中央大學土木工程學系學位論文
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本研究使用了微米電腦斷層掃描將骨材材料試體和某工程墩柱之混凝土鑽心試體進行掃描，此儀器利用X光能穿透物體之特性，掃描出試體每一層斷面的灰階影像，接著以影像處理(Image Processing)技術分離出內部裂縫和組構，再配合自行撰寫之Matlab程式，計算出內部裂縫寬度及骨材顆粒尺寸、比例和粒徑分佈，並將得出之結果進行定量分析，最後再將全部的斷層影像串聯，建構出內部構造之3D立體模型，以利於觀察裂縫和顆粒整體之分佈情形。
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房屋紋理的敷貼是建立仿真房屋模型中重要的步驟，而隨著數位 相機的普及，讓數位影像資料的獲取變的相當便利。針對已存在的積 木式房屋模型，本研究利用數位相機獲取大量資訊豐富的高重疊近景 影像，目的是利用高重疊影像獲得無遮蔽牆面紋理。但是所獲取的影 像資訊通常有前景遮蔽問題，因此，如何獲得無遮蔽牆面紋理是目前 需要克服的問題。 針對此問題，本研究所提出的處理方法可分為四個部份：(1)方 位求解，(2)產生三維點雲，(3)偵測遮蔽區，(4)影像填補。首先需進 行相機率定並解算影像方位參數。在影像方位解算乃利用已知之積木 模型取得控制點，配合於目標影像間觀測得的共軛點，解算影像的方 位參數。第二步，利用影像匹配求得共軛點的三維座標，產生三維點 雲。匹配時除了採用多視窗(Center-Left-Right)匹配外，本研究提出使 用影像分類作為額外的匹配指標，以提高匹配的正確率。接下來，以 影像的光譜及幾何的性質分析影像，以區塊的方式辨別房屋紋理及前 景遮蔽物。幾何方面，利用三維點雲所在位置判斷景物的距離；在光 譜方面，則以光譜資訊進行分類，使每個像元具有類別。在綜合光譜 及幾何條件後，可獲得無前景遮蔽的房屋紋理。最後是影像填補，第 三步驟後，我們擁有數張無遮蔽房屋紋理影像，使用副影像對於主影 像做填補，以獲得可能完整的房屋牆面紋理影像，但若有任一塊牆面 區塊無法被拍攝到，將無法產生完全無遮蔽的房屋牆面紋理。 由實驗結果得知，增加影像分類資訊輔助影像匹配，可以得到較 高的相關係數。而使用重新取樣及多視窗匹配法，可改善匹配視窗中 包含內容不同的部份。最終成果顯示，本方法可以移除前景遮蔽的區 域，並由其餘影像填補遮蔽區域，滿足視覺化之要求。
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近年，臺灣受到氣候變遷的影響，出現降雨分布集中、降雨強度越來越大的趨勢，使得臺灣未來很可能面臨水旱災頻率增多、水庫蓄水量不足等情況，造成水資源的調度與分配更加困難。本研究以1990為分界，透過資料分析，探討1990年前和1990年後，氣候變遷對臺灣地區旱、澇之影響，並對歷年降雨量進行趨勢分析及比較。 首先，本研究分析50年之長期雨量站資料，探討是否存在明顯之趨勢變化，並進一步計算降雨總量的改變以及降雨型態是否產生空間上之變化。接著，以頻率分析計算各雨量站1961至1990年以及1991至2010年之年單日最大降雨量和年最大連續不降雨日數，探討在氣候變遷影響下極端降雨及乾旱特性之變化。 研究結果顯示，乾濕交替的月份趨勢變化比較明顯，在1991至2010年期間，中、南部地區年降雨量有上升之趨勢。經由克利金法計算高程平均年降雨量及平均總水量，發現北部地區的降雨型態已產生空間上之變化，平均年降雨量與平均年總水量在海拔200公尺至海拔1000公尺呈現減少，海拔1000公尺以上則呈現增加。而中、南部地區，雖發生極端降雨，但水庫標高以上的平均年降雨量與平均總水量均呈現增加。接著，由頻率分析發現，在氣候變遷的影響下，中、南部地區之降雨強度已增強，且氣候變遷造成的極端型降雨，已明顯對原有的重現期距分析結果造成改變。乾旱分析結果，臺灣西部地區在1991至2010年發生小旱及大旱的範圍有向內陸擴散之跡象，且中、南部沿海地區在此時期發生大旱的機率為0.02，北部則屬不易發生乾旱之地區。
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高速列車進入隧道或地下月台時，強烈之氣流會造成巨大壓力變化，會造成音爆、列車阻力及能耗的增加和候車乘客的不適等問題。本研究採用三維可壓縮流計算流體動力學模式，計算高速列車進入隧道與兩輛列車在隧道內交會時所產生的風壓變化，以及列車在隧道內交會時的受力大小。紊流模式採用RNG k-e紊流模式計算列車在運動過程中周圍的紊流流場，模擬結果並與Ricco et al. (2007)的模型實驗及Glockle & Pfretzschner (1988)的德國Enmalberg隧道現地監測結果比較，以增加數值模式的可信度。 本研究利用此數值模式先計算單輛台灣高鐵列車700T進入長隧道的問題，以瞭解壓力波生成與在隧道內的傳播情形，比較列車形狀、假隧道和解壓孔對壓力波的影響。最後，本研究再針對兩輛列車在隧道內交會的問題進行一系列的模擬，研究列車速度、阻塞比、隧道長度、交會位置和對隧道內的壓力係數和車體的受力係數之影響。研究結果顯示：台灣高鐵700T列車車頭形狀相較於長方柱形列車，可以緩解59%的壓縮波壓力與68%的壓力梯度，但車尾形狀則對其無削減作用。假隧道和解壓孔的設置無法緩解壓縮波的壓力峰值，但可以使壓力梯度分別降低25% 和37%，而同時設置假隧道與解壓孔於隧道出口效果最好，壓力梯度可降低58%。當兩輛列車在隧道內交會且並列時，其車體會受到最大的側向吸引力，使得列車互相靠近，且此吸引力與列車速度的平方成正比，此結果與Hwang et al. (2001)一致。隧道內最大壓力會隨著車速與阻塞比的增加而增加。當兩輛列車阻塞比的增加會使得車體受到更大的側向吸引力，而隧道長度則對側向吸引力無影響。最後，當兩輛列車在隧道1/3處交會時，其所產生之隧道內最大壓力小於在隧道中央交會，但是交會位置不會對車體受力情形造成影響。
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氣候變遷會影響氣溫變化及降雨型態進而對農作物生長及其產量造成改變，目前對於氣候變遷於作物之影響大多使用作物生長模式做模擬及探討，作物生長模式有許多種，本研究所使用之作物模式為DSSAT(The Decision Support System for Agrotechnology Transfer)。本研究針對該作物模式所需之氣象資料建立其日氣象資料繁衍模式，配合作物模式推估未來桃園地區稻米一期作產量，探討其影響。而氣候變遷亦會對水田灌溉需水量造成影響，因此本研究利用DSSAT模式模擬之作物生長天數推估在未來狀況下，溫度及雨量的改變對於桃園地區稻米一期作灌溉需水量之變化。 在氣候變遷下，不考慮未來二氧化碳濃度變化直接影響，且耕種日期不變，利用DSSAT模式模擬桃園地區一期作稻米產量，模擬結果得知各情境之稻米一期作產量均有增加的趨勢，近未來(2020-2039年)之產量改變率介於0.52%至2.33%之間，遠未來(2080-2099年)之產量改變率介於2.84%至7.86%之間。利用DSSAT模式之生長天數推估未來灌溉需水量，模擬結果顯示，在大部分的情境下，桃園地區稻米一期作未來的灌溉需水量改變量不大，其原因是溫度上升會導致作物需水量增加造成灌溉需水量增加，但是溫度上升也會導致生長天數減少，進而使得灌溉需水量減少，進而抵銷增加之效應。
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近二十餘年世界所發生災害性地震中，已獲得相當多近斷層強地動紀錄，近斷層地表運動相較於遠域地表運動，其特色在於震波中含有長週期速度脈衝。1999年台灣921大地震中引發地震之車籠埔斷層沿線，十餘座橋梁發生嚴重損壞，除強烈地表運動外，斷層沿線最大達8公尺之錯動位移乃橋梁損壞甚至崩塌之主要原因。長久以來，跨越斷層橋梁應採何種橋型一直為橋梁工程師難解的課題，究其原因乃缺乏適當分析技術，驗證橋梁一旦遭受地表錯動位移時之動力行為，因此無從判斷各種橋型之優缺點。 本研究採用新近發展適用於處理大變形、大變位、材料非線性與剛體運動等問題之向量式有限元素法為結構動力分析方法，以六跨簡支梁橋、兩座三跨連續梁橋、兩座三跨剛接橋與六跨連續剛接橋為目標橋梁，輸入含地表錯動位移之近斷層地震波，預測橋梁極限破壞狀態。經由參數分析結果，比較各橋型之橋面板落橋、橋墩柱底塑鉸破壞與橋墩剪力破壞數目，瞭解各橋型於斷層錯動時之破壞坍塌情況，更重要為闡明各橋型之破壞機制，並比較其優缺點，本研究成果可提供橋梁實務規劃設計之參考。
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本研究為探討水化副產石灰搭配海砂以及現地土壤依照不同的比例做為填方材料，經由不同的試驗方法來觀察不同混合配比的的特性，分別決定出水化副產石灰與海砂以及水化副產石灰於現地土壤之最佳配比，再經由進行不同狀態下的水化副產石灰之性質以及不同環境的養護來觀察水化副產石灰的水化反應過程是否完成，並對於水化副產石灰在處裡以及使用上提供一些的建議給未來在使用上之參考。 試驗結果顯示當水化副產石灰使用量越高時，試體的最佳含水量也隨之提升，水化副產石灰與海砂的混合料在浸水前後的CBR值出現較不穩定的情況，在與現地土壤的混合料中較穩定，但是土壤之CBR值較海砂還低。在膨漲潛能試驗中顯示，不論是海砂或是現地土壤之配比，都會產生膨脹，而膨脹量隨著養護時間的增加而持續上升。水化完成度試驗中可以發現水化副產石灰在浸水養護以及多含水量靜置兩種不同養護的方式下， 以浸水養護的方式較佳，水化副產石灰在經過不同齡期的養護之後發現其試樣內部二水石膏的比例並不是很高，代表水化副產石灰要完全的形成比較穩定之二水石膏是需要較長的時間。如果能避免水化副產石灰的混料與水份接觸，則無體積膨脹的問題，但如果無法避免時，應該限制於非結構性填方使用，以免影響其預期功能。
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低放射性廢棄物處置場障壁主體由混凝土構成，然而台灣地區多雨且四面臨海，因此處置場易因海水、地下水、酸雨以及乾濕循環的作用而造成障壁混凝土材料遭受硫酸鹽侵蝕劣化，若處置場在此種服務環境下，可能對障壁混凝土造成損害或劣化而影響其耐久性。 本研究針對低放射性廢棄物處置場工程障壁所使用之混凝土材料，以實驗室模擬混凝土材料長期受硫酸鹽侵蝕作用下，探討障壁混凝土材料長期在此環境下的行為，分析其可能劣化機制及對耐久性之影響。試驗結果得知: (1)混凝土受硫酸鹽侵蝕時，其入侵之深度及濃度皆隨著歷時時間增加而增加；(2)以卜作嵐材料取代部分水泥及降低水膠比，可提升混凝土緻密性進而改善抗硫酸鹽侵蝕能力；(3)將試驗結果依據費克第二定律(Fick’s second law)加以擬合可推估硫酸根離子擴散係數及邊界濃度，藉以評估卜作嵐材料取代水泥之影響；(4)最後再以擴散係數以及現地硫酸根離子濃度來推估混凝土劣化情形。
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台灣普遍利用美國陸軍工兵團研發之缺水指標評估供水系統之特性，然而該指標無法明確描述系統於模擬時期的缺水特性，例如：發生缺水之機率、缺水強度或缺水延時等。因此本研究利用可靠度（Reliability）、恢復度（Resiliency）、脆弱度（Vulnerability）等三項風險指標的概念定義永續性指標（Sustainability Index），藉以表示系統出錯機率、由錯誤回復正常運作的機率、受損程度之嚴重性，評估供水系統之乾旱風險。 本研究選定桃園地區的石門供水系統作為研究區域，以1964~2004年歷史日流量做為入流量資料，利用下游日需水量增加以及系統有效庫容折減等情境進行模擬，探討規線運作與否對於缺水指標和各項風險指標的差異。 研究結果顯示，採取規線操作的供水策略，由於系統先行採取限水措施，致使缺水天數和單次連續缺水量增加，其可靠度值與脆弱度值皆會小於無規線操作的供水策略。當模擬庫容量為80%現行庫容量以上時，規線操作的放水策略能有效提升恢復度，且一旦發生缺水情況，規線操作的系統其恢復度隨著日需水量上升呈現緩慢下滑的趨勢，代表此時運用規線之供水系統出錯時較容易回復正常供水，系統永續性較高。當模擬庫容量低於80%現行庫容量，此時缺水情況加劇，規線運用與否對於系統回復供水之能力沒有太大影響。 永續性指標是以各項風險指標的連乘積表示，藉此評估各項風險指標間不同的狀況。模擬結果發現永續性指標多被恢復度和脆弱度影響，受可靠度影響極小。當系統庫容量設為80%現行庫容量以上時，規線操作能有效提升永續性指標（Sustainability Index），系統維持穩定供水的能力較佳。
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由於電弧爐還原碴具含有矽、鋁、鈣元素之特性，屬多鈣型鋁矽酸鹽類材料，於鹼性溶液中可溶出矽、鋁、鈣離子，並互相鍵結形成Si-O-Si架狀結構與C-S-H膠體共存之複合無機聚合物。本文以電弧爐煉鋼廠生產爐碴-還原碴製成複合無機聚合物砂漿試體針對物性及化性進行活化效能及微觀分析探討，並以水淬爐石粉取代還原碴用量改善抗壓強度不足、乾縮等問題進行探討。 本文試驗結果顯示，活性效能分析發現還原碴研磨細度越高時，抗壓強度具一最佳細度範圍，且砂漿試體養護溫度越高時抗壓強度隨之增加，而砂漿拌合時間表現上，抗壓強度亦隨拌合時間增加而提升，但強度增幅效果不顯著。以爐石粉部分取代還原碴於抗壓強度而言，隨爐石粉取代量增加則抗壓強度增加，但凝結時間亦隨之降低。 微觀分析中發現以還原碴製成複合無機聚合物砂漿試體於含鹼當量8%為Ca2+轉化分界點；於乾縮試驗以純還原碴而言，以含鹼當量8%為分界點，8%以上乾縮量則均低於8%以下，主要為Ca2+轉換與AlO4鍵結使C-S-H含量降低所導致；以爐石粉取代還原碴而言，乾縮量隨爐石粉取代量增加而減少。