以UBC3D材料組合律分析我國離岸風場海床土壤液化潛勢

西部離岸風場海床土壤表層為河川沖積之軟弱土層，考量我國位處板塊接界處，進行離岸風機支撐結構基礎設計時，除了考慮週期性環境載重，尚需將特定場址內地震及土壤液化之影響納入設計考量，避免風機基礎於設計運轉年限內，因地震事件使基礎變形量超出容許範圍，導致風機失去運轉功能，甚至造成基礎結構破壞等情形。國家標準(CNS 15176-1)要求決定離岸風場設計地震力時需由工程岩盤(Vsd30>360m/s)深度給定設計地震歷時，同時考量工程岩盤以上之土壤動態力學特性，以取得土壤各深度及海床面之設計地震加速度歷時，提供離岸風機支撐結構設計。

現有離岸風場基礎耐震設計多採用「陸域建築物耐震設計規範及解說」規範建議，以DE建議表進行耐震設計土壤參數折減，其中(N1)60參數為SPT試驗參數，主要應用於陸域土壤液化分析。而現有離岸風場多採CPT試驗進行海域土壤調查，且離岸風場之土壤液化分析仍多採用CPT-based之簡易經驗分析法，難以合理評估液化土壤行為及超額孔隙水壓隨海床土壤深度分布。若可透過數值模擬分析台灣西部海域土壤受震行為，建立離岸風場CPT參數與液化土壤參數之關聯性，可提供離岸風機進行液化土壤中水下基礎土壤受震行為分析，檢核極端設計條件下之支撐結構穩定性。本研究以PLAXIS 2D有限元素軟體搭配UBC3D材料組合律模擬土壤受震行為，進行地盤反應分析與土壤液化之有效應力分析，取得超額孔隙水壓隨深度分佈。經以UBC3D材料組合律模擬靜態三軸試驗、動態單剪試驗、離心機試驗、振動台試驗等成果，顯示UBC3D材料組合律可良好模擬受震土壤液化之超額孔隙水壓反應。本研究彙整我國既有離岸風場CPT土壤參數及摩擦角試驗成果進行統計分析，計算液化土壤之UBC3D材料組合律模型參數，考量土壤參數不確定性，以參考鑽孔進行土壤液化潛勢分析，提出適用於我國彰化地區海床土壤動態反應分析之UBC3D材料組合律參數建議，如圖1。經本研究以參考鑽孔進行以PLAXIS 2D結合UBC3D材料組合律進行土壤受震液化反應分析，分析成果顯示液化土層之加速度於超額孔隙水壓激發時有明顯衰減現象，而以CPT-based簡易經驗法計算所得之液化土層厚度較以有效應力分析法所得之成果保守。

圖1. 本研究建議之UBC3D-PLM液化土壤參數計算流程