作者

范嘉程

摘要

本期適逢「地工技術」二十週年慶，身為輪值主編，誠感惶恐。幸由兩位總編輯協助編輯紀念專文部份，而由我負責「土壤—結構互制」專輯部份。紀念專文包括歐晉德博士二十年回顧，說出「地工技術」的理想決心與行動，洪如江教授的「新世紀的大地工程文化」為大地工程提出另類思考，實為宗師之作，而「地工與我」則彙集了二十餘位地工熱心人士的感言，為二十週年慶留下最值得紀念的短文。
本期主題為「土壤—結構互制」，其實大部份地下結構物均可歸類於土壤-結構互制(Soil-Structure Interaction)問題，隧道、擋土牆(RC牆或加勁擋土牆)、地錨、基樁、連續壁等結構物均與周圍土壤有密切的互制作用。然而大部份的大地工程問題均無解析解，且力系分佈複雜，為求經濟且合理的解決問題，常將複雜大地工程問題簡化，以簡單模式進行分析，惟是否適切考慮土壤或岩層等大地材料行為或是否適當模擬邊界條件常引致分析結果合理性之疑慮。
一般簡單之地工構造物常將土壤視為彈性完全塑性材料，並以靜力學或極限平衡觀念分析結構物或土體本身之應力分佈或安全穩定性，此種方法無法掌握結構物或土體受外力時之變形情況，亦為多數大地工程問題分析時之盲點。對於具有變形量限制之結構物或土體，則須採用連體力學法等數值方法，除考慮構造物與土體力系之平衡外，亦能分析土體及構造物於環境力系作用下之變形量，較能顧及土壤或構造物之使用機能與變形發展情況，近年來，此一觀念與方法於之使用已為國內工程實務界所接受。目前於工程實務問題之應用以有限元素及有限差分法較普遍，邊界元素法則多使用於學術研究。一般從事大地工程分析設計工作者常認為土壤-結構互制問題之分析相當複雜，需具特殊地工數值背景者始能勝任，然近年來，工程用大地工程電腦軟體之快速研發，使得一般大地工程土壤-結構互制問題之分析能在短時間內完成。
本專輯包含五篇論文。首先為淡江大學土木系張德文教授與林伯勳先生的「含樁帽及互制影響之樁基礎WE分析」論文，介紹一簡易且有效的樁基礎動力分析方法，根據基樁波動方程式，考慮樁群互制與樁帽之影響，第2篇為范嘉程教授與馮道偉教授的「以有限元素法探討暴雨時之邊坡穩定分析」，本文就有限元素法應用於暴雨情況下邊坡穩定行為與分析模式進行探討，並就邊坡穩定有限元素法與極限平衡法之安全係數分析結果進行比較，並對暴雨情況「浸潤帶」之影響有深入之探討。第3篇為陳正興與楊樹華教授的「土壤-結構互制效應對結構物動力反應之影響」，本文利用簡易之單自由度結構模型探討土壤-結構互制效應對結構物動力反應之影響，顯示與傳統剛性地盤分析之差異性；第4篇為亞新楊永康與溫年通先生的「由試樁結果回饋基樁與土壤互制之案例探討」，以樁載重試驗結果進行回饋分析，作為基礎設計參數評估之方式；第5篇為李煜舲教授的「收斂圍束法在新奧隧道工法之分析與應用」，主要介紹收斂圍束法理論及建立簡易的分析模式，以現地隧道收斂計測資料為依據，考慮三維隧道開挖前進效應，分析隧道開挖引致岩體應力及位移變化。
以上五篇論文探討基樁、邊坡穩定、動力及隧道等主題之土壤-結構互制問題，皆為理論與實務兼具之作，內容深入淺出，使得傳統認為之複雜數值方法得以平民化。
大地工程師進行土壤-結構互制問題分析時須慎思工程問題之行為機制與分析模式之建立，雖然電腦程式之使用能迅速獲得結果，惟仍須判斷分析結果之合理性，切勿為電腦程式所操控。同時，工程師應掌握分析工程問題之特性與重點，加以工程經驗之配合與判斷，始能獲致合理之成果。

作者

莫若楫

摘要

二十年前在中華民國七十二年一月，一本富有理想及挑戰性的專業刊物在一群從事大地工程工作的中堅份子贊助下誕生了。在當時台灣出版業的環境下，尤其當很多專業工程學會都面臨刊物出版的困境下，包括經費的來源、適當及夠份量的稿源等，很多人對這本雜誌的前途並不很樂觀，但是「地工技術」在這二十年來非但克服了許多艱難，成為吾國大地工程界的權威刊物，並且雜誌的贊助人更發揚光大成立了地工技術基金會，除了如第一屆發行人歐晉德博士所訂的理想及方向在於：
一、提供一寫作園地，以使大地工程專業人士之寶貴實務經驗得以保存，並相互交換經驗。
二、藉本雜誌之流通，使各界人士對大地工程之重要性有進一步認識，並進而提高我國大地工程之水準，提升我大地工程界在國際之工程及學術地位。
基金會並在兩岸大地工程界的交流作了很多的努力，「地工技術」不論雜誌也好基金會也好，已經在兩岸大地工程師心目中建立了深刻的印象，這些收穫都得歸功於歷屆的董事長、發行人、總主編、專集主編以及專注奉獻的工作人員，在這二十週年慶的時候，個人要向他們致最高的敬意。
在「地工技術」創刊號中，個人曾應邀撰文「大地工程技術之發展及建言」，對當時我國工程界存在的一些問題加以檢討並作一些建言。二十年後回顧當時所言除了「地工技術」對技術上有很明顯的貢獻外，有關工程道德、政府法規的制訂及執行等好像並沒有太多的改進。希望「地工技術」雜誌及基金會能夠在今後的發展上更加強兩岸及國際上的交流，多鼓勵年青的大地工程師參與實務工作及國際化，將「地工技術」雜誌變成一個真正國際化並具有權威性的中文專業刊物。

作者

歐晉德

摘要

作者

洪如江

摘要

作者

周功台

摘要

作者

地工技術

摘要

英文篇名

WAVE EQUATION ANALYSIS FOR PILE FOUNDATIONS INCLUDING CAP AND INTERACTION EFFECTS

作者

張德文、林伯勳

關鍵字

波動方程、樁基礎、互制、耐震設計

摘要

本文旨在介紹一簡易且有效的樁基礎動力分析方法。該方法係以基樁之波動方程式為基礎，將樁群互制與樁帽的影響納入分析中，同時亦可融入各項設計參數與變數，以因應實務需求。所適用的工程問題可涵蓋樁基振動行為、承載特性以及耐震設計。其結果與有限元素分析所得相似，但可大幅節省分析時間，使工程師易於完成最佳設計方案。

英文摘要

A simplified and effective analysis is introduced to monitor dynamic behaviors of the pile foundations. The method based on wave equation of the piles can simulate the effects of the cap and the interactive piles as well as other design parameters. The applicable subjects may include the pile responses due to the superstructure loads, the foundation capacity and the seismic design concerns. Corresponding results are found similar to the FEM ones, however it is more efficient for the engineers in making the optimized design solution.

英文篇名

APPLICATION OF FINITE ELEMENT PROCEDURES ON THE SLOPE STABILITY ANALYSIS IN STORMY CONDITION

作者

范嘉程、馮道偉

關鍵字

邊坡穩定、有限元素法、安全係數、極限平衡法、暴雨情況分析

摘要

傳統之邊坡穩定分析皆以極限平衡法求取邊坡抵抗滑動之安全係數，以為判定邊坡是否安全穩定之依據，然極限平衡法對邊坡因外在環境變化可能發展之位移與地層應力變化行為則無法掌握。本文就有限元素法應用於降雨情況下邊坡穩定行為與分析模式進行探討，以強度折減法(Strength Reduction Method)進行安全係數之求取，於不同邊坡坡角情況，有限元素法與極限平衡法分析之邊坡穩定安全係數甚為接近，另於一般合理之土壤凝聚力與摩擦角參數範圍，有限元素法分析之邊坡安全係數高於極限平衡法結果約10%~15%。本文將暴雨情況邊坡穩定分析分為三種地下水位深度加以探討，由於土層「浸潤帶」之形成，土壤含水飽和導致凝聚力損失，如損失程度高時，潛在邊坡滑動範圍有往淺層發展之趨勢，並產生一邊坡穩定安全係數之轉折臨界點。本文亦舉一實際邊坡地層位移案例進行有限元素分析，探討降雨等環境變化情況下，邊坡地層位移發展與時間之關係，分析成果並與地層位移觀測數據進行比較，初期此二者吻合程度尚可，長期預測結果則與監測值差異較大，有限元素法分析結果未能獲得確實之滑動面及現地地層之變異性為差異之主要可能原因。

英文摘要

Slope stability is traditionally analyzed with limit equilibrium method. The factor of safety is used as a criterion for assessing safety of slopes. However, stress and deformation in the soil mass of slopes would not be possibly obtained with limit equilibrium analysis. Methodology along with the finite element procedure for analyzing slope stability problems in stormy condition is studied in this paper. Strength reduction method is used for determining factor of safety of slopes in the finite element procedure. Factors of safety analyzed with finite element method are close to those analyzed with limit equilibrium method for various slope angles. Also, factors of safety analyzed with finite element method are 10%~15% greater than those analyzed with limit equilibrium method for reasonable cohesion and friction angle conditions. A wetting zone in the slope is developed in the stormy condition. Softening of soils has a significant influence on loss of cohesion of soils. Procedures of slope stability analysis in stormy condition for three ground water levels are proposed in this paper. Failure of slopes in stormy condition may develop in the sallow depth and result in a sudden drop in factor of safety if loss of cohesion of the soil is significant. Finally, a case history of a landslip induced by chances in the environmental conditions is analyzed with the finite element procedure. The computed results of slope deformation with time effect are compared with the measured results. The computed results compare well with measured results for short period of time. However, discrepancy between measured and computed results becomes significant for long period of time. Failure in predicting precise slip surfaces and inhomogeneous geologic condition may be the primary reasons blamed for it.

英文篇名

THE EFFECTS OF SOIL-STRUCTURE INTERACTION ON THE DYNAMIC RESPONSE OF A STRUCTURE

作者

陳正興 、楊樹華

關鍵字

土壤-結構互制效應、動力反應、耐震設計地震力

摘要

本文主要利用一個最簡單之三自由度結構模型以說明土壤－結構動態互制作用之意義與其分析方法，所採用之模型為一單自由度結構物座落於具可變形性之彈性半無限地盤上，由於結構物基礎版具有側移及搖擺運動之自由度，使得整個土壤－結構系統之自然頻率受基礎土壤阻抗係數值之影響，不同於傳統剛性基盤上之結構物固有頻率，進而大幅影響其振動反應。文中並提出使用頻率比 作為評估土壤─結構互制作用影響程度的經驗指標。文中亦舉花蓮大比例尺模型地震試驗之案例，用以說明分析時是否考慮土壤－結構互制作用之差異性，並與現地試驗結果作比較，清楚顯示出土壤－結構互制作用效應對結構物動力反應之影響。

英文摘要

The analysis of dynamic soil-structure interaction is quite complicated and difficult to be understood by engineers. In this paper, a simplified model is used to describe the method of soil-structure interaction analysis and its effects on the dynamic response of a structure. The model adopted is a single-degree-of-freedom structure resting on a uniform elastic half-space. The fundamental frequency of the combined soil-structure system is determined not only by the structure itself, but also by the side-sway and rocking impedance of the foundation soils. It is different from the structural natural frequency calculated based on the rigid-base model as conventionally used in the engineering design. It is proposed to use the frequency ratio as an empirical index to estimate the significance of soil-structure interaction effects. In the paper, the case of Hualien Large-Scale Seismic Test is investigated and the results of analysis are compared with measured data from field test and earthquake response. Results clearly show that the significant influences of soil-structure interaction on the dynamic response of the structure.

英文篇名

A CASE STUDY OF PILE – SOIL INTERACTION THROUGH BACK ANALYSIS OF PILE LOAD TEST

作者

楊永康、溫年通

關鍵字

基樁、試樁、基樁與土壤互制

摘要

本文係探討南部某進行中重大高架工程之兩組前期軸向及側向樁載重試驗結果所進行之回饋分析及評估，以了解分析參數對評估結果之影響，繼而決定符合樁體應力及應變行為且可作為基礎設計依據之分析參數等。本文係由工程實務觀點，提供可作為基礎設計階段參數評估之方式。
該兩組試樁所在地層主要屬於砂土與粘土互層之沖積層，其下則為以砂岩及泥岩為主之岩盤。有關樁基在地層中變形行為之回饋評估，係根據試驗樁之各種應力應變量測成果，透過非線性土壤反力曲線(p-y curve)法以及荷重傳遞曲線(t-z curve)法等理論分別回饋或模擬基樁側向及軸向之荷重–變形行為；在一般正常施工狀況下根據回饋分析結果，可進一步掌握前述理論模式下，與基樁應變相關之地層參數關係式，進而作為本工程樁基礎設計之依據。

英文摘要

This paper discusses the back-analysis result of two preliminary pile load tests, in the axial and lateral directions, of an ongoing major elevated structure project. The purpose of the evaluation was to understand the influence of soil parameters upon analysis results, and subsequently to determine the soil parameters yielding reasonable stress-strain agreement between analytical and monitoring results. This paper provides a practical approach for evaluating pile load test results and obtaining foundation design parameters.
The two testing piles were mainly located in alluvial soils, underlying by sandstone and mudstone. For evaluation purpose, the p-y curve method and the t-z curve method were applied to back-analyze the lateral and vertical deformation behaviors of the testing piles.
The back-analysis results provided better understanding of pile behaviors, and more reliable parameters were determined for foundation design.

英文篇名

THE APPLICATION OF THE CONVERGENCE-CONFINEMENT METHOD TO THE NEW AUSTRIAN TUNNEL METHOD

作者

李煜舲

關鍵字

岩石隧道開挖、互制作用、收斂圍束法、回歸分析、前進效應

摘要

新奧地利隧道施工法為國內外隧道開挖支撐工程之主要施工方法，然目前對於瞭解新奧工法分析設計之步驟和流程，仍有待討論與確立的空間。因此，本文主要的目的乃是介紹收斂圍束法理論和建立簡單的分析計算模式，考量以現地隧道收斂計測資料為依據，經由回歸分析而獲得相關模式參數，進而提出模擬實際隧道開挖支撐互制行為之分析方法。本文內容包括收斂圍束法理論和分析模式之介紹、假設案例之計算步驟和分析說明，以及實際鐵公路隧道工程案例之應用等。分析結果包含前期位移量、無支撐距離位移量、岩體彈性模數、結構支撐應力和縱剖面變形曲線等。

英文摘要

The New Austrian Tunnel Method is famously and usually used method in tunnel excavation. nevertheless, it is always lack of the evident methods for analysis and design. Therefore, the objectives of this paper are the introduction of the Convergence-Confinement Method, the establishment of steps of analysis and calculation by means of the regression analysis obtained from the measurements, and the prediction of interaction between rock mass and support system in tunnel excavation. The content of this paper includes the analysis and illustration of calculation steps in supposed case of tunneling, the application of analytical calculation to the railway tunnel and the road tunnel. According to the analytical calculations obtained, the displacements of pre-stage and of unsupported distance, the modulus of elasticity of rock mass, the pressure of support system, and the longitudinal deformation curve are particularly observed.