礫石樁液化防治之有限元素法研究

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姓名

王進得(Chin-deh Wang) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

礫石樁液化防治之有限元素法研究
(A Study Of Ggravel Drain Column To Aavoid Soil Liquefaction Use Finite Element Method)

相關論文

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摘要(中)

自1964年日本新瀉大地震及美國阿拉斯加大地震相繼發生土壤液化現象以來，經歷數十年研究，土壤液化之成因已漸為人了解，土壤液化之防治工法亦不斷被研究開發，其中礫石樁工法已被證明具有相當不錯之液化防止效益，為海埔新生地地盤改良，防止地震時土壤液化常見的施工方法；關於地震時礫石樁與四周地盤之互制行為與礫石樁之排水效應如何，是設計礫石樁前必須瞭解之基本資料，本研究是利用三維非線性之有限元素分析程式進行地震時地盤之孔隙水壓、有效應力、地盤變位等之研究分析，希望能由分析結果一方面證實程式之實用性，另一方面了解礫石樁之滲透性、樁徑、樁距等參數對土壤液化之影響程度以為礫石樁設計之參考依據。
本研究利用以 Biot 多孔介質變形理論為基礎所發展出來的非線性有效應力之三維有限元素分析程式，進行細粒土壤及地盤受震之反應分析，其中土壤及礫石樁是以8節點塊狀元素模擬並分別給予不同的土壤性質，元素的非線性行為採用帽蓋模式來模擬，孔隙水壓模式則使用Pacheco配合帽蓋模式所提出的孔隙水壓模擬方法進行模擬。
由研究的結果發現，於較大地震作用下，細粒砂質土壤之滲透排水性不佳時極易造成土壤液化，當這類土壤中打設礫石排水樁後確實會降低土壤液化之潛能，當打設之礫石樁愈密、樁俓愈大、礫石之滲透性係數愈大，則土壤受震液化之可能性亦隨之降低。

摘要(英)

From 1964 Japan Niigata earthquake and America Alaska earthquake that badly damaged structures ,Expert and scholar first noticed that the fine sand soil will cause liquefaction under strong earthquake. After about 30 year experience accumulated it had been proved that the gravel drain column is a economic and effective way to prevent fine sand to Liquefaction.
In this paper a nonlinear 3-D effective stress finite element model is developed to analysis the seismic response of gravel drain column .In this model the 8-node brick element are adopt to model the reclaimed land soil and the gravel drain column , but with different material property respectively.
In the analysis, the cap model and it associate pore water pressure model are employed to simulate the nonlinear soil behavior and pore water pressure build up.
From the analysis , it can observed that the gravel drain column is effective for decrease the build up pore water pressure of reclaimed land soil under seismic to prevent soil liquefaction . The diameter of gravel drain column and distance between two gravel drain column influenced the efficiency of decrease build up pore water pressure , If we can get and realize the medium properties of gravel used in the gravel drain column .

關鍵字(中)

★ 非線性有效應力分析
★ 液化
★ 礫石樁

關鍵字(英)

★ Nonlinear effective stress method
★ Liquefaction
★ Gravel drain column

論文目次

第一章緒論 1
1-1 研究動機 1
1-2 研究方法 2
1-3 論文內容 3
第二章文獻回顧 4∼6
第三章理論推導 7
3-1 前言 7
3-2 分析系統之基本控制方程式 7∼12
3-3 分析系統控制方程式之有限元素解析12
3-3-1 有限元素形式 12∼16
3-3-2 運動方程式之時間積分方法 16∼18
3-4 多孔介質之吸能邊界 19∼21
3-5 分析系統之數值模擬21
3-5-1 土壤之非線性模式21∼23
3-5-2 孔隙水壓模式23∼26
3-5-3 地下水位變動之模擬26
第四章程式驗證及案例分析27
4-1 前言27∼28
4-2 一維模式之受震模擬28∼29
4-3 土壤滲透性係數對土壤液化之比較29∼30
4-4 地震時樁滲透性係數對土壤液化程度影響之比較30
4-5 地震時礫時樁樁徑對土壤液化程度影響之比較30∼31
4-6 地震時礫時樁樁距數對土壤液化程度影響之比較31
第五章結論與建議32
5-1 結論32∼33
5-2 建議33
參考文獻 34∼36
附表 37∼42
附圖 43∼85
附表目錄
表4-1 模擬 Zienkiewicz一維模式所採用之材料參數值 37
表4-1 模擬 Zienkiewicz一維模式所採用之材料參數值（續） 38
表4-2 土壤各層採用之材料參數表(一) 38
表4-2 土壤各層採用之材料參數表(一)續 40
表4-3 礫石樁各層採用之材料參數表(二) 41
表4-3 礫石樁各層採用之材料參數表(二)續 42
附圖目錄
圖3-1 帽蓋模式示意圖43
圖3-2 Pacheco 根據帽蓋模式所提出之次降伏面示意圖44
圖3-3 Pacheco 孔隙水壓模式將總應力路徑修正為
有效應力路徑示意圖45
圖3-4 Pacheco 孔隙水壓模式中函數之示意圖46
圖3-5 程式之數值運算流程圖47
圖4-1 程式驗證中 Zienkiewicz 之一維土層模型48
圖4-2 地表水平位移歷時圖49
圖4-3 隨土層深度變化之超額孔隙水壓分佈圖49
圖4-4 三維有限元素分析網格（無礫石樁） 50
圖4-5 三維有限元素分析網格（9支礫石樁）51
圖4-6 三維有限元素分析網格（16支礫石樁）52
圖4-7 三維有限元素分析網格（4支礫石樁）53
圖4-8 人和地震記錄水平向正規化歷時圖PGA=0.15g 54
圖4-9 人和地震記錄垂直水平向正規化歷時圖PGA=0.10g 55
圖4-10 位置A土壤各層高斯積分點處孔隙水壓反應歷時 56
圖4-11 位置A土壤各層高斯積分點處有效應力反應歷時 57
圖4-12 位置A土壤各層高斯積分點處孔隙水壓反應歷時58
圖4-13 位置A土壤各層高斯積分點處有效應力反應歷時 59
圖4-14 位置A土壤各層高斯積分點處孔隙水壓反應歷時60
圖4-15 位置A土壤各層高斯積分點處有效應力反應歷時61
(土壤K值比較─9支樁狀況)
圖4-16 位置A土壤頂層高斯積分點處有效應力反應歷時 62
圖4-17 位置A土壤頂層高斯積分點處孔隙水壓反應歷時62
圖4-18 位置A土壤第二層高斯積分點處有效應力反應歷時63
圖4-19 位置A土壤第二層高斯積分點處孔隙水壓反應歷時63
圖4-20 位置A土壤第三層高斯積分點處有效應力反應歷時 64
圖4-21 位置A土壤第三層高斯積分點處孔隙水壓反應歷時64
圖4-22 位置A土壤第四層高斯積分點處有效應力反應歷時65
圖4-23 位置A土壤第四層高斯積分點處孔隙水壓反應歷時65
圖4-24 位置A土壤第五層高斯積分點處有效應力反應歷時 66
圖4-25 位置A土壤第五層高斯積分點處孔隙水壓反應歷時66
圖4-26 位置A土壤第六層高斯積分點處有效應力反應歷時67
圖4-27 位置A土壤第六層高斯積分點處孔隙水壓反應歷時67
(礫石樁樁徑比較)
圖4-28 位置A土壤頂層高斯積分點處有效應力反應歷時 68
圖4-29 位置A土壤頂層高斯積分點處孔隙水壓反應歷時68
圖4-30 位置A土壤第二層高斯積分點處有效應力反應歷時69
圖4-31 位置A土壤第二層高斯積分點處孔隙水壓反應歷時69
圖4-32 位置A土壤第三層高斯積分點處有效應力反應歷時 70
圖4-33 位置A土壤第三層高斯積分點處孔隙水壓反應歷時70
圖4-34 位置A土壤第四層高斯積分點處有效應力反應歷時71
圖4-35 位置A土壤第四層高斯積分點處孔隙水壓反應歷時71
圖4-36 位置A土壤第五層高斯積分點處有效應力反應歷時 72
圖4-37 位置A土壤第五層高斯積分點處孔隙水壓反應歷時72
圖4-38 位置A土壤第六層高斯積分點處有效應力反應歷時73
圖4-39 位置A土壤第六層高斯積分點處孔隙水壓反應歷時73
(礫石樁樁距比較)
圖4-40 位置A土壤頂層高斯積分點處有效應力反應歷時 74
圖4-41 位置A土壤頂層高斯積分點處孔隙水壓反應歷時74
圖4-42 位置A土壤第二層高斯積分點處有效應力反應歷時75
圖4-43 位置A土壤第二層高斯積分點處孔隙水壓反應歷時75
圖4-44 位置A土壤第三層高斯積分點處有效應力反應歷時 76
圖4-45 位置A土壤第三層高斯積分點處孔隙水壓反應歷時76
圖4-46 位置A土壤第四層高斯積分點處有效應力反應歷時77
圖4-47 位置A土壤第四層高斯積分點處孔隙水壓反應歷時77
圖4-48 位置A土壤第五層高斯積分點處有效應力反應歷時 78
圖4-49 位置A土壤第五層高斯積分點處孔隙水壓反應歷時78
圖4-50 位置A土壤第六層高斯積分點處有效應力反應歷時79
圖4-51 位置A土壤第六層高斯積分點處孔隙水壓反應歷時79
(礫石樁K值比較─16支礫石樁)
圖4-52 位置A土壤頂層高斯積分點處有效應力反應歷時 80
圖4-53 位置A土壤頂層高斯積分點處孔隙水壓反應歷時80
圖4-54 位置A土壤第二層高斯積分點處有效應力反應歷時81
圖4-55 位置A土壤第二層高斯積分點處孔隙水壓反應歷時81
圖4-56 位置A土壤第三層高斯積分點處有效應力反應歷時 82
圖4-57 位置A土壤第三層高斯積分點處孔隙水壓反應歷時 82
圖4-58 位置A土壤第四層高斯積分點處有效應力反應歷時 83
圖4-59 位置A土壤第四層高斯積分點處孔隙水壓反應歷時 83
圖4-60 位置A土壤第五層高斯積分點處有效應力反應歷時 83
圖4-61 位置A土壤第五層高斯積分點處孔隙水壓反應歷時 84
圖4-62 位置A土壤第六層高斯積分點處有效應力反應歷時 85
圖4-63 位置A土壤第六層高斯積分點處孔隙水壓反應歷時 85

參考文獻

1. 蔡錦松，「現有自來水設備耐震及改善之研究-期末報告」，國立成功大學土木工程研究所，民國八十七年一月。
2. 楊騰芳，Hon-Yim Ko：「以礫石樁防治液化之研究」，第七屆大地工程研究討論會，民國八十六年八月 pp334~350。
3. Biot, M. A., "General Theorey of Three Dimensional Consolidation" ，Journal of Applied Physics, Vol.12, pp.155-164 （1941）。
4. Biot, M. A., "Mechanics of Deformation and Acoustic Propagation in Porous Media," Journal of Applied Physics, Vol.33, pp.483-1498 （1962）。
5. Chen, W. F. and Baladi, G. Y., Soil Plasticity, Theory and Implementation Elsevier Science Publishing Company, New York, N.Y.（1985）。
5. Chen, W. F. and Baladi, G. Y., Soil Plasticity, Theory and Implementation Elsevier Science Publishing Company, New York, N.Y.（1985）。
5. Chen, W. F. and Baladi, G. Y., Soil Plasticity, Theory and Implementation Elsevier Science Publishing Company, New York, N.Y.（1985）。
5. Chen, W. F. and Baladi, G. Y., Soil Plasticity, Theory and Implementation Elsevier Science Publishing Company, New York, N.Y.（1985）。
5. Chen, W. F. and Baladi, G. Y., Soil Plasticity, Theory and Implementation Elsevier Science Publishing Company, New York, N.Y.（1985）。
10. 周健捷，「樁基礎橋樑耐震能力評估之研究」，行政院國家科學委員會專題研究報告，中壢，民國八十三年七月。
11. 鍾毓東，葉嘉鎮，吳偉康，余明山，「深層夯實改良應用於新生地之案例」，地工技術，民國八十四年七月。
12. 陳斗生，俞清瀚，葉嘉鎮，「海埔新生地的大地工程問題探討-以六輕基地為例〈上篇〉」，地工技術，民國八十四年七月。
13. 陳斗生，俞清瀚，葉嘉鎮，「海埔新生地的大地工程問題探討-以六輕基地為例〈下篇〉」，地工技術，民國八十四年十月。
14. Oka.F and Yashima A，"Two Dimensional Liquefaction Proram LIQCA"，Department of Civial Engineering，Gifu University ，Japan 1990。
15. Braja M. Das ,"Principals of Soil Dynamics" ,Copyright 1993 by PWS-KENT Publishing Company，USA。
15. Braja M. Das ,"Principals of Soil Dynamics" ,Copyright 1993 by PWS-KENT Publishing Company，USA。
17. Owen, D.R.J. and Hinton E., "Finite Element in Plasticity：Theorey and Pratice", Pineridge Press Limited，Swansea， UK. 。
18. Chen, W. F. and D.J. Han, Plasticity for Structural Engineers, Springer-Verlag, New York ,Inc.
19. 王新榮，陳時錦，劉亞忠，「有限元素法及其應用」，中央圖書出版社，民國八十六年十一月初版。
20. Seed. H. B. ,Martin, P.P.,and Lysmer ,J., "Pore-water changes during soil liquefaction" , Journal of Geotechnical Engineering Division ,ASCE ,Vol.102, No.GT4 ,PP323-346,July,1976。
21. Seed. H. B. & Idriss ,I. M., "Analysis of soil liquefaction : Niigata Earthquake", Journal of Soil Mechanics and Foundations Dvision, ASCE ,Vol.1.93, No.SM3 ,PP88-108,July,1967 。

指導教授

周健捷(Jain-Jay Jou)

審核日期

2000-6-26

推文