中原大學土木工程學系學位論文
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廢輪胎橡膠的處理已成為世界各國重要的難題，將廢輪胎橡膠添加於混凝土取代部分天然骨材是大量消耗廢輪胎的可行方式之一，因此本研究使用廢輪胎橡膠分別取代天然粗細骨材（體積的0%、5%、15%）產製混凝土進行研究，並添加爐石粉於橡膠骨材混凝土探討其抗壓強度的變化，以期橡膠混凝土具有中低強度（f'c = 210kgfcm2和140kgf/cm2）混凝土之應用價值。 研究結果顯示，新拌混凝土的坍度及單位重隨橡膠骨材添加量的增加而減少，且橡膠粗骨材混凝土之坍度和單位重有低於橡膠細骨材混凝土；在添加相同粒徑的橡膠骨材混凝土，水膠比0.83者，其強度低於水膠比0.65者，且隨著橡膠骨材添加量的增加而降低，而橡膠細骨材混凝土的抗壓強度高於橡膠粗骨材者，混凝土的抗彎強度試驗結果則與抗壓強度相似；惟混凝土的波速隨橡膠骨材添加量的增加而降低，不過大部分混凝土的超音波波速在3500m/s以上，屬於混凝土品質較佳的範圍；28天齡期時，含30%爐石粉之混凝土抗壓強度可有所提升，含60%爐石粉之混凝土抗壓強度均降低，其中大部分添加5%橡膠骨材及含有30%爐石粉之混凝土抗壓強度可高於純水泥混凝土者；混凝土抗氯離子滲透能力隨橡膠細骨材的取代量增加而提升，不過整體橡膠細骨材混凝土抗滲透能力仍屬高滲透性。
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加勁土壤結構物因具有施工簡單、造價低、吸能耐震等優點使其運用面越來越廣，其中地工格網是目前使用最為廣泛的加勁材料之一。在實驗室中通常進行直接剪力試驗與拉出試驗對土壤與加勁材介面間的力學機制進行評估。 大型拉出試驗通過調整土層的厚度、土壤的相對密度，控制試驗時的拉出速率與加勁材的試體寬度以及套筒長度等條件，可克服剛性前壁效應與側壁效應等邊界效應。通過改變圍壓與加勁材種類等條件下，對土壤與加勁材介面間的力學機制進行分析，可以更好的模擬現地加勁土壤結構物受力後的應力-應變特性以及加勁材的變形行為。但鑒於完成一系列的大型拉出試驗需耗費大量的時間與精力，並且需考慮拉出試驗中的客觀因素對實驗結果的影響。因此本研究將根據上述拉出試驗影響因數針對中原大學張達徳教授團隊多年大型拉出試驗數據進行篩選與統整並利用有限元素程式PLAXIS進行數值建模。通過拉出試驗結果與數值模擬結果的比對分析，探討該程式對拉出試驗的適用性。
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本研究規劃以不同的控制條件進行直接剪力試驗分析，主要變因為不同配比、不同養治時間、添加1%生石灰用量進行直接剪力試驗研究。以焚化再生粒料拌合土壤1：1（焚化再生粒料：土壤）濕重拌合比例，為基準製作改良夯實曲線，依照營建署施工規範-構造物回填要求需90%乾密度以上，為此試驗土樣使用室內拌合之濕測92%夯實度為一系列試驗之含水量定值，施作重塑土製作並且依照配比設計製作，比較相同配比加入1%生石灰與沒有加入生石灰之間峰及殘餘剪應力是否產生變化，並且依照養治時間的不同加以比較是否產生變化。 研究成果顯示，焚化再生粒料拌合土壤之尖峰強度摩擦角、尖峰強度凝聚力會隨著配比越高而增高。殘餘強度摩擦角也會隨著配比增高而增高，但是殘餘強度凝聚力，當配比大於1：1時其數值呈現越小之趨勢。 養治環境相對溫度48.9°C、環境相對濕度95%以上，尖峰強度摩擦角會隨著養治時間越長而增高，尖峰強度凝聚力卻會在拌合比例大於1：1時開始下降。殘餘強度摩擦角當養治時間大於48hrs之後，摩擦角開始下降，並不會隨著養治時間的增長而增加，殘餘強度凝聚力將會隨著養治時間的增高而降低。 結果顯示，添加1%生石灰之試體土樣將會比同等配比之試體尖峰強度摩擦角及尖峰強度凝聚力較大，養治時間的增高也會使尖峰強度摩擦角及尖峰強度凝聚力變大。殘餘強度摩擦角添加生石灰後，養治時間大於48hrs，殘餘強度摩擦角開始下降。殘餘強度凝聚力比未添加生石灰之殘餘強度凝聚力低，隨著配比越高、養治時間越長，殘餘強度凝聚力越低。生石灰的選用比較兩種生石灰皆為生石灰，粒狀生石灰、粉狀生石灰，研究結果顯示兩種生石灰所得出之剪力強度差異不大。
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本文使用計算流體力學軟體FLOW-3D模擬池堰式魚道於不同流量以及交錯放置不同砥墩之流場模擬探討，模擬加入紊流模型(k-ε two-equation model)計算，以及流體體積法(volume of fluid, VOF)法追蹤自由液面位置，求解其中連續方程式及Navier-Stokes Equation，並透過FLOW-3D輸出模擬數值，模擬類型為池堰式魚道，其設計為魚道入水口及出水口0.6m落差；魚道長度為6m長；1m寬；而設計三種砥墩排列: 砥墩同高、砥墩半高半低以及砥墩交錯之類型，並以流量Q(0.06、0.12cms)流入模型。而也使用FLOW-3D模擬(Fujita and Maruyama, 2002)階梯跌水流試驗與(Ead et al., 2004)變流量變坡度及變檔板高度之池堰式魚道試驗，以上二種案例之模擬流場與其試驗作比較也得到相近似之趨勢。 透過設計池堰式魚道類型以及觀察其魚道水理特性、魚體上溯路徑以及流速適應性分析作為探討設計三種類型魚道，並歸納出本文Type3型，交錯排列高低砥墩為設計流量上最為適合魚體上溯之魚道。
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本研究以SWMM(Storm Water Management Model)模式作爲模擬核心，結合雲端計算(Cloud Computing)、微服務概念(Microservice)與IoT(Internet of Things)物聯網技術，以手機APP與Web APP作爲前端，開發SWMM雲端計算即時模擬系統(Microservice-based SWMM Cloud Computing Real-Time Simulation System，MBSS)。用於進行即時SWMM模擬，即時檢測雨水下水道水位，依為都市暴雨防災提供參考。 研究首先進行雲端水理微服務的開發，使用Python語言開發水理模擬核心，以Flask為框架進行微服務API的開發，再透過Docker容器對雲端水理微服務進行封裝。以亞馬遜AWS EC2作爲雲端計算服務平臺，將雲端水理微服務部署至EC2雲端。現地IoT物聯網裝置由壓力式水位計與Arduino、樹莓派組合成，將量測水位發送至雲端服務器。前端APP分別使用Django框架和Swift語言，開發Web APP與手機APP。 經水工實驗室水渠測試，由IoT裝置測量渠道水位，將水位數據發送至服務器。前端APP透過呼叫API的方式與雲端水理微服務進行交互，對SWMM水文參數進行設定，並發送模擬請求。雲端水理微服務根據使用者由APP提出請求，執行模擬，並將模擬結果與IoT設備測量數據進行對比，最後將結果返回至前端APP。通過不同流量的測試，雲端SWMM模擬實驗室水渠水位與水位計測量水位相近，顯示MBSS之可行性，可依為智慧型都市暴雨防災模擬預警系統之參考。
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儘管目前有相當多關於自動駕駛車輛對高速公路系統影響的研究，但是對於自動駕駛車輛如何影響號誌化路口交通的影響則是相對較少。為了探究此一議題，本研究利用微觀車流模擬軟體PTV Vissim進行車流模擬分析，探討謹慎型、標準型或積極型自動駕駛車輛對號誌化路口之影響，以位於台灣桃園市的一個十字號誌化交岔路口及一個T型號誌化交岔路口為例進行個案研析。首先，本研究使用百分比差異法及GEH (Geoffrey E. Havers) 統計工具校準此車流模擬模型，再利用此車流模擬模型分析各種交通情境服務績效。共採用平均停止延滯，平均等候列長度和平均旅行時間等三個績效評估指標。根據本研究之模擬分析結果得知，在輕度和重度混合車流的交通情況下，謹慎型自動化車輛對市區號誌化路口的影響都是負面的。必須配合實施自動駕駛車輛專用車道時，三個績效評估指標方有所改善。但是當車輛的自動化水平達到標準型或積極型時，此類自動駕駛車輛取代部份的人類駕駛員操作車輛，的確有助於改善號誌化路口服務品質。
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為分析碳稅對物流業者之影響，本研究探討一含時窗限制之依時性綠色車輛途程問題 (Time-dependent Green Vehicle Routing Problem with Time Windows, TDGVRP-TW)，將車輛行駛排放之溫室氣體所產生之碳排放成本，以及貨運車輛於尖峰小時行駛速度受限納入考量，以最小化車輛營運成本(包括碳排放成本、能源消耗成本與員工加班成本)為目標，決定車輛之最佳服務路線與行駛速度。本研究使用異質性粒子群演算法 (Heterogeneous Particle Swarm Optimization, HPSO)，進行模式求解。以Solomon (1987) 所設計之測試題庫C2、R2、RC2例題進行測試。測試結果顯示，使用容量較小之貨車其碳排放成本與油耗成本會因載重比增加而上升，路網擁塞時段愈長，所造成的綠色成本增加的問題就越嚴重；相對而言，使用容量較大之貨車其在綠色成本上是較為節省。另一方面，因為路網擁塞造成行駛速度降低，物流業者為了滿足顧客的服務時窗限制，必須使用更多的車輛進行服務，又會更加惡化交通擁塞問題。所以，未來碳稅制度上路之後，物流業者除了必須調整其車輛派遣路線安排策略之外，也必須同時檢討其特定時窗服務之指定方式。
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環境中的有機污染物通常對人類及動植物都是具有毒性的，這也成為世界關注的議題之一。於是，這項研究主要專注於配置一種新的且有效的光催化效應，以便更好地在可見光或太陽光下降解不同的環境有機污染物，例如: 羅丹明B染劑 (RhB)、酸性黄42染劑 (AY42)、一氧化氮和甲苯氣。在這項研究中， Bi2S3分別與三種不同的化合物或元素(SnO2, MgO, and Lanthanum(La)組合成新的複合物，其複合物分別為SnO2/Bi2S3/BiOCl-Bi24O31Cl10, MgO/Bi2S3-BiOCl, 和 La/Bi2S3。其中SnO2/Bi2S3/BiOCl-Bi24O31Cl10這個催化劑是由15％SnO2和85％Bi2S3水熱法結合形成的綜合性複合物， 與Bi2S3（29.4％）和SnO2（0.1％）相比，15％SnO2和85％Bi2S3的結合可達到光降解RhB的最佳效率，其效率為80.8％。7％MgO和93％Bi2S3可藉由共沉澱法合成MgO / Bi2S3-BiOCl，在74.61％的NO狀態下顯示出更高的光降解率,在陽光照射下，相較於Bi2S3（42.77％）和MgO（11.24％）的組合效果更佳。BiOCl為半導體異質結構，通常形成於Bi2S3和含Cl離子的前驅物之間，分別與水中的SnCl4.5H2O和MgCl2.6H2O形成了SnO2 / Bi2S3 / BiOCl-Bi24O31Cl10和MgO / Bi2S3-BiOCl兩種複合物。透過水熱法合成的3％La / Bi2S3催化劑與Bi2S3（46.7％）相比，降解效率更高，且其降解AY42的效率為92.1％。此外，使用溶膠-凝膠法合成的1％La-TiO2的光催化模組，將其塗抹在玻璃纖維布上，並使用活性炭吸附，可顯示對甲苯氣體的光降解率達到近乎100％。最後，藉由不同的特徵方法對製得的催化劑進行分析，以確認它們的結構及在污染物降解機制中的行為。這些素材作為光催化活性的新方法，可為未來許多與光催化技術有關的研究提供靈感。
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本研究以廢輪胎橡膠細骨材與淨水污泥取代天然細骨材產製混凝土並探討兩種材料的添加對混凝土力學性質的影響。規劃兩種混凝土抗壓強度140kgf/cm2及210kgf/cm2，橡膠細骨材取代率為天然細骨材體積之0%、10%及20%，淨水污泥則取代天然細骨材之體積0%、30%及60%，試驗齡期為28天。研究結果顯示，新拌混凝土之坍度和單位重隨橡膠細骨材及淨水污泥取代量的增加而減小，混凝土抗壓強度、抗彎強度、劈裂強度及超音波波速之發展亦有相同的趨勢。橡膠細骨材混凝土抵抗滲透的能力比淨水污泥混凝土佳，惟添加橡膠細骨材及淨水污泥之混凝土的耐久性仍低於無添加者。淨水污泥取代量較多之混凝土於橡膠細骨材周圍的界面過度區有較多的未膠結污泥顆粒，不利於混凝土抗壓強度及耐久性的表現。整體而言，本研究之橡膠污泥混凝土仍有一定的強度及耐久性，具有應用於非結構用混凝土之可行性
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關於有助於預測地盤沉降的土壤主要壓密完成(EOP)時間引起很大的關注，在文獻中可以找到各種評估 EOP 的方法，其中，廣泛使用的 Casagrande 圖形方法、Asaoka 的現地觀察方法、Sivaram 和 Swamee 的計算方法以及Mesri t95的方法。除了使用沉陷數據的這四種方法外，也許超額孔隙水壓數據也可以利用來判斷主要壓密完成，不過目前為止文獻裡還沒有提供任何相關的結論。本研究的目為使用前面提到的方法來評估壓密試驗的之 EOP，並利用獲得的EOP 時間來得到超額孔隙水壓之值。 本研究的結果顯示 Casagrande、Asaoka 和 Sivaram Swamee 的方法之間具有良好的相關性，以這三種方法對超額孔隙水壓力進行分析的結果顯示，當達到 EOP 時，超額孔隙水壓力尚未完全消散；對於黏土,當最大應力為191.8 kPa, EOP時的超額孔隙水壓力落於0.52 kPa～2.0 kPa間，而對於有機土, 當最大應力為328.8 kPa此範圍為2.0 kPa～5.0 kPa間。由於以Mesri t95的理論的方法得到了較短的時間teop，EOP時的超額孔隙水壓力會較大。