中央大學土木工程學系學位論文
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本研究主要目的為探討抗分散劑對水泥改良土之水中沉降機制與改良效果之影響。為了避免改良土現地進行水中回填時發生水泥與砂土分離現象，故於改良土中添加各種類抗分散劑，並以自由沉降模式模擬改良土之現地水中回填。本研究探討重點以不同抗分散劑添加率0、86、344、600及860 mg/kg並配合1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、6.0％及8.0%的水泥配比，改良材料選用波特蘭水泥第I型，養治時間分別為7天、14天、28天與56天，利用回填水槽製作改良土試體，進行無圍壓縮試驗與動力三軸試驗。試驗結果顯示以聚丙烯醯胺為抗分散劑時，改良土之抗分散性最佳，且改良土無圍壓縮強度隨著與抗分散劑添加率之遞增而呈現先升後降之現象，最佳抗分散劑添加率為344 mg/kg。此外，當養治時間為7天時，添加水泥配比8%之改良砂土；養治時間為28天，改良砂土添加水泥配比6%時，液化阻抗可獲得明顯增加，添加水泥及聚丙烯醯胺可有效地改善砂土的動態特性。
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本研究將針對石門水庫集水區，運用土地利用現況資料與SRES氣候預設情境，探討未來氣候變遷與土地利用改變對GWLF模式模擬流量與泥砂產量之影響。 研究內容包含土地利用改變與氣候變遷兩個部份，首先土地利用改變方面，利用GWLF模式（Generalized Watershed Loading Function）配合兩個不同年份之土地利用現況資料與未來預設情境氣象資料模擬未來之流量變化，並進一步加入人為的方式變更其地表覆蓋物。氣候變遷方面，使用歷史氣象資料，與SRES (Special Report on Emissions Scenarios)預設情境氣象資料輸入GWLF模式所模擬出未來短、中、長期之流量與泥砂產量，評估氣候變遷對其可能造成之影響與衝擊。 分析結果顯示，流量會受到土地利用型態的改變而有所影響，且未來的降雨量、流量及泥砂產量在氣候變遷影響下呈現下降的趨勢，在枯水期相對於現況為減少趨勢且顯著於豐水期，未來降雨量多集中在豐水期顯示降雨分布不均的情況更為嚴重，顯示未來流量減少則可供水量勢必降低，未來易發生嚴重乾旱。
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台灣擁有豐富的碳酸鹽類岩石，但台灣對鹼-碳酸鹽反應(ACR)的研究卻不多。本研究利用加拿大化學法(CSA A23.2-26A)普查可能具有ACR活性的粒料，規劃第二次取料的項目，再區分ASTM系統(ASTM C 586、ASTM C 1105、ASTM C 1293)、RILEM系統(RILEM TC 191-ARP-AAR-2、RILEM TC 191-ARP-AAR-5)、加拿大系統(CSA A23.2-26A、CSA A23.2-14A)、模擬中國蒸壓法進行粒料的ACR活性探討及在台灣地區的適用性分析，以微觀分析(SEM、XRD)輔助判別粒料活性，並以LiOH溶液區分粒料的AAR特性。結果顯示，具有ACR活性粒料共14種，其中二種同時具有ASR活性；ASTM及RILEM檢測粒料ACR活性系統均適合於台灣地區使用。綜合試驗結果，提出適用於台灣地區粒料ACR活性檢測的流程為，先以ASTM C 586或RILEM TC 191-ARP-AAR-5試驗法篩選粒料的ACR活性，判定為非活性粒料，可以直接用為混凝土用粒料，若判定具有ACR活性，在使用前應再經ASTM C 1105試驗作最終ACR活性判別，屬非活性方能使用。
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國際間核能先進國家對於高放射性廢棄物處置，皆以多重障壁深地層處置為主，而緩衝材料屬多重障壁包覆廢棄物之主要安全貢獻因子之一，因處置場位於地下數百公尺處，必定遭受地下水入侵之影響，而緩衝材料因包覆於廢棄物罐外，亦受到放射性廢棄物釋放衰變熱影響。本研究利用有限元素程式，模擬緩衝材料受地下水入侵與溫度影響下之含水量分佈，以土壤吸力與未飽和水力傳導度之觀念掌握緩衝材料之再飽和行為，利用水汽平衡試驗量測BH膨潤土與日興土於不同溫度下之土壤吸力土壤吸力與含水量關係，並利用土壤-水份特性曲線推估模式，取得完整飽和過程之吸力變化。土壤於未飽和狀態下之水力傳導度將隨含水量而變化，本研究將於土壤-水分特性曲線之基礎下計算不同飽和度下之水力傳導度值。接著利用實驗所得之參數，應用於有限元素程式模擬緩衝材料攝水行為。 吸力試驗結果得知，土壤吸力會因環境溫度升高而降低，且BH膨潤土之吸力範圍大於日興土。土壤接近乾燥之吸力量測結果，亦顯示土壤於接近乾燥時之吸力將達106 kPa。實驗參數套用於程式模擬結果多近於實驗值之趨勢，可合理模擬土壤於不同溫度下之攝水行為。
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現今都市發展快速，為了因應各種需求，建築物之結構規模逐漸增大，且期望可支撐較大的載重，則經常採用深基礎作為設計。由於樁基礎於軟弱黏土層中，近於地表處之土壤無法提供較大的水平支撐力，因此限制了樁基礎側向抵抗之能力。克服此項限制，以提升基礎之側向承載力之改善方式有兩種方式，第一種方式為提升基樁本身強度，第二種為增加樁周土壤支承力。 本研究嘗試以ABAQUS有限元素軟體進行一系列之數值模擬，並且使用水泥對樁周土壤進行地盤改良，增加土壤強度減少樁基礎之側向變形，加以探討此改良方式對於基樁之側向阻抗效果，期望可歸納出最佳的改良範圍，以供日後有關基樁側向阻抗改良設計之參考。 由分析結果得知，對於群樁樁周土壤進行地盤改良，改良深度大於四倍樁徑時，則地表處樁身位移減少量開始有趨緩現象，且改良效果亦有趨緩現象產生，因此可以得知改良深度為四倍樁徑時為較佳之改良深度。
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近年來大桃園地區用水需求逐年遞增，原有的自來水供水系統已面臨供需飽和的問題，為滿足用戶端的用水需求，開發新的水源是可以考慮的方案。而自來水給水廠在無法增加原水處理容量的情況下，必須向其他供水區請調支援供水，但是越依賴支援供水代表該區域的缺水危機越高。因此在當前供水量無法增加的條件下，除了給水廠供水要更有效率之外，民眾應當意識到自行儲水以備緊急使用。 本研究應用系統動力學的概念，建構大桃園地區的自來水供水模型，模擬居家水塔儲水的過程，期望了解在供水機制不斷改變下對於桃園地區用戶水塔蓄水的影響。將2005~2007年的給水廠日出水量紀錄作為輸入資料來模擬，結果顯示在供水人口增加之下，各地區水塔儲水量皆有上升趨勢，表示地區配水不只滿足民生用水，也能滿足水塔蓄水。藉由隨機模擬中斷供水的方式，來推估水塔的可能水量與用戶的可能用水時限，在穩定的供水條件下，居家水塔儲水大約都有1天的用水時限。 並進一步探討不同的供水條件與水塔蓄水之間的關係，模型設定了三種的蓄水行為，去分析各種蓄水行為在不同的供水方式下水塔蓄水量的變化。由結果可以得知，在發生水源短缺的事件之後，前端用戶增加蓄水量會直接造成後端蓄水量減少，甚至無法蓄水；但若是前端用戶控制蓄水量在合適範圍，對於連日內缺水戶的成長幅度有抑制效應，同時每缺水戶負擔缺水量也會降低。
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本研究主要探討內容為：1.取12個函數進行Gaver-Stehfest公式之模擬誤差討論，2.利用簡單的變數轉改變Gaver-Stehfest公式之探討，3.應用於常微分方程時函數之局部計算及延伸探討。 經初步研究討論，利用Gaver-Stehfest公式之數值模擬時，對於振盪之函數有定性上的誤差；而利用簡單的變數轉換，透過時間平移觀念，其能夠減緩並延長模擬的效果；在常微分方程應用上，利用局部計算之方式，能減少誤差之產生，在延伸方面之探討，時間越長其所採之時間間隔須越小，方能減少誤差之產生。
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建置三維房屋模型的目的，在於提供真實物空間三維資訊與決策支援，如都市規劃更新、災害應變、建設管理等。由於房屋模型的建立仍未完全自動化，且房屋改變迅速，若進行變遷偵測，針對有變遷的房屋區域進行重新建置，將可減少資料更新所需的成本且提升效率。因此，為能有效更新，房屋模型之變遷偵測是重要的研究課題。傳統上常利用多時期影像之光譜差異進行變遷偵測，此方法僅有二維光譜資訊而缺乏三維形狀資訊。隨著光達系統成熟，使三維形狀資訊取得容易。本研究使用後期光達點雲及航照影像進行前期房屋模型之變遷偵測。 主要工作項目包含：(1)資料前處理，(2)判定原房屋模型變遷型態，(3)偵測新建與有變遷之房屋，(4)產生後期房屋區域。資料前處理，進行資料之套合，及剔除地面與植生區域之光達點雲，且計算前後期高程差異。判定原房屋模型變遷型態，結合光譜及形狀資訊進行判定；本研究設定五種變遷型態，分別為未改變、主結構改變、副結構改變、拆除、及植生遮蔽。第三步驟剔除非房屋光達點，找出新建與有變遷之房屋點雲。最後，利用未改變的區域及新建與有變遷之光達點產生後期房屋區域。 本研究成果於判定原房屋模型變遷型態部分，可達85%整體精度。產生之後期房屋區域以像元為單位之驗證顯示整體精度為96%，以區塊為單位之驗證顯示誤授率為4%及漏授率為13%。並且，為詳細了解影響研究成果的因素，本研究亦針對所有錯誤例進行分析。
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本研究利用快速鋰離子傳輸技術(ALMT)，採用外加電場作用的方式，快速將鋰離子送入具AAR活性之砂漿試體，同時將試體內的鈉、鉀離子驅趕出試體，探討施加不同定電壓或定電流密度、改變試體養護條件及長徑比時，對於ALMT運用時離子傳輸行為及效能影響。研究結果顯示，於ALMT試驗中，無論施加定電壓或定電流密度，皆能達到抑制AAR的預期目標，但因通電系統阻抗會逐漸升高，故施加定電流密度較適合用於現場實務。在施加定電流密度的試驗中，鋰離子通過試體的時間會隨施加電流密度值的增加而減少；鈉、鉀離子初始移除流量與鋰離子在陰極槽的穩態流量值，均與施加電流密度有良好的線性正相關。38°C及23°C養護試體以施加定電流密度進行ALMT試驗，發現二者離子傳輸趨勢相似，而前者較後者的鋰離子通過試體的時間縮短，移除鈉、鉀離子初始流量及鋰離子在陰極槽的穩態流量值均增加。使用ALMT於現場實務時，電場間距的使用有其限制，若間距太大會造成離子傳輸效能不佳，且會造成鋰、鈉、鉀離子在試體內分佈不均勻的問題，仍有產生AAR危害的疑慮。
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落錘式撓度儀(falling weight deflectometer，FWD)為目前最有效且發展較為成熟的鋪面非破壞檢測設備，藉由檢測之結果可了解鋪面結構的現況，進而推估剩餘壽命。本研究使用國道高速公路局之Dynatest 8000型FWD進行鋪面檢測，並依據試驗斷面和現地施測的結果研擬一套適用於台灣地區之FWD標準操作程序，與本土化鋪面撓度校估模式以及面層回算值溫度校估方法，以提供未來指標門檻值建立之參考，做為評估國道高速公路鋪面結構的依據。 本研究首先建立一標準試驗斷面場，當中包含國道一號、國道三號、國道六號以及排水和SMA鋪面，並以 LTPP與ASTM之FWD現地操作方法為參考，於標準試驗斷面和高速公路現地進行檢測，訂定本土化之FWD標準操作程序，之後驗証美國常用之溫度預測模式、撓度校估模式以及面層回算值溫度校估模式，其結果發現國外常用之各項模式於台灣的適用性較低，因此有必要重新發展本土化之撓度校估方法。 研究於2007/06~2008/06收集3302筆溫度梯度資料，以及2007年冬季~2008年春季兩季共727組撓度數據進行分析。依據驗証的結果，新溫度預測模式可準確的推估鋪面有效溫度，並發現瀝青處理底層不影響有效溫度的位置。且由國道高速公路現地檢測之結果可知，使用撓度盤理論配合統計方法所發展之撓度校估模式相當適用於台灣地區，面層回算值溫度校估模式更可做為鋪面結構評估之參考。因此本研究希望藉由各項研究成果，提供未來路面養護管理單位掌握鋪面結構現況，作為高速公路局路面維護管理決策之依據，與後續研究之用。