以地理統計方法進行大範圍基地地盤改良評估

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楊士弘(Shih-Hong Yang) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

以地理統計方法進行大範圍基地地盤改良評估
(The evaluation of ground improvement techniques of a construction site using geostatistical approach)

相關論文

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摘要(中)

摘要
在本篇研究中將探討中東地區某工程基地其共193組現地鑽孔資料中之SPT-N值、地下水位深度、細粒料含量及鹽土深度，以半異數函數描述上述四種土壤參數在水平空間變異性。另外，以克利金法作上述四種土壤參數在各自半變異圖條件下之推估，以求得未鑽探點之相關地工參數，接著依克利金法推估之地工參數利用幾種符合此研究中所需之地盤改良方法，依各工法之適用性及限制性結合統計方法得到的預測結果進行大範圍基地的地盤改良評估。為了更進一步了解鑽孔數目對於半變異數函數的影響，本研究亦將原鑽孔數分別減少30孔、50孔、70孔與90孔分別進行分析，以了解鑽孔數目對空間變異性之影響。
主要結果有(1) SPT-N值、細粒料含量、地下水深度及鹽土深度，其各自最佳擬合函數下求得之影響範圍分別為572公尺、673公尺、516公尺、346公尺。(2)在隨著抽離鑽孔的數目變多時，求得各自相對應之參數值、總體半變異數、影響範圍，其變異係數逐漸增大。(3)以SPT-N值大於15者為不需要進行地盤改良之區域占80%，需要地盤改良之區域，分別由滾壓夯實工法佔約1.5%，動力夯實工法佔了約0.07%，需礫石樁工法之區域佔了約14%，快速衝擊夯實工法佔了約4.5%。
關鍵字:半變異數、半變異圖、克利金法、地盤改良、R-Squared法

摘要(英)

Abstract
In this research, the horizontal variability of standard penetration test N values (SPT-N), the fines content, the depth of groundwater table, and the depth of Sabkha are discussed in terms of the spatial variability through semivariance and semi-variogram. According to the results of semivariance and semi-variogram, the corresponding unknown values in the study areas are estimated within range and sill by Kriging method. There are total 193 boring logs at the construction site. It is about 8 km in length and 3 km in width. The soil boring depths are in the range of 10 to 30 meters. Since the construction site locates in a deserted area, the subsurface condition is mostly silty and clayey sands. In this research, there are the discussions of applicability and restrictions considering various ground improvement techniques. Various ground improvement techniques are suggested through the estimated geotechnical values by Simple Kriging. In this study, the variability of semivariance and parameters in the semivariogram was also investigated by randomly choosing a given number of soil borings from the database. The selected number of borings are 30, 50, 70 and 90, respectively. The main findings are (1) the range of SPT-N values is 572 m, the range of the fines content is 673 m, the range of the depth of groundwater is 516m, and the range of the depth of Sabkha is 342m. (2) When the number of borings decreases, the coefficients of variation of the estimated values such as the sill, and range in the semivariogram increase. (3)Based on the assumption that areas with SPT-N values of 15 or larger blows do not need ground improvement, the areas that do not need ground improvement is about 80%. With other geotechnical parameters such as the ground water level depth, percent of fine contents and depth of Sabkha, it was estimated that area needing roller compaction is about 1.5%, the areas using dynamic compaction is about 0.07%, the areas using rapid impact compaction is about 4.5%,and the areas using stone column is about 14%. The percentage of ground improvement technique is influenced mostly by the variance of the depth of Sabkha.
Key words: Semivariance、Semi-variogram 、Kriging、ground improvement technique、R-Squared

關鍵字(中)

★ 半變異數
★ 半變異圖
★ 克利金法
★ R-Squared法
★ 地盤改良

關鍵字(英)

★ Semivariance
★ Semi-variogram
★ Kriging
★ ground improvement technique
★ R-Squared

論文目次

目錄
摘要 I
Abstract II
誌謝 IV
目錄 V
圖目錄 VIII
表目錄 X
符號說明 XI
第一章緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究目的 3
1.3 研究內容與流程 4
第二章文獻回顧 6
2.1 統計方法 6
2.1.1 算術平均數與標準差 6
2.1.2 變異係數 7
2.1.3 直方圖 8
2.1.4 常態分佈與對數常態分佈 9
2.1.5 相關係數 11
2.2 以自相關係數描述土壤參數 12
2.2.1 自相關係數 13
2.2.2 常用自相關函數模型 14
2.3 距離平方反比法 16
2.4 以半變異數描述土壤參數 16
2.4.1 常用半變異數函數 18
2.5 克利金法 20
2.5.1 簡易克利金法 20
2.5.2 一般克利金法 24
2.6 空間內插方法比較 25
2.7 曲線擬合方法 26
第三章地盤改良方法 29
3.1 動力夯實工法 29
3.1.1 改良機制 30
3.1.2 改良影響深度 30
3.1.3 夯擊次數 31
3.2 快速衝擊夯實工法 32
3.3 滾壓夯實工法 33
3.4 擠壓砂樁工法 36
3.4.1 改良機制 37
3.4.2 施工步驟 37
3.4.3 樁徑與樁長 38
3.5 礫石樁工法 39
3.5.1 改良機制 39
3.5.2 樁長與改良深度 40
3.5.3 施工步驟 40
3.6 各地盤改良方法限制與適用性整理 41
第四章研究方法 44
4.1 場址介紹 44
4.1.1 研究場址現地資料 44
4.1.2 鑽孔資料點參數取用 46
4.2 土壤性質相關性分析 47
4.2.1 現地鑽孔相對距離與數據整理 47
4.2.2 計算鑽孔間相對距離與數據整理 48
4.2.3 組距的挑選 48
4.2.4 依組距整理數據資訊 49
4.2.5 估算總體半變異數與影響範圍 50
4.3 克利金推估 51
4.3.1 計算各相對距離 51
4.3.2 計算影響範圍內各現地參數權重 54
4.3.3 數據推估值與實際值比較 56
第五章研究結果 57
5.1 各模型與各土壤參數之半變異圖 57
5.1.1 SPT-N 57
5.1.2 細粒料含量 58
5.1.3 地下水位深度 60
5.1.4 鹽土深度 61
5.1.5 不同土壤數據下之半變異數函數異同 64
5.2 各土壤參數之簡易克利金法結果 65
5.2.1 SPT-N 66
5.2.2 細粒料含量 67
5.2.3 地下水位深度 69
5.2.4 鹽土深度 70
5.2.5 各參數推估值區域大小 71
5.3 SPTN之一般克利金法結果 71
5.4 抽取部分資料點後之克利金預測 75
5.4.1 鑽孔數目與半變異數函數比較 76
5.4.2 不同抽離點數下之簡易克利金法SPT-N預測值與實際值比較 79
5.4.3 不同抽離點數下之簡易克利金法細粒料含量預測值與實際值比較 80
5.4.4 不同抽離點數下之簡易克利金法地下水深度預測值與實際值比較 82
5.4.5 不同抽離點數下之簡易克利金法鹽土深度預測值與實際值比較 83
第六章結果討論 86
6.1 考慮克利金參數變異下之簡易克利金法推估 86
6.1.1 SPT-N 87
6.1.2 細粒料含量 89
6.1.3 地下水深度 91
6.1.4 鹽土深度 92
6.2 克利金法與地盤改良方法選擇 93
6.3 地盤改良方法考慮克利金參數變異下之影響 96
第七章結論與建議 99
7.1 結論 99
7.2 未來展望 101
參考文獻 102
附錄A-(不同抽離點數下之推估值與實際值比較) 104
附錄B-(考慮參數變異下之地盤改良方法選擇) 109

參考文獻

參考文獻
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指導教授

黃文昭(Wen-Chao Huang)

審核日期

2013-8-14

推文