本研究探討單跨簡支含樁基礎之橋梁受沖刷裸露後之耐震行為，藉由雙砂箱剪力盒與振動台實驗，檢視橋柱與樁基礎之需求容量關係。實驗設計係參考公路橋梁耐震設計規範補充研究完成，提供合理之結構週期與柱、樁彎矩強度比。試體包含Ｉ型加勁鋼梁、U形鋼帽梁、構架式圓形鋼管橋墩、方形鋼基礎版、及鋁製空心圓管樁。支承條件採用橡膠支承模擬鉸接端，滾接端則以滾珠支承模擬。實驗規劃分為固定基礎及基礎裸露兩類，固定基礎者係將鋼基礎版鎖固於振動台面，且其下無樁基礎；基礎裸露者乃將鋁樁鎖固於砂箱剪力盒底部，並以相對密度50%之乾性石英砂逐層蓋覆。實驗主要參數以樁徑之倍數代表沖刷深度，符號系統分別以H、R、D說明鉸接端樁基礎、滾接端樁基礎、及樁徑，共計H0D-R0D、H0D-R3D、H3D-R3D、H3D-R6D、H6D-R6D等5組。輸入地表加速度歷時包含El Centro地震、集集地震TCU076測站及與規範反應譜相符之人造地震歷時，最大地表加速度範圍為100gal至350gal。實驗過程主要紀錄結構及土層之加速度與位移反應，並由樁身與柱底之應變計可間接求得其於振動過程中之彎矩與位移曲線函數，提供需求容量比（D/C ratio）之檢核。 實驗結果顯示，固定基礎之橋柱須能承擔較高的彎矩需求容量比，相較於基礎裸露者為一保守的設計條件。隨樁基礎裸露程度增加，結構顯著週期亦增加，大梁加速度則恰成相反，但大梁位移因與反應譜特性相關而無固定趨勢。相同地震作用下，當樁基礎裸露增加後，樁體最大彎矩發生位置越趨朝樁底方向移動，並非位於樁頂。如根據柱、樁彎矩之需求容量比檢討橋梁安全時，樁體彎矩比值之變化較小，但仍受地震特性影響須個案檢討，惟柱身彎矩比均呈現下降。如根據柱、樁之變形檢討橋梁安全時，橋柱相對位移放大趨勢則較樁明顯，應與基礎裸露後基礎版之旋轉貢獻有關。整體而言，當基礎裸露之橋梁受地震作用時，宜整體檢視柱、樁破壞模式轉移現象，尤以樁體彎矩及橋柱相對位移為檢查重點。 本研究另參考公路橋梁耐震評估與補強準則，建構橋梁分析模型探討含土壤彈簧模型之結構週期。初步結果顯示，無基礎裸露者之分析週期與實驗週期相近，但隨裸露程度增加則不盡理想，未來宜針對土壤性質適度模擬，以期許對全橋受震反應獲得合理與準確的評估。

過河橋梁常因洪水造成基礎局部沖刷，導致橋梁基礎裸露，橋基沖刷 裸露過長，可能造成基礎耐震能力不足或承載力不足，為探討橋梁結構受 沖刷後基礎裸露時之耐震行為，本研究將使用大型雙軸向剪力試驗盒，考 慮上部結構之土壤-結構互制效應，於飽和砂土中建構單柱式橋梁結構考 量基礎裸露之振動台實驗，從實驗之結果，了解飽和砂土中基礎裸露橋梁 之耐震性能評估與穩定性檢核。

本研究探討橋梁受複合式災害，因樁基礎沖刷裸露對耐震性能之影響， 使用大型雙軸向剪力試驗盒，進行單柱橋梁樁基礎沖刷裸露之振動台實驗。 實驗試體採用單柱橋梁、單樁基礎與乾性石英砂質土壤。實驗規劃數組不 同基樁裸露長度之組別，以觀察地震作用下樁基礎於裸露前、後對橋體、 基樁與土壤間之互制行為。實驗結果發現，上部結構位移反應隨基樁裸露 深度增加而增加，加速度則成相反之趨勢；基礎板與土壤之接觸行為明顯 影響上部結構之動態反應；樁身最大彎矩發生位置隨基礎裸露深度而降低， 但均鄰近土壤表面，且反曲點位置也隨之改變。為能有效模擬土壤與基樁 之互制行為，本研究利用SAP2000 分析軟體，參考公路橋梁耐震設計規 範，根據實測土壤剪力波速推求土壤彈簧勁度並依裸露條件適度減化彈簧 數量。數值分析結果顯示，簡化模式可忠實呈現上部結構歷時過程與最大 反應，未來可應用於實際橋梁因樁基礎沖刷裸露之耐震能力評估。

麥寮砂為台灣西部海岸沖填工業區之典型砂土，不但含有相當高的細料含量，而且具有高壓縮性，因此工程性質與受振後的行為與純淨石英砂有所不同。國家地震工程研究中心以麥寮砂為試驗砂土，使用大型雙軸向多層剪力試驗盒（1.880 m × 1.880 m × 1.520 m）來進行大型振動台試驗，並與2000年到2005年間所進行之純淨越南砂振動台試驗結果比較。 本研究先進行麥寮砂大型砂土試體準備方法之可行性評估，經由小型玻璃箱試驗結果得知，以分階濕砂水中沉降法所準備出來的試體較適合應用於大型剪力盒之試體準備，因此設計一葉片式霣落器進行試體準備。麥寮砂試體於準備完成後進行壓力波波速量測，經量測結果發現試體內部傳遞波速與水中傳遞波速相近，所以試體飽和度佳。另外由薄管取樣所得乾密度與細料含量分佈圖得知，整體而言，除了表面薄層細料含量較高以外，乾密度值差異亦不大。故利用分階濕砂水中沉降法準備大型試體有不錯的飽和度與均勻性。 經由試體內部埋設水壓計之反應得知，麥寮砂振動後其消散時間比純淨越南砂還要長大約15倍左右。從滲透試驗得知兩者的滲透性也同樣相差15倍左右。由此得知滲透性對振動後孔隙水壓的消散確實有明顯的影響。同時本研究也整理歷次麥寮砂大型振動台試驗之體積應變，結果顯示麥寮砂土在受振液化後，體積應變只與相對密度有關而與振動頻率、振動加速度無關，並隨著相對密度的增加而減少。由此結果可觀察麥寮砂與越南砂試驗液化後之體積應變與相對密度關係，發現麥寮砂在相對密度45至70 %之間，體積應變比越南砂高，而在相對密度高於70 %時兩者之間則差異不大。

為模擬實際二維地震作用下砂土的受振反應以及液化行為，因而研發出大型雙軸向多層剪力試驗盒（1.880 m × 1.880 m × 1.520 m），並使用國家地震工程研究中心之振動台進行大尺寸物理模型試驗。 自2002年8月開始至2005年3月，本研究已以飽和越南砂試體進行一系列振動台振動試驗。在每一振動作用中與振動後，皆量測砂試體表面之沈陷量。本文整理並分析歷次試驗所得砂試體沈陷的結果與液化深度，探討地震作用下純淨砂之沈陷與體積應變。結果顯示飽和砂土層受振若未發生液化則其沈陷量很小，其整體平均體積應變與振動加速度、振動頻率、振動延時及振動方向無明顯關係。而飽和砂土受振液化後，則有顯著的沈陷，且在相同的振動延時下，砂土受振體積應變只與其相對密度有關，而與振動加速度、振動頻率及振動方向無關，且隨著相對密度的增加而減少；液化後砂土之體積應變隨著振動延時的增加而增加。本研究繪出不同振動延時（5、10、20及30秒）砂土液化後之體積應與砂試體相對密度之關係。利用此關係配合現地之土層資料可推估該地受震液化後可能產生之沈陷量。比較以實際地震歷時記錄所進行之振動台試驗及現地量測資料之體積應變可得知本研究結果有不錯之適用性。

為模擬實際二維地震波作用下砂土的受震反應以及液化行為，因而發展出大型雙軸向多層剪力試驗盒，並使用國家地震工程研究中心之振動台進行大尺寸物理模型試驗。 由於大型砂試體尺寸較大（1.88m×1.88m×1.52m），無法以實驗室中小型試體的準備方式來進行試體準備。本研究即針對大型砂試體準備方式詳加探討，經過試驗結果得知由濕沉降法準備之試體較乾霣降法所得之試體不論在試體的平整度、飽和度及均勻度皆較為理想。因此，本研究之砂土試體是以一固定式霣落裝置採用濕沉降法進行試體準備，並利用微貫入錐貫入試驗及試體壓力波量測來檢測土壤試體均勻度、密度與飽和度，發現所得之試體可以達到試驗的要求。 振動台砂土液化試驗已於2002 年8 月及2003 年1 月進行兩次試驗，根據試驗結果可知此雙軸向剪力試驗盒能夠將一維及二維之地震波傳遞至砂土試體。且在相同加速度下，二維之振動比一維之振動更容易使砂土發生液化，且二維之振動造成之沉陷量比一維之振動大。此外，由試體內部不同深度之水壓計的量測記錄發現，受到振動時越接近試體表面的水壓計，其激發的孔隙水壓越早趨於一定值，而深度越深的水壓計，其激發的孔隙水壓力有越早消散的現象。

本研究藉由具柔性邊界之大型雙軸向剪力試驗盒之研發，配合國家地震工 程研究中心之大型振動台，進行較大尺寸之物理模型試驗，使砂土試體於受震作用下更接近現地狀況。 本研究之剪力盒採內外複合式框架，由內外框架各十五層堆疊而成，且於內框與外框以及外框與外牆之間裝有滑軌，使內框與外框的運動方向互相正交，每一層框架亦能獨立運動，並希望藉此獨特之運動機構消除因偏心振動所引起的框架扭轉。土壤試體置於內框所形成長1.88m，寬1.88m，高1.50m 之容器中，框架採用鋁合金製成，可降低框架於振動時產生之慣性力，如此可有效地圍束試體，並且降低框架慣性力對試體運動的干擾，減少試驗盒之側壁效應，使土體可隨震波傳遞而自由擺動變形。 空箱振動測試結果顯示框架同一面兩端位移計量測之最大相對位移約為1mm，引致相對轉角約為0.1°。因此框架於振動下之轉角十分微小，屬於位移計之精度誤差，剪力盒各框架之運動可視為無扭轉。 為探討砂土試體在受震液化過程中超額孔水壓之激發狀況，試驗進行過程中必須保持試驗盒之水密性。除考慮其不透水性外，所選材質需能提供各層框架間相對運動時所需之變位量，同時必須考慮角隅處在各層框架錯動時無剪破之虞。目前採用厚度為3mm 矽膠膜，經裝水振動測試後可達上述之要求。 如同空箱試驗一般，盛水受振時框架亦有側向偏移的現象，但由於水的束制使得偏移量遠小於空箱試驗。當輸入地震波為二維且X、Y 方向的振動頻率相同，框架的反應與輸入波形十分相似，其軌跡近似於圓形；若X、Y 方向輸入不同頻率之振動，則框架反應為花瓣型軌跡。若以集集地震記錄輸入，則由於兩方向組成頻率與振幅大小並非單一，因此框架反應之軌跡十分凌亂。目前剪力盒測試工作還未以砂土進行試驗，尚未能觀察土壤真正受震行為，然而由測試結果可知剪力盒之設計與製造合於研究要求。在砂試體準備方法發展完成後將進行土壤試體受振試驗。

921地震災後國科會委請亞新工程顧問公司在員林地區進行詳盡之液化災害調查，包括50孔鑽孔、45孔震測錐貫入試驗、6組下孔式震測試驗及4組跨孔式震測試驗，同時亦取得56組薄管原狀土樣。亞新工程顧問公司雖已提出該案之成果報告，但其分析內容限於時間因素仍有更深入研究的必要。本計畫即針對此豐富且可靠的現有資料，進行作更進一步的探討。 本研究內容首先對於Seed法、修正Seed法、Tokimatsu&Yoshimi法、JRA法及新JRA法等五種不同液化潛能評估方法作一探討。由現場地質鑽探量測得之標準貫入試驗打擊數(SPT-N)，以及劈管取樣之物理性質試驗，透過選用之液化評估方法可推估各鑽孔位置之可能液化發生深度，同時藉由液化潛能指數的整理亦可反應整個員林地區可能液化範圍分布。在研究中同時發現，利用鑽探取樣配合鑽孔位置所採集之現地噴砂土樣所作之粒徑分佈曲線分析比較，可更加準確判斷出地震時液化發生之確實深度。對於員林地區整體液化潛能評估結果，並經由與現場勘查所了解之各地噴砂與下陷情形作一比對後，除可對現有之液化評估方法作一檢核與驗證外，更可修正所使用之評估法的參數值。 經由本研究結果發現，員林地區在921地震中發生液化的土層深度大多在10公尺的範圍內，甚至其中有一半左右的鑽孔其液化深度不超過地表下5公尺。本報告中將各種液化評估方法所求得之員林地區液化評估結果加以繪圖表示，並對於各方法所得結果之差異原因進行探討，以評定各種液化評估方法對本案例之適用情形。此外，由中央氣象局在員林國小所設之強震儀測站所量測得地震紀錄，加以估算各地受地震力所產生之反復剪應力，配合各鑽孔資料分析得出之修正標準貫入值(N1)60， 整理出本案例之液化強度與反復剪應力關係，藉此比較Seed建議之臨界液化強度曲線在本案例中之適用性。