鄭富書臺灣大學：土木工程學研究所張增糴Chang, Tseng-TiTseng-TiChang2007-11-252018-07-092007-11-252018-07-092006http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/50098台灣位於環太平洋地震帶，是典型的板塊碰撞所產生之大陸邊緣島嶼。由於菲律賓海板塊六百萬年以來，不斷的擠壓歐亞板塊，台灣島遂得以誕生並成長，造山運動迄今仍在激烈的進行，引發台灣旺盛的地震活動，同時地層之變形亦極為強烈，造成諸多之褶皺與斷層，充斥台灣本島。斷層在地殼材料中可視為一連續體中的破裂面，理論上有關破裂面受力在其造成的變形，已有相當的研究，但是在相關理論應用在斷層仍相當缺乏。本研究擬利用此一方面的理論在斷層附近的地表變形，推估其發生錯移時產生的地表位移量。本研究藉由物理模型試驗觀察平移斷層發生延展 ( propagation ) 前因受應變能量累積導致周圍地表變形的過程，並以數值模擬加以驗證，使吾人能有機會對平移斷層震間運動機制有更深入的探討。 本研究物理模型中，選用果凍作為模擬材料，其材料變形特性為線彈性、可承受較大的應變能，符合本研究欲觀測裂縫延展 ( propagation ) 前變形行為之目的。此外，於物理模型中，以3維PIV分析其變形過程，進一步得到裂縫周圍表面鉛直向位移大小。於數值模型中，採用有限元素分析軟體 ABAQUS做分析並驗證物理模型的正確性，希望能夠更進一步掌握平移斷層延展前地表變形行為。Taiwan is located in the circum-pacific seismic zone, which is a typical convergence plate. Due to the convergence mechanism, there are many folds and faults in Taiwan. The discontinous nature of faults allows them to be trated as large cracks in brittle material. Thus, linear elastic fracture mechanics can be applied to evaluate the stresses and the associated ground surface displacement resulting from fault movement. This research simulated the ground surface deformation before the strike-slip faults propagated via physical model and verified by the numerical analysis. The material of physical model in this research is jelly, which property is linear elastic and able to accept the large deformation. It accorded with the purpose of simulating the deforamtion before cracks propagated. Moreover, to better understand this deformation process, we monitor the displacement field in scaled tectonic model experiments using high-resolution optical image correlation techniques ( stereoscopic particle imaging velocimetry, SPIV ) .After the processing of Stero PIV, it generated the vertical ground surface displacement near crack. In the numerical model, we adopted the finite element method (ABAQUS) to verify the results of physical model. In this research, we considered three mode of strike-slip faults that influence the ground deformation near faults, such as fault mode, blind fault mode and multiple faults mode. In the fault mode, we considered the influence of dip angle; In the blind fault mode, we consider the depth of overburden; In the multiple faults mode, we considered the geometry of two cracks.誌謝 I 摘要 II Abstract III 目錄 IV 表目錄 VI 圖目錄 VII 第一章 緒論 1-1 1.1 研究動機 1-1 1.2 研究目的及方法 1-2 1.3 研究內容 1-2 第二章 文獻回顧 2-1 2.1 板塊邊界的類型 2-1 2.2 地震與地殼變形之研究 2-2 2.3 平移斷層力學機制及構造型態 2-3 2.4 研究方法簡介 2-5 2.5 破壞力學理論在斷層之應用 2-8 2.6 物理與數值模型之研究 2-10 2.7 綜合討論 2-12 第三章 研究方法 3-1 3.1 物理模型簡介 3-1 3.1.1 模擬材料之性質 3-1 3.1.2 模擬材料之準備 3-2 3.1.3 試驗紀錄及分析 3-2 3.2 PIV分析簡介 3-4 3.2.1 PIV原理 3-4 3.2.2 誤差探討 3-10 3.3 物理模型試驗 3-12 3.3.1 物理模型試驗儀器 3-12 3.3.2 物理模型試驗內容規劃 3-12 3.4 數值模擬簡介 3-15 3.5 數值模擬規劃 3-16 第四章 物理模型與數值模擬結果與討論 4-1 4.4 物理模型結果討論 4-1 4.8 數值模擬結果討論 4-3 4.9 綜合討論 4-5 第五章 結論與建議 5-1 5.1 結論 5-1 5.2 建議 5-2 5.2.1三維數值模擬之改進 5-2 5.2.2物理模型之應用 5-2 參考文獻 R-1 附錄A－PIV影響因素測試報告 A-1 附錄B－Stereoscopic PIV測試報告 B-1 附錄C－不同配比果凍基本參數 C-1 附錄D－PIVview3C軟體操作 D-1 附錄E－物理模型與數值模擬驗證 E-1 E.1 物理模型驗證 E-1 E.2 數值模型驗證 E-2 E.2.1 自由場驗證 E-2 E.2.2 單方向位移邊界驗證 E-2 附錄F－物理模型與數值模擬圖形比較 F-1 附錄G－錯移量與裂縫長度之影響 G-118289115 bytesapplication/pdfen-US平移斷層物理模型數值模擬震間變形立體視覺質點影像速度儀Strike-slip faultsPhysical modelNumerical analysisInterseismic deformationStereoscopic particle image velocimetrythesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/50098/1/ntu-95-R93521112-1.pdf