交通大學土木工程系所學位論文
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地下水數值模式為地下水分析及管理之重要工具，在建立數值模式中，參數檢定為其重要之步驟。傳統上地下水參數檢定可分為自動化參數檢定及人工參數檢定；自動化參數檢定通常是結合地下水流模式與優選法，雖然可使檢定誤差達至最小且計算過程較快，惟其檢定過程是個半黑盒過程，建模者難以在檢定過程中進一步了解系統架構。人工參數檢定之檢定過程需要以人為方式決定參數值，較為費力費時且以往並無可遵循的原則，需具有模擬經驗者使能進行，惟人工檢定建模者可在過程中檢定過程中了解或修正水文地質架構，有助於進行後續結果分析。 有鑑於此，為了有效將人工參數檢定的專業知識轉移給他人，本研究以地下水流場之水力特徵為基礎，發展出以釐清水文地質架構與參數為導向之地下水數值模式檢定原則，參數調整原則如下：一、參數檢定順序；二、因應模擬水位趨勢的調整原則；三、因應模擬水位振幅的調整原則；四、阻水層範圍與垂向透水係數之調整；五、抽水量之調整；六、模擬水位乾枯之處理。 藉由上述檢定原則，檢定者可更深入掌握研究區域之水文地值架構。其中，以屏東平原內埔(1)之第一阻水層(T1)範圍為例，內埔(1)本身位於第二含水層(F2)，西勢(1)位於相對上游(西北方約10公里處，且位於第一含水層)，依地質調查所之地質圖，兩站間存在一延伸性良好之阻水層，從觀測上兩者水位相關性高，經數值模式數值試驗顯示，過大之阻水層範圍阻礙上下兩分層之水位連動，因此應打破地質圖延伸性良好之假設，縮小阻水層分布範圍。本研究已依據提出之檢定原則進行屏東平原地下水數值模式之建模與檢定，藉由數值試驗本研究可更深入掌握本區域之水文地質架構，供後續地下水管理研究之參考。
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利用動態量測資料更新結構系統之勁度矩陣或阻尼矩陣，可作為修正原設計分析之有限元素模型或進行結構健康診斷。本研究旨在時間域與模態域提出新的目標函數及限制條件，提升用基因演算法配合梯度法的求解最佳解之效率。 本研究時間域之分析程序為修正Sun and Betti(2015)所提者；利用貝氏機率法建構新的目標函數，並以識別之模態參數作為限制條件，以減少用Runge-Kutta 解運動方程之次數，提升求解效率。在模態域的分析方法，本研究利用識別頻率及模態振形建立一不需配對模態參數之目標函數，過程中不需求解特徵值問題。 本研究所提分析流程，且先用一七層樓剪力構架受地震之數值模擬進行驗證 ，其中探討雜訊、勁度矩陣或阻尼矩陣帶寬、量測自由度數及阻尼機制(或模態數)對識別結果之影響。最後，應用至分析在國家地震工程研究中心所執行之八層樓鋼構架振動台試驗，共有三種構架，分別為原始構架、一樓柱削弱之弱化構架及在一、三樓加勁之強化構架。經分析可以很容易看出在弱化樓層及強化樓層之勁度變化。
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地下水為台灣重要的水資源，因此，自民國80年起政府陸續在全台地區建立地下水觀測站網，目前已累積大量水文地質相關資料，而其中地下水位資料更是其中最重要的資料，惟觀測資料常因儀器本身及管理上的不確定性而難免有所缺漏。有鑒於此，本研究乃整合線性回歸與短時距傅立葉轉換發展一項新的水位資料補遺方法，此新的補遺方法，能保留被補遺地下水位資料在時域及頻率域上的特徵。 此新的補遺方法主要有三個步驟；首先乃是應用線性回規方是以相關係數高之鄰近井日水位，內插補遺日水位時序資料以掌握主要的時空變化趨勢。接著在頻率域特徵方面，乃先將待補遺井資料進行短時距傅立葉轉換至時頻域，缺漏部分之時頻譜再以先前內插日水位之低頻部分時頻譜，及待補遺資料本身之高頻部分時頻譜補足，而得完整之時頻譜，接著再以傅立葉逆轉換，將補遺後之完整時頻譜轉換到時間域，完成時水位補遺。此補遺方法經檢驗及實際應用於嘉南平原北段地下水觀測資料之補遺，成果顯示此方法可保持各補遺水位資料的時間域與頻率域上的特徵，因此可應用於其他水文時序資料之補遺，方便後續資料探勘相關分析之進行。
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本研究以模型實驗方法探討互層砂土對風機安裝船支撐基腳承載力之影響。本研究使用渥太華砂模擬海床砂土，進行直徑D = 100 mm之spudcan 1g模型試驗。本研究在交通大學基礎模型試驗室自行建造之基腳模型試驗系統包含：垂直荷重加載系統、試驗土槽、支撐基腳及資料擷取系統。為備置三種相對密度(Dr = 26%、Dr = 51%及Dr = 85%)砂土試體，本研究使用空中霣降法備製均勻乾砂土壤試體，將乾試體於試驗土槽內浸水，並以真空幫浦吸除土壤孔隙內殘餘之空氣，以模擬海床飽和土壤行為。本研究首先進行砂土飽和度試驗，實驗結果顯示渥太華砂經浸水，並以真空幫浦抽除土壤孔隙內殘餘之空氣後，飽和度可達99.97±0.14%。本研究探討四種互層砂土分別為(1)上層85%與下層26%; (2)上層51%與下層 26%; (3)上層26%與下層 85%; 及(4)上層26%與下層 51%。依據實驗結果，本研究得到以下各項結論。Spudcan貫入飽和砂土試體，所得之承載力qu實驗值略高於依SNAME (2008)公式求出之理論值。此結果與Lu (2007)以離心機模型試驗求出之實驗值高於以SMAME設計手冊求出之理論值結果一致。Meyerhof and Hanna (1978)理論假設淺基礎下側破壞面完全發生在下層。但Lu (2007)的離心機實驗顯示，當spudcan貫入通過互層土壤的界面時，造成之土壤破壞面同時切過上層及下層土壤。Meyerhof and Hann理論假設在spudcan貫入砂土過程，上下層土壤之體積、密度、及剪力強度皆保持為一常數。實際上當spudcan向下貫入即向上提腿時，鬆砂及緊砂受剪可能發生體積收縮(contraction)或膨脹(dilation)。上述土壤行為是導致腳掌支承力曲線理論值與實驗值不同之主要原因。Spudcan貫入不同相對密度之砂土，腳掌底下砂土破壞面所影響之深度大約介於1.0D至1.2D。
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結構模型修正一直以來都被視為是一個非常重要的研究議題，因為在結構物生命週期的各個階段中，皆會存在一些無可避免之因素，造成結構系統的物理參數受到損害。結構模型的修正可以被認為是一個調整模型的最佳化過程，使得模擬模型之分析結果更能反映出與真實結構物量測取得之資訊的一致性。在過去幾十年中，許多最佳化方法紛紛被提出，其中基因演算法與模擬退火已經各自被驗證，對於結構模型修正問題皆為一套強健的搜尋方法。於本研究中，提出了一套整合了改良式基因演算法與模擬退火的結構模型修正系統架構，假設在各樓層質量已知且不變，也不考慮結構阻尼系統影響的情況下，對勁度進行修正。此外，在整個演算過程中還採用了搜索空間縮減策略，使整個搜尋過程更有效率。為了測試本研究提出之系統架構的可行性，利用兩個數值案例與一個實驗案例分別進行完全量測以及不完全量測來模擬與分析。結果顯示，兩個六層樓剪力構架數值案例之四次模擬分析求得的各樓層勁度，與設計值相比，其平均誤差皆可以達到在1 %以內的準確度；而八層樓剪力構架實驗案例之四次模擬分析，也能準確的識別出各樓層的勁度以及結構的破壞位置。
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本研究場址鹿場部落常見有多處崩塌現象產生，經現地調查發現此區上覆易受侵蝕之厚層崩積層。而在本研究區範圍內之道路常有龜裂、路基下陷、擋土牆損壞及建物傾斜等現象產生。因此，本研究將使用歷年航空照片與歷史地形圖來分析並說明鹿場部落因長期受到地質不穩定性之影響，進而產生崩塌、侵蝕等地形變遷之情形，及分析鄰近本研究區東側邊坡之鹿場溪歷年谿線高程變遷情形，並詳加敘述歷年河道對本研究區邊坡之影響性。 經歷年航空照片判釋結果顯示，本研究區近年來持續有新及二次崩塌之情形產生，其中陡邊坡處之局部崩塌範圍已影響至本研究區之道路，且鹿場台地下邊坡處疑似有張力作用所產生之裂隙；而於主稜線下之岩壁也隨時間之增加後退、崖錐堆積範圍明顯增加之情形產生；此外，於1980年之航空照片即可發現，本研究區內有多處下邊坡鼓脹區，可能於古老時期(無定年資訊)就已形成，顯示此區於早期即有地質不穩定之情形產生。基於以上之現象判定本研究區係屬不穩定之狀態。 其主因在於本研究區之東側邊坡係由材料性質較劣之厚層崩積層所堆疊而成，再受大雨滲入之影響下，抗剪強度變得更低，導致上部所覆蓋之厚層崩積材料部份流失；而於本研究區主稜線下之陡崖，長期不穩定之原因在於此區岩性係屬砂頁岩互層為主夾厚層砂岩，受差異侵蝕影響下產生較硬岩懸空，當豪雨來臨時易發生落石崩落之情形。 關鍵字：航空照片、歷史地形圖、地質不穩定性、地形變遷、谿線高程變遷。
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近來來，全球氣候異常，台灣也深受其害，於夏秋兩季之颱風與豪雨常常造成嚴重的淹水災害進而危害到居民的生命和財產安全，極端水文事件所造成之危險程度和人口數、社會經濟發展呈正相關，因此本研究希望透過風險地圖，提供非工程的解決方法，來達到降低災害的效果。 過去台灣所繪製之淹水潛勢圖，資料只有淹水深度以及淹水範圍這二項，於災害應變時，不容易判別淹水區域是否為受災區域，因此本研究參考不同的風險分析文獻，加入危險度與脆弱度的概念，定義風險等於危險度和脆弱度的乘積，從生命面向著手探討不同的危險度與脆弱度因子對災害的影響，並將不同重現期的淹水模擬結果製作出危險度與脆弱度地圖，並且運用半定量之風險矩陣繪製出風險地圖。 本研究以台南市三爺溪區排作為此次生命面向之風險評估地區，並以村里為最小單位，採取10m的網格，分析六種重現期(2年、5年、10年、25年、50年、100年)，最後分析出高風險村里的分布，以此防災風險地圖作為各機關設置避難路線之參考規劃，提供決策者對淹水災害的預警和發布消息的依據，也能成為位於高淹水風險區域之居民自主防災之資訊來源。
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本研究藉由耐火試驗探討彎矩構架合成梁於火害中之行為，同時利用理論計算方式，計算試驗中無法取得之合成梁軸力變化。耐火試驗規劃兩組試體，探討束制柱斷面尺寸對試體行為之影響。試驗結果顯示，試體受火梁因高溫導致材料強度折減，受火梁撓度隨溫度增加而逐漸增大；受火梁軸向變形亦因高溫影響產生熱膨脹，由於柱構件束制，使受火梁承受軸壓力而產生梁腹板及下翼板之局部挫屈；束制柱之斷面大，則束制勁度大，對受火梁熱膨脹之約束也較大，使受火梁達到最大軸向伸長量之時間較早，且能達到之最大軸向伸長量較小，但局部挫屈行為較為明顯。束制柱之斷面大，能略微提升試體之防火時效。理論計算結果顯示，束制柱之斷面越大，升溫初期熱膨脹造成之軸壓力上升較快，理論計算方式能夠合理預測合成梁軸壓力隨時間變化之趨勢。
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堤壩之安全性評估必須考慮築壩材料的強度與動態性質，使用非破壞性表面波震測法，可經濟且快速的量測壩體剪力波速。當應用表面波震測法於壩體檢測時，無論在壩頂或是壩面施測皆有其與一維地層之基本假設不符之處，有進行適用性探討之必要。本研究以三維數值模型進行規劃，並以波譜元素法模擬表面波傳遞行為，由地表地形變化以及材料側向變化兩種三維效應之影響著手，探討使施測結果產生誤差之主要影響因子以及其影響程度，並尋求可能降低影響或避免影響之方案。 研究成果顯示，在壩頂平行壩軸施測時，上下游壩面之坡度所造成的影響極小，可忽略不計；但心層與殼層之材料差異所造成的側向變化影響顯著，且影響程度隨波長的增加而越顯嚴重，因此建議於分區碾壓壩之壩頂施作，其有效頻散曲線之範圍可採用之波長最大值為測線與邊緣距離之1.8倍；若為壩面上之施測，在垂直壩軸施作之狀況下，由於表面波傳遞的自由表面非水平，因此需注意採用斜距作為分析使用的接收器間距，以獲得正確之頻散曲線；但在平行壩軸施作之狀況下，為避免受到拉夫波分量的干擾，於現地應將受波器以垂直坡面之方向插入，而非採重力方向。而由此兩例可知，於壩面施作所獲得之剪力波速剖面其代表方向應為垂直壩面之方向，而非重力方向。 本研究成果顯示，雖然壩體幾何形狀與構造狀況與表面波震測之基本假設不符，但在本研究所提出之施測建議下，其仍具適用性。後續可進行現場資料收錄以作為本研究之驗證。