A Preliminary Study of Planar Natural Slope Failure by the Cumulative Displacement Method

Autor: Wen-Fei Peng, 彭文飛
Rok vydání: 2001
Druh dokumentu: 學位論文 ; thesis
Popis: 89
In comparison with the conventional pseudo-static method, the cumulative displacement one is a more effective approach to measure the stability of the natural slope under the influence of an earthquake. This method helps to calculate the co-seismic relative cumulative displacement of the sliding mass by integrating the acceleration time history data of earthquake records. It also helps to estimate the cumulative displacement by applying empirical equations. In other words, the stability of slopes is measured by the amount of the cumulative displacement. This study presents the calculation of cumulative displacements from the records of the three largest earthquakes occurred in Taiwan in the past three years. The collected data is mainly from the 1999 Chi-Chi Earthquake, and it is compared with the result of empirical equations. Moreover, a new empirical equation is presented by modifying the best-fitted, empirical equation. Our case studies include two large landsides occurred along planar bedding planes during the Chi-Chi Earthquake. Agreement between the analytical result and empirical facts is reasonably well. Two modifications are made to the original calculation model. First, by employing some equilibrium equations, the new model can handle the vertical acceleration data in the same manner of handling the horizontal one. Furthermore, both types of data can be input to the calculation model from the acceleration time history record. The result of calculation shows that vertical acceleration barely affects the amount of the cumulative displacement. Second, the modification is made to treat the friction angle as a velocity-dependent variable, rather than a constant. This modification provides a better explanation for our case studies. 1.1 研究動機與目的﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍1 1.2 本文大綱﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍3 第二章 前人研究﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍5 2.1 Newmark位移分析基本理論﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍5 2.1.1 位移法計算過程﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍5 2.1.2 臨界加速度 ﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍10 2.1.3 臨界位移量 ﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍13 2.2 Newmark累積位移量之經驗公式﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍15 2.2.1 經驗公式一： Ambraseys & Srbulov(1995) ﹍﹍15 2.2.2 經驗公式二： Crespellani et al.(1998) ﹍﹍18 2.2.3 經驗公式三: Jibson & Keefer(1993) ﹍﹍﹍﹍21 2.3 以位移法分析邊坡穩定之實例﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍26 2.4 摩擦係數與位移距離、滑動速率、加速度間之關係﹍﹍28 2.4.1 滑動量對岩土體摩擦係數的影響﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍28 2.4.2 滑動速度對岩土體摩擦係數的影響﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍35 2.4.3 滑動加速度對岩石體摩擦係數的影響﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍54 2.4.4 正向應力對岩石體摩擦係數的影響﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍56 2.4.5 接觸時間對岩石靜摩擦係數的影響﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍57 2.4.6 溫度對岩石摩擦係數的影響﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍58 第三章 累積位移量經驗公式應用於台灣地區之適用性﹍﹍﹍﹍61 3.1 積分法計算之台灣地震Newmark累積位移量﹍﹍﹍﹍﹍61 3.1.1 Newmark累積位移量計算範例﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍61 3.1.2 921集集地震Newmark累積位移量分布情況﹍﹍﹍﹍﹍﹍64 3.1.3 1022嘉義地震Newmark累積位移量分布情況﹍﹍﹍﹍﹍72 3.1.4 瑞里地震Newmark累積位移量分布情況﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍76 3.1.5 Newmark累積位移量分布情形之探討﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍80 3.1.6 Newmark累積位移量與地震災害分布之探討﹍﹍﹍﹍﹍84 3.1.7 921集集地震距斷層面與震源距離對位移量之影響﹍﹍84 3.2 累積位移量經驗公式於台灣地區地震適用性探討﹍﹍﹍87 3.2.1 對921集集地震累積位移量之經驗公式適用性探討﹍﹍﹍88 3.2.2 對1022嘉義地震累積位移量之經驗公式適用性探討﹍﹍96 3.2.3 對瑞里地震累積位移量之經驗公式適用性探討﹍﹍﹍﹍100 3.2.4 累積位移量經驗公式於台灣地震適用性的結論﹍﹍﹍﹍105 3.3 累積位移量經驗公式初步修正結果﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍106 3.3.1 對921集集地震進行累積位移量經驗公式之初步修正﹍﹍106 3.3.2 對瑞里地震、921集集地震、1022嘉義地震進行初步修正﹍114 3.4 個案分析﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍118 3.4.1 草嶺崩塌﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍118 3.4.2 九分二山崩塌﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍122 第四章 Newmark位移分析法之修正﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍123 4.1 加入垂直加速度之影響﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍123 4.1.1 只考慮垂直最大加速度之累積位移量﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍123 4.1.2 考慮隨時間而改變的垂直加速度之累積位移量﹍﹍﹍﹍125 4.1.3 計算台灣地震考慮垂直加速度之累積位移量﹍﹍﹍﹍﹍126 4.1.4 案例分析 ---考慮垂直加速度之累積位移量﹍﹍﹍﹍﹍129 4.2 摩擦係數為變數時之影響﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍131 4.2.1 引進Frictional laws考慮岩石摩擦係數﹍﹍﹍﹍﹍﹍131 4.2.2 摩擦係數為變數下邊坡破壞的定義﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍133 4.2.3 摩擦係數為變數下之累積位移量積分過程﹍﹍﹍﹍﹍﹍134 4.2.4 摩擦係數為變數下且未考慮垂直加速度案例分析﹍﹍﹍136 4.2.5 摩擦係數為變數下考慮垂直加速度案例分析﹍﹍﹍﹍﹍136 第五章 位移分析法研究結果應用於擬靜力分析﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍145 5.1 水平加速度之選用﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍145 5.1.1 設計尖峰加速度折剪係數的基本理論﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍145 5.1.2 適用於台灣之設計尖峰加速度折減係數﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍147 5.2 垂直加速度之選用﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍163 5.2.1 考慮垂直加速度後累積位移量之變化情形﹍﹍﹍﹍﹍﹍163 5.2.2 垂直加速度於擬靜力法之選用﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍165 第六章 結論與建議﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍166 6.1 結論﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍166 6.2 建議﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍168 參考文獻﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍169 附錄一 垂直地震加速度對邊坡穩定之影響﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍177
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