懸臂式擋土壁開挖之離心模型試驗

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陳志豪(Chen-Hao Chen) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

懸臂式擋土壁開挖之離心模型試驗
(The excavation of the cantileverretaining wall in centrifuge tesys)

相關論文

★ 砂土層中隧道開挖引致之地盤沉陷與破壞機制及對既存基樁之影響	★ 以離心模型試驗探討逆斷層作用下單樁與土壤互制反應
★ 攝影測量在離心模擬試驗之應用-以離心隧道模型之地表沉陷量量測為例	★ 沉箱式碼頭受震反應的數值分析
★ 軟土隧道襯砌應力與地盤變位之數值分析	★ 沉箱碼頭受震反應及側向位移分析
★ 潛盾隧道開挖面穩定與周圍土壓力之離心模擬	★ 地理資訊系統應用於員林地區液化災損及復舊調查之研究
★ 黏性土層中隧道開挖引致之地盤沉陷及破壞機制	★ 砂土層中通隧引致之地盤變位及其對既存基樁的影響
★ 既存隧道周圍土壓力受鄰近新挖隧道的影響	★ 以攝影測量觀察離心土壩模型受滲流力作用之變位
★ 通隧引致鄰近基樁之荷重傳遞行為	★ 潛盾施工引致之地盤沉陷案例分析
★ 以離心模型試驗探討高含水量黏性背填土加勁擋土牆之穩定性	★ 既存隧道襯砌彎矩受鄰近水平新挖隧道的影響

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摘要(中)

國內外軟弱地盤之深開挖，大都採用擋土壁作為擋土結構，但是周圍地盤會因開挖作業的進行而產生沉陷或側向變形，造成鄰近建物傾斜及管線損壞。
本研究首先進行試體準備工作，為了模擬現地土壤性質，使用水力坡降壓密的方法製作沿深度增加，其強度隨之增加的紅土試體。然後利用縮尺之模型擋土壁進行離心模型試驗，來模擬現地擋土壁的尺寸，探討懸臂式擋土壁開挖過程時壁體彎矩分佈，地表沉陷，壁體變位等行為。
試驗結果顯示，土壤強度與壁體傾斜量有著的關係，擋土系統破壞時壁體之彎矩及壁後地表沉陷快速變化與增加，且地表最大沉陷量與壁體前傾量亦有著的關係。

摘要(英)

In this study, the clay bed with the shear strength increasing with depth was first prepared by the hydraulic gradient consolidation technique. A series of model tests was then conducted in the centrifuge to simulate the excavation of a cantilever retaining wall in soft clay. The bending moment on the wall and lateral displacement of the wall, the surface settlement, and the heaving deformation induced by excavation were measured continuously.
From test results, the soil stability number(m) and the lateral displacement (δc) of the wall is related as . The bending moment on
the wall and the surface settlement increase dramatically when the retaining wall collapsed. The relationship of the maximum lateral displacement of the wall and the maximum surface settlement is proposed as .

關鍵字(中)

★ 深開挖
★ 沉陷槽
★ 懸臂式擋土壁

關鍵字(英)

★ Cantilever retaining wall
★ Settlement trough
★ Excavation

論文目次

目錄
中文摘要………………………………….…………Ⅰ
英文摘要………………………………….…………Ⅱ
目錄.……………………………………...…………….Ⅲ
表目錄.………………………………………………..Ⅴ
圖目錄.………………………………………………..Ⅵ
照片目錄.…………………………………………....Ⅸ
第一章緒論 1
1-1 緣起 1
1-2 研究動機 3
1-3 研究架構 5
1-4 論文內容 6
第二章文獻回顧 7
2-1 開挖引致之地表沉陷 7
2-1-1開挖引致之地表沉陷特性 7
2-2物理模型試驗及數值分析方法 15
2-2-1 數值分析方法 16
2-2-2 1g下之物理模型試驗 17
2-2-3 離心模型試驗 19
2-3水力坡降壓密法 24
2-4 離心模型基本原理 28
2-4-1離心模型之基本相似律 28
2-4-2離心模型試驗之模型模擬 32
第三章試驗儀器設備及試驗方法 50
3-1 試驗土樣 50
3-2 儀器設備及相關設備 50
3-2-1 地工離心機 51
3-2-2 試體壓密儀 52
3-2-3 模型試驗箱 53
3-2-4 相關量測儀器 54
3-2-5 量測儀器裝置 55
3-3 試驗方法 56
3-3-1 模型連續壁之製作及彎矩校正 56
3-3-2 水力坡降壓密 57
3-4 試驗方法 60
3-5 試驗配置 61
3-6 無圍壓縮試驗及含水量量測 62
第四章試驗結果與分析 76
4-1 試驗種類及試驗試體描述 76
4-2 試驗土壤之臨界狀態參數 77
4-2-1中大紅土臨界狀態參數 78
4-3 水力坡降壓密試驗 80
4-3-1十字片扭剪計(Torvane) 82
4-3-2無圍壓縮試驗結果 83
4-3-3含水量試驗結果 83
4-3-4土壤不排水剪力強度與有效覆土應力的關係 85
4-3-5以Cam-clay模式預測土層不排水剪力強度剖面 85
4-4 各種不排水剪力強度剖面結果之比較 88
4-5 土壤穩定係數（M） 90
4-6 壁體之側向位移 92
4-7 張力裂縫 94
4-8 地表沉陷槽 96
4-8-1地表沉陷槽分布範圍 98
4-8-2地表沉陷與地底沉陷的關係 100
4-9 壁體彎矩分布 101
第五章結論與建議 146
5-1 結論 146
5-2 建議 147
參考文獻 149
表目錄
表2-1 SHANGHAI地層剖面J.LIU(2002) 34
表2-2 試驗土樣之基本性質J.LIU(2002) 34
表2-3 試驗中彎矩增加情形J.LIU(2002) 34
表2-4 試驗中土壓力增加情形 35
表2-5 原型與離心模型其主要物理量與相似性比較(李崇正，1994 )…………36
表3-1 試驗土樣基本物理性質 63
表3-2 中央大學地工離心機基本規格 (ACUTRONIC，1995) 64
表4-1 試驗種類及試驗床基本數據值 105
表4-2 中大紅土之三軸排水試驗結果(林俊雄，1995) 105
表4-3 中大紅土之三軸不排水試驗結果(林俊雄，1995) 106
表4-4 中大紅土之三軸壓密試驗結果(林俊雄，1995) 106
圖目錄
圖2-1 PECK法估計地表沉陷 37
圖2-2 BOWLES法估計地表沉陷 37
圖2-3 CLOUGH AND O’ROURKE法估計地表沉陷 38
圖2-4 OU AND HSIEH法估計地表沉陷（三角槽） 39
圖2-5 OU AND HSIEH法估計地表沉陷（凹槽） 39
圖2-6 擋土壁最大變形量與支撐系統勁度及抗底面隆起安全係數之關係 40
圖2-7 深開挖問題的簡化模式 40
圖2-8 WINKER粱模式 41
圖2-9 連續體模式 41
圖2-10 試驗配置(GEORGIADIS & ANAGNOSTOPOULOS ,1999) 42
圖2-11 土釘式開挖試驗配置圖(FRYDMAN & BAKER,1994） 42
圖2-12 未支撐開挖試驗配置圖(KIMURA ET AL,1993) 43
圖2-13 氯化鋅模擬土壤重量試驗配置圖（BOLTON ＆ POWRIE ,1987） 43
圖2-14 機器手臂開挖試驗配置圖(KIMURA ET AT. 1994) 44
圖2-15 破壞機制 44
圖2-16 MODEL 1 J.LIU(2002) 45
圖2-17 MODEL 2 45
圖2-18 MODEL 3 46
圖2-19 MODEL 4 46
圖2-20 水力坡降壓密法(TANI 1990) 47
圖2-21 隧道原型與1/N縮尺之離心模型分別在1G及NG離心力場及有效覆土應力之示意圖 47
圖2-22 1/N縮尺之離心模型座標系統 48
圖2-23 A’元素在局部座標之加速度分量示意圖 48
圖2-24 模型模擬之觀念 49
圖3-1 試驗土樣粒徑分佈圖 65
圖3-2 中央大學地工離心機側視圖 (ACUTRONIC，1995) 66
圖3-3 中央大學地工離心機上視圖 (ACUTRONIC，1995) 67
圖3-4 中央大學地工離心機控制與資料擷取系統示意圖 68
圖3-5 試體壓密箱(林俊雄，1995) 69
圖3-6 模型試驗箱立體分解圖 (陳思宏，1996) 70
圖3-7 迷你孔隙水壓計之包覆層 71
圖3-8 連續壁應變計配置圖 71
圖3-9 模型版樁以簡支樑校正示意圖 72
圖3-10 重模土樣與排水砂層放置示意圖 72
圖3-11 水力坡降壓密箱示意圖 73
圖3-12 試驗配置圖 74
圖4-1 中大紅土之三軸試驗結果(林俊雄，1995) 107
圖4-2 中大紅土之三軸不排水試驗結果(林俊雄，1995) 108
圖4-3 中大紅土三軸等向壓密試驗體積應變與對數時間(林俊雄，1995) 109
圖4-4 中大紅土之三軸等向壓密試驗結果(林俊雄，1995) 110
圖4-5 中大紅土之三軸等向壓密、排水與不排水壓密試驗(林俊雄，1995) 111
圖4-6 試驗床壓密時累積沉陷量 112
圖4-7 試體床壓密時累積出水量 112
圖4-8 十字片剪試驗結果（EXCA1） 113
圖4-9 十字片剪試驗結果（EXCA3） 113
圖4-10 無圍壓縮試驗軸向應力與軸向應變關係 114
圖4-11 由EXCA1無圍壓縮試驗得到之不排水剪力強度分布 115
圖4-12 由EXCA3無圍壓縮試驗得到之不排水剪力強度分布 115
圖4-13 EXCA1土壤含水量與模型土層深度之關係 116
圖4-14 EXCA3、EXCA4含水量之比較 116
圖4-15 不排水剪力強度與有效覆土應力關係圖 117
圖4-16 由EXCA3含水量估算不排水剪力強度 117
圖4-17 由EXCA3 估算不排水剪力強度 118
圖4-18 EXCA1土壤不排水剪力強度與深度的關係 118
圖4-19 EXCA3土壤不排水剪力強度與深度的關係 119
圖4-20 試驗過程中FST的變化 119
圖4-21 壁體側向位移/開挖深度與土壤穩定係數關係圖（EXCA1） 120
圖4-22 壁體側向位移/開挖深度與土壤穩定係數關係圖（EXCA2） 120
圖4-23 壁體側向位移/開挖深度與土壤穩定係數關係圖（EXCA3） 121
圖4-24 壁體側向位移/開挖深度與土壤穩定係數關係圖（EXCA4） 121
圖4-25 壁體側向位移/開挖深度與土壤穩定係數關係圖（EXCA5） 122
圖4-26 壁體側向位移/開挖深度與土壤穩定係數關係圖（EXCA6） 122
圖4-27 各組試驗側向位移正規化與土壤穩定係數關係圖 123
圖4-28 各組試驗破壞點統計圖 123
圖4-29 張力裂縫發生位置與土壤強度關係 124
圖4-30 EXCA1地表沉陷變化與土壤穩定係數關係圖 124
圖4-31 EXCA2地表沉陷變化與土壤穩定係數關係圖 125
圖4-32 EXCA3地表沉陷變化與土壤穩定係數關係圖 125
圖4-33 EXCA4地表沉陷變化與土壤穩定係數關係圖 126
圖4-34 EXCA5地表沉陷變化與土壤穩定係數關係圖 126
圖4-35 EXCA6地表沉陷變化與土壤穩定係數關係圖 127
圖4-36 最大沉陷量與壁體側向位移關係圖 127
圖4-37 最大沉陷量與壁體側向位移關係與現地量測比較圖 128
圖4-38 EXCA1地表沉陷槽分布圖 128
圖4-39 EXCA2地表沉陷槽分布圖 129
圖4-40 EXCA3地表沉陷槽分布圖 129
圖4-41 EXCA4地表沉陷槽分布圖 130
圖4-42 EXCA5地表沉陷槽分布圖 130
圖4-43 EXCA6地表沉陷槽分布圖 131
圖4-44 土壤強度不同之地表沉陷槽(H/D=0.625) 131
圖4-45 土壤強度不同之地表沉陷槽(H/D=1.6) 132
圖4-46 開挖貫入比不同之地表沉陷槽關係圖(SU=52~70KPA) 132
圖4-47 開挖貫入比不同之地表沉陷槽關係圖(SU=31~40KPA) 133
圖4-48 開挖貫入比不同之地表沉陷槽關係圖(SU=22~36KPA) 133
圖4-49 EXCA5滑動面向量圖 134
圖4-50 EXCA1彎矩變化與土壤穩定係數關係圖 134
圖4-51 EXCA2彎矩變化與土壤穩定係數關係圖 135
圖4-52 EXCA3彎矩變化與土壤穩定係數關係圖 135
圖4-53 EXCA4彎矩變化與土壤穩定係數關係圖 136
圖4-54 EXCA5彎矩變化與土壤穩定係數關係圖 136
圖4-55 EXCA6彎矩變化與土壤穩定係數關係圖 137
圖4-56 EXCA1彎矩沿樁身變化關係圖 137
圖4-57 EXCA2彎矩沿樁身變化關係圖 138
圖4-58 EXCA3彎矩沿樁身變化關係圖 138
圖4-59 EXCA4彎矩沿樁身變化關係圖 139
圖4-60 EXCA5彎矩沿樁身變化關係圖 139
圖4-61 EXCA6彎矩沿樁身變化關係圖 140
圖4-62 EXCA5量測彎矩分布圖與設計結果比較 140
圖4-63 EXCA6量測彎矩分布圖與設計結果比較 141
照片目錄
照片3-1 LVDT和孔隙水壓計及其鑽挖工作 75
照片3-2十字片扭剪計試驗 75
照片4-1十字片扭剪計 142
照片4-2 EXCA1張力裂縫位置圖 142
照片4-3 EXCA2張力裂縫位置圖 143
照片4-4 EXCA3張力裂縫位置圖 143
照片4-5 EXCA4張力裂縫位置圖 144
照片4-6 EXCA5張力裂縫位置及滑動面圖 144
照片4-7 EXCA6張力裂縫位置及滑動面圖 145

參考文獻

參考文獻
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[25] 歐章煜，深開挖工程分析設計與實務，成陽出版社，台北（2002）。

指導教授

李崇正(Chung-Jung Lee)

審核日期

2003-10-23

推文