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研究生: 戴以勝
Tai, Yi-Sheng
論文名稱: 以NMM-DDA模擬山崩造成地表震動之研究-以獻肚山崩塌為例
Simulate the Landslide-induced Ground Vibrations Using NMM-DDA:Hsien-du Mountain Landslide as an Example
指導教授: 李德河
Lee, Der-Her
共同指導教授: 吳建宏
Wu, Jian-Hong
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
論文出版年: 2020
畢業學年度: 108
語文別: 中文
論文頁數: 166
中文關鍵詞: NMM-DDA獻肚山崩塌山崩震動訊號訊號處理運動行為
外文關鍵詞: Landslide induced signals, Signal processing, NMM-DDA, Hsien-du Mountain landslide, Landslide behavior
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  • 本研究以簡單的斜坡與柱桿件模型來驗證整合後的數值流形法與非連續體變形法(NMM-DDA)之可行性,並嘗試以NMM-DDA模擬臺灣高雄市甲仙區(原高雄縣甲仙鄉)小林村獻肚山崩塌造成的震動訊號。小林村獻肚山崩塌的震動訊號被鄰近的地震測站所記錄,且崩塌時無地震訊號的干擾,因此適合用來探討山崩所造成的訊號。本研究利用快速傅立葉轉換(FFT)頻譜分析與短時距傅立葉轉換(STFT)頻譜分析,探討鄰近地震測站訊號與模擬訊號的頻率成分。

    研究結果顯示NMM-DDA不但可以良好地模擬邊坡的滑動行為,亦可以有效地模擬震動訊號,但在模擬震動訊號時,應修正模型的邊界條件與網格尺寸,修正邊界條件與網格尺寸雖然會影響塊體的運動行為,但震動訊號的精確度也會隨之提升。本研究以兩種網格尺寸模型模擬小林村獻肚山崩塌案例,並以固定邊界加黏性邊界之複合邊界做為底部邊界,黏性邊界作為兩側邊界,此作法可以減少反射波的干擾,同時固定住邊坡的位置。

    比較SGSB測站訊號與兩種網格尺寸模擬訊號的FFT頻譜與STFT頻譜,發現粗網格模型的模擬訊號較接近SGSB測站訊號,較接近遠距離傳遞後的訊號型態,而細網格模型的模擬訊號則較接近現地量測之訊號,有較多高頻訊號。本研究亦透過頻譜分析與NMM-DDA模擬結果,探討塊體運動行為與訊號之間的關係,相對於塊體的滑行,塊體碰撞時會產生較高頻率的訊號與較大的速度震幅。

    This study uses a simple slope and column model to verify the feasibility of NMM-DDA, and tries to simulate the vibration signal caused by the collapse of Xiandu Mountain in Xiaolin Village with NMM-DDA. Research results show that NMM-DDA can not only simulate the sliding behavior of slopes, but also effectively simulate vibration signals. In this study, two grid size models are used to simulate the collapse of Xiandu Mountain in Xiaolin Village. The composite boundary of fixed boundary and viscous boundary is used as the bottom boundary, and the viscous boundary is used as the boundary on both sides. This method can reduce the interference of reflected waves. , While fixing the position of the slope.

    Comparing the FFT spectrum and STFT spectrum of the SGSB station signal and the two grid size analog signals, it is found that the analog signal of the coarse grid model is closer to the SGSB station signal, and closer to the signal type after long-distance transmission, while the fine grid model The analog signal of the model is closer to the signal measured on-site, with more high-frequency signals. This study also explored the relationship between block motion behavior and signal through spectrum analysis and NMM-DDA simulation results. Compared with the sliding of the block, a higher frequency signal and larger velocity amplitude will be generated when the block collides.

    摘要 I Extended Abstract II 目錄 XI 表目錄 XIV 圖目錄 XV 第一章 緒論 1 1-1 前言 1 1-2 研究動機與目的 3 1-3 研究流程 5 第二章 文獻回顧 7 2-1 非連續體變形分析法(DDA) 7 2-1-1 理論架構與特性 7 2-1-2 塊體位移與變形矩陣 9 2-1-3 聯立方程式與最小勢能法 11 2-1-4 塊體運動學 12 2-2 數值流形法(NMM) 19 2-2-1 理論架構與特性 19 2-2-2 有限覆蓋系統 20 2-2-3 流形元素之位移函數 24 2-2-4 聯立方程式與最小勢能法 25 2-2-5 黏性邊界 27 2-3 訊號處理應用 29 第三章 研究場址 35 3-1 災情概述 35 3-2 區域概述 38 3-2-1 地理位置 38 3-2-2 地形與地質 40 3-2-3 水文與降雨概況 47 3-3 崩塌原因 51 3-4 震動訊號記錄 52 第四章 研究方法 57 4-1 NMM-DDA程式概述 57 4-2 網格整合 58 4-3 DDA塊體與NMM元素之接觸 59 4-3-1 法向彈簧子矩陣 59 4-3-2 剪切向彈簧子矩陣 61 4-3-3 摩擦力子矩陣 63 第五章 數值模擬 64 5-1 驗證模型 64 5-1-1 斜坡模型-塊體自重分析 64 5-1-2 柱桿件模型 68 5-2 獻肚山崩塌粗網格模型 77 5-2-1 網格設定 77 5-2-2 參數設定 79 5-2-3 模擬結果 83 5-3 獻肚山崩塌細網格模型 91 5-3-1 網格尺寸影響 91 5-3-2 模擬結果 93 5-4 獻肚山590高地摩擦角之比較 100 5-5 小結 106 第六章 訊號分析 107 6-1 地震測站訊號分析 107 6-2 數值模擬訊號分析 110 6-2-1 訊號特徵 111 6-2-2 FFT頻譜特徵 119 6-2-3 STFT頻譜特徵 122 6-3 模擬訊號與地震測站訊號之比較 131 6-3-1 訊號及頻譜比較 131 6-3-2 互相關分析 135 6-4 訊號與塊體運動行為之關係 139 6-5 小結 140 第七章 結論與建議 141 7-1 結論 141 7-2 建議 143 參考文獻 144 附錄A 151 附錄B 155 附錄C 159

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    下載圖示 校內:2025-08-24公開
    校外:2025-08-24公開
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