Surveying)，如:淺層震測、地電、大地電磁、監測井、鑽孔、開挖等，是相當耗費人力和成本。地下水位亦可使用非破壞性方法(Nondestructive Surveying)檢測，如：耦合性地電阻法和透地雷達。本研究即使用透地雷達對於地下水位進行檢測，在施測後圖像判斷精確度因判圖人員之經驗有所誤差。因此，有必要發展一方法來提升偵測技術和提高準確性和精確度。 本研究蒐集研究地區地質剖面資料，使用Matlab工具軟體，自行撰寫程式進行FDTD模擬透地雷達剖面過程和結果。將Matlab模擬結果和地質剖面、透地雷達施測結果相互比對，以增加圖像判斷精確度和數值模擬可信度。
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雙圓型潛盾機開挖向前推進，引致土體內部狀況改變，造成地盤在垂直、橫向及縱向三個方向上之變位，實際上乃為一個三度空間問題。本文以桃園國際機場捷運線台北三重段CA450A標工程為案例，運用有限元素法Plaxis 3D Tunnel套裝軟體，以三向度分析模型來模擬實際之雙圓型潛盾隧道開挖情形。雙圓型潛盾隧道(Double-O-Tube Shield Tunnel) 案例以PLAXIS數值分析7處監測斷面之地表沉陷量，繪出地表沉陷之縱向變形量曲線及找出開挖面前方之先期變形曲線關係，並與現場監測沉陷觀測資料及經驗公式進行地表沉陷槽相互比較，由分析成果驗證Plaxis 3D Tunnel應用於雙圓型潛盾隧道施工引致地表沉陷分析之適用性，期能供後續雙圓型潛盾隧道工程應用參考及經驗傳承。
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本文主要在國家地震工程研究中心所開發點值計算數值模擬平台(Platform for Numerical Simulation-Point Based Computing, PNS-PBC)程式中新增四項程式功能，分別為五節點與九節點剛體元素、幾何形狀求解器、接觸力模型與非線性遲滯迴圈材料模型。除此之外，亦設計PNS-PBC開發者手冊、PNS-PBC XML使用說明與Vector函式庫使用說明。幾何形狀求解器主要建立不同幾何型狀之面積與體積及轉動慣量。接觸力模型是由勁度與阻尼力疊加而得，此外，本研究特別引入混凝土塊體接觸力模型，可考慮不同幾何接觸狀態下對接觸力之影響。經由數值分析比對結果可以得知，新增程式各項功能確實能有效且精確於PNS-PBC程式架構中使用。