以PLAXIS有限元素數值分析軟體模擬柔性樁受震反應

由於台灣西部近海離岸風場表層土壤多為疏鬆至中等緊密砂土，依前人研究結果，該砂土層具有液化潛勢，考量我國離岸風機均採樁基礎作為水下基礎形式，液化土壤中之樁基礎行為值得離岸風機水下基礎設計人員了解以用於決定離岸風機水下基礎勁度。

目前我國離岸風場多採用柔性樁基礎之多樁式水下基礎，如管架式多樁基礎，本研究蒐集之文獻顯示，若採用數值分析方法評估樁基礎於液化土壤中行為之模型多採用Winkler樑法，若以該法進行液化土壤中樁基礎行為分析可能無法合理考量樁周土壤液化時激發孔隙水壓對於土壤強度與勁度折減之影響，因此，本研究採用PLAXIS 3D有限元素商用軟體結合UBC3D材料組合律，透過模擬是內動態力學試驗成果進行UBC3D材料組合律校正，在以離心機試驗及振動台試驗模擬液化土壤中樁基礎行為進行數值模型校正比對。本研究建立之樁土互制於液化土壤中之互制模型經與既有試驗成果比對，顯示模型可合理反應土壤孔隙水壓激發行為及樁身於液化土壤中受震加速度反應。

經由本研究建立之樁土受震互制分析模型以參數分析之方式評估液化土層深度及厚度對樁基礎之受震反應行為影響，研究成果顯示，當樁基礎埋至深度大於液化土層發生深度時，於非液化土層之樁基礎加速度與樁周非液化土層之加速度行為一致，可視為樁底束制。而於液化土壤中之樁身基樁則呈現與液化土壤完全不同之加速度反應，此一反應為液化土壤弱化所致之影響。透過本研究建立之模型可更合理模擬高液化潛勢區離岸風機柔性樁基礎受震之行為，後續可用於合理決定考量極端設計條件下液化土壤中之離岸風機水下基礎勁度。

圖1 PLAXIS 3D模擬液化土壤中樁土互制動態反應數值模型