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寬口井降水對地下空間結構的長期穩定性控制研究-以清洲淨水場為例

臨海岸地區的地下水位受到海水潮汐漲落的影響而產生上下起伏，於執行抽水試驗時，此周期性的變動對地下水位洩降是否有明顯的影響，在不具有局限水層的卵礫石地層是否更為明顯，仍值得進一步探討。 本研究藉由工程案例「清洲淨水廠新建工程」執行現場抽水試驗進一步瞭解，此類地層的水理特性，包含導水係數T、儲水係數S，滲透係數K等，參考Moench（1997）推求洩降錐型曲線及影響半徑，並用數值程式SEEP/W 建立群井洩降模型，依據單井抽水試驗的數據推估群井洩降的機制，藉此規劃地下結構洩壓井抽降水系統，以達到結構物長期穩定的控制需求。 研究規劃利用程式模擬三種抽水量分別為18CMH、36CMH、72CMH，並考慮地下水位暫時狀態及穩定狀態的水位高程，同時考量工程新建階段與完工營運階段不同的結構穩定條件，為數值模型建立的依據。分析結果為，小抽水量（18CMH）的模型無論是開挖階段或營運階段均無法滿足穩定需求，抽水量（36CMH）的模型在開挖施工階段能滿足安全需求，但是於營運階段時卻無法達到穩定的需求，抽水量（72CMH）的模型在開挖施工階段於地下水位穩定狀態時降水深度大於預定深度，而在營運階段則此抽水量則滿足穩定需求。

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坡地安全監測系統於捷運隧道開挖過程 管控之案例研討

近年來，隨著台灣經濟的迅速發展，在平地資源有限的情況下，山坡地的使用逐漸多元化。加上交通運輸工程隨之興起，為了適應多山少平原的地形條件，故將其地下化，以大量隧道穿越丘陵、山區或市區，為未來不可避免的趨勢。 本研究區域為桃園縣龜山鄉之坡地學校(龍華科技大學)，其坡地安全監測自92年起執行至今。因捷運新莊線新莊機廠山岳隧道規劃穿越光啟中學，隧道末端鄰本研究區域邊坡下方。故於開挖前(99年10月)，將捷運局的監測系統納入原有監測系統內，與捷運局同步監測及交叉比對，以提昇整體監測系統之完整性與準確性。 本研究利用傾斜管及傾度盤之數據分析，並透過與捷運局量測數據比對，針對各點位整體趨勢進行分析研討。而後評估整體坡地及建築物之穩定性與安全性，有效掌握隧道開挖過成中之坡地狀況，達到預警、防災、避災之目的。

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透地雷達應用於堤防掏空及鋼筋腐蝕檢測

透地雷達（Ground Penetrating Radar），乃當前成熟的地球物理探測方法，也常被工程界運用為非破壞性檢測的技術。本研究運用透地雷達發展出一套於河川堤防檢測時，對於結構掏空位置的確認，以及分辨鋼筋腐蝕的程度的新技 術。藉由實驗室控制下的環境作為對照組，並於實際現地進行透地雷達掃描，透過集錄器(data acquisition system)將雷達波遇到不同介質時產生不同的圖像及訊號差異完整紀錄，再將所產生的圖像及訊號進行後處理，除排除雜訊及濾波外，並擴大特徵及差異性，再經由對照所掃描的實體相對位置，對掏空而產生的異狀並推測腐蝕的位置，進行簡單的判讀及解析，此技術未來推廣將可用於深入掌握既有混凝土結構物的健康狀態，以預測劣化維持結構功能，或追蹤補強成效提升成本效益。

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探討垃圾滲出水處理廠之厭氧氨氧化菌族群分布

一般傳統生物處氮程序，處理程序繁複且需佔用大量的土地體積與額外添加碳源的缺點，若利最為節能的厭氧氨氧化(ANAMMOX)生物處理程序較傳統生物硝化脫硝技術可節省60％以上的費用，是一種不需耗費大量能源與無毒性的處理程序。 因此採用厭氧氨氧化(ANAMMOX)生物處理程序的垃圾廢水處理廠作為探討研究對象，此處理廠所處理垃圾滲出水的操作程序為SNAD程序是由序批次式反應器(SBR)衍生出來，SNAD程序結合部分硝化、厭氧氨氧化及異營性脫硝三種作用於同一反應系統中，氨氮與COD可同時被去除在同一個反應槽。 本研究將樣品分為兩種，一為紅色顆粒(G1、G2、G3)；二為混合紅色顆粒和污泥之混合樣品(M1)。針對真細菌(EB)、氨氮氧化菌（AOB）、亞硝酸氧化菌（NOB）、脫硝菌、總厭氧氨氧化菌(TA)、Brocadia anammoxidans (BA)、Kuenenia stuttgartiensis (KS) 利用分子生物技術進行研究探討。 其相對定量結果顯示G1與M1樣品於紅色顆粒比例不同導致厭氧氨氧化菌的含量差異很大，故紅色顆粒含量多寡，可提供實廠操作營運好壞之參考。 絕對定量分析G1、M1、G2發現具有共同特性為Kuenenia stuttgartiensis在樣品中的含量遠高於 Brocadia anammoxidans。 利用Brod541F與Amx820R、 16S-5’與16S-3’兩對引子，針對厭氧氨氧化菌進行選殖，藉此選擇最適合做為此研究的引子；最後利用11F與1512R作為16S rRNA 真細菌分析，發現大多數為脫硝菌種，並試圖找尋硝化菌。經由選殖技術以了解紅色顆粒內的菌相生態系，找尋台灣垃圾滲出水的厭氧氨氧化菌優勢菌種。

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自來水管線接頭力學行為實驗與模擬

自來水系統為重要維生線系統之一，其震後服務效能中斷除了會造成災區民眾日常生活立即發生困難之外，也會影響到消防、醫療等其他部門。延性鑄鐵管為國內最常見的自來水管材，通常以每六公尺為單位搭配K 型接頭連續而成自來水管線。文獻上對於埋地管線的研究多集中在連續管線，對於接頭的力學行為則鮮少探討，因此對於管線單元與K 型接頭組成的分段管線難以評估其安全性。本研究之目的係以延性鑄鐵管及K 型接頭為探討對象，首先利用實尺寸拉伸與壓縮實驗來測試不同管徑之K 型接頭的力學特性，並利用實尺寸實驗的數據來協助律定數值模擬所需的參數（如橡膠圈的摩擦係數）；其次，利用有限元素法以數值模擬的方式進一步探討K 型接頭在不同載重作用下的反應，俾利建立後續不同管線接頭的破壞準則。另一方面，本研究在K 型接頭力學實驗過程中除利用位移計與應變計量測特定點位的位移與應變之外，並利用數位影像量測的方式進行全域性的非接觸式量測，可得到待測試體的位移場與應變場。透過與位移計和應變計的比較，可用以測試兩種影像識別方法（數位影像相關係數與光流法）以及兩種應變計算方式（有限元素法與相似轉換法）的優劣。

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地下管線於斷層運動下之數值分析

本文研究目的為探討埋地管線受斷層作用下之大變形行為，利用有限元素模擬埋地連續鋼管在不同斷層運動形式以及不同埋設條件下的反應。其中管線使用四節點殼元素模擬，考慮彈塑性材料組成律；而土壤與管線間的相互作用則根據ALA-ASCE（2001）所定義的非線性土壤彈簧模擬，並且提出兩種等效土壓力分佈形式進行參數分析。數值模擬結果顯示在相同斷層位移量之下，由於逆斷層運動可能會造成管線的局部挫屈，故對管線的影響最為顯著。此外，若欲提高管線抵抗地表大變形能力，可在合理安全的範圍內減少管線的埋設深度；而回填材料的摩擦角越小以及比重越小，管線在斷層作用下所產生的變形越小。管材的使用應具備一定的延展性，俾利抵抗正斷層和平移斷層所可能引致的拉伸破壞；而管線軸向與斷層線在埋深方向的傾角越小，對管線的承載能力越不利。此外，本研究亦以新城斷層地下埋設的大口徑鋼管進行案例分析，定義不同的破壞準則來推估臨界地震規模。上述的結果可供在管線設計時參考。

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利用二氧化鈦顆粒改質MF高分子薄膜

中文摘要 TiO2顆粒擁有光催化作用(Photocatalytic)，添加於薄膜之中，不僅有自淨作用(Self-cleaning)降低積垢的產生也連帶提升薄膜的親水性，同時也能增加通量。本研究以PSf/PVP及PVDF鑄模液中添加不等量的TiO2顆粒，製成自製PSf/PVP/TiO2及PVDF/TiO2薄膜，除基本性質鑑定外，還有對偶氮染料的光催化實驗及牛血清蛋白(BSA)模擬實廠中污泥所產生之蛋白質來進行抗積垢能力實驗。PSf/PVP薄膜基本性質部份，添加酒精及水分於鑄模液中的效力不如控制薄膜成形凝固劑溫度使薄膜skin layer變薄來得有效，孔徑大小在添加TiO2顆粒後無太大差異。PVDF薄膜部分，PVDF/TiO2薄膜對偶氮染料RB-5有光降解效果隨TiO2含量增加而提升，且對偶氮染料中有機物及色度皆有降解效果々以BSA模擬實廠活性污泥所產生之蛋白質操作結果顯示PVDF/TiO2薄膜對BSA所造成的阻抗確實有減緩的效果。

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不同條件下對微藻類生長與油脂累積之探討

微藻具有生長快速及能經由光合作用固定大氣中的二氧化碳並轉化生成生物質等優點，且其油脂組成與柴油成份相近，故以微藻之光合作用固定二氧化碳，同時作為生產生質能源之生產者相當具有發展潛力。 本研究主要研究對象為文獻中提及含油量介於25%－75%間之淡水油脂藻Botryococcus braunii。將其活化後利用批次實驗培養於不同光照強度(3,000lux、6,000lux、12,000lux)及二氧化碳濃度(0.04%、5%、10%)下並以光學密度、藻細胞數、藻體乾重、葉綠素a含量及脂質含量與不同培養時間做分析，找出最佳生長及脂質含量之條件。 研究結果顯示，5%CO2濃度、6,000lux光照下培養21天為最佳條件，最大脂質含量及產率分別為37.92%與44.46mg/L/d，平均生長速率(μnet)為0.130。高光照(12,000lux)下之最大生長速率(μmax)為0.682，且不論培養第10天或第21天其平均脂質含量及產率僅略低於中光照，分別為第10天之28.18%、29.25 mg/L/d與第21天之35.69%、32.38 mg/L/d。而低光照3,000lux則為光限制區，此時不論藻體生長及脂質累積皆受到抑制。

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製備PVDF接枝丙烯酸二氧化鈦薄膜

由於薄膜操作時常有薄膜阻塞而導致通量下降之問題，因此本研究以電漿進行薄膜表面之聚合作用，使PVDF(polyvinylidene fluoride)高分子薄膜表面具有羧基之功能性基團，再進行表面二氧化鈦之塗佈，使二氧化鈦因自聚作用與表面粗糙度塗佈於薄膜表面上，以增加改質PVDF薄膜之親水性，進而提高薄膜通量，並擁有光催化作用並得到自淨作用的特性，以降低薄膜積垢物的現象。本研究針對PVDF薄膜進行改質，使用氬氣與氧氣使薄膜表面產生羧基之功能性基團，並改變不同操作電壓與時間，以尋找電漿最佳化操作參數，再藉由改變丙烯酸聚合條件，找出最佳聚合參數，最後塗佈不同含量之二氧化鈦，並進行模廠測試，以模擬薄膜實際操作過濾時之情況。其結果顯示，經由改質PVDF高分子薄膜由於親水性大幅提升，由116.4°轉為23.0°，使薄膜通量之提升並獲得減緩積垢之特性，在結果中發現過多的二氧化鈦添加會使得薄膜表面孔洞造成阻塞之現象，而降低薄膜通量及提高透膜壓力，發現有改質之TiO2薄膜具有較高的薄膜通量與良好的通量回復率，UV累積照射時間之通量提升達107%。

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二相流模式應用於恆溫冶金流體之流場模擬與分析

本文是利用二相流 (Two-Phase Flows) 數值模式探討在恆溫冶金流體相關應用之現象，內容採用最小平方有限元素法 (LSFEM) 之數值模式求解無因次三維不可壓縮流體動量與質量守恆方程式，配以尤拉慣性座標描述自由液面動力與運動邊界條件，對具自由液面之流體運動問題作完整描述，再以流體體積法為基礎配以一連續函數在此稱之“Color Function”；將密度ρ與黏度μ視為一連續函數的變化關係對自由液面氣液接觸之二相流動問題進行數值模擬。 文中將模擬有關恆溫冶金流體應用在四種不同的模式並進行定性驗證及比較，另外和水體找出其差異性作比較。首先是將 3-D 鐵合金熔爐裡Tapping 模式與 Johansen (2002) 2-D 模擬之現象做比較及驗證，發現利用最小平方有限元素法所得的結果與其文獻符合，且為定性相似的；驗證三維冶金流體應用於潰壩模式，並與Martin J .C and Moyce W. J. (1952)的實驗數據及水體潰壩模擬的數值作比較；冶金流體應用於潰壩波撞擊下游柱狀體之模擬，並觀察冶金流體在撞擊柱體後產生的自由液面變化；三維圓球型液滴 (liquid drop) 球體受重力影響變形現象之模擬，得到不同時間的冶金流體液滴波前的位置變化，並探討模式底部分別為滑動邊界和非滑動邊界表現出自由液面及波前形狀的變化情形。從這些案例中可以明確的以三維模式顯示比較出冶金流體在不同的表面張力，其自由液面的變化情形。