博碩士論文 963202021 詳細資訊


姓名 鄺柏軒(Pao-Shuan Kwan)  查詢紙本館藏   畢業系所 土木工程學系
論文名稱 利用動態離心模型試驗模擬砂土層之剪應力與剪應變關係
(Shear stress-strain relationship of sandy soil deposit using dynamic centrifuge modeling test)
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摘要(中) 土壤液化所引致的土壤剪力強度損失,為地震災害中眾多大地結構物損壞的主因之一。本研究以中大地工離心機振動台,搭配積層式剪力試驗箱進行一維自由場土壤之離心振動台模型試驗,將30cm高的均質砂土模型試體置於80g重力場情況下,模擬24m厚之乾燥或飽和砂土層的受振反應。於試體基盤處輸入不同振幅大小之1Hz正弦波其延時為16秒,模擬乾燥砂土層受振以及飽和砂土層受振且淺層土壤發生液化的現象,同時利用加速度計陣列與孔隙水壓計陣列,量測不同位置深度的受振反應。
利用加速度計歷時以及孔隙水壓計歷時資料,可計算得到不同深度土層的剪應變、剪應力並進而求得剪力模數。研究中發現,在乾砂試體內有明顯剪力波向上傳遞的現象,並有地盤放大效應的產生。於飽和砂試體內,藉由所量測到的感測計歷時資料變化趨勢可以發現土壤膨脹以及突波情況的發生。
摘要(英) The relationship of shear stress and shear strain of sandy soil is an important parameter and need to determination when soil stiffness and strength degraded as a result of sand liquefaction. Centrifuge modeling tests can provide an alternative source of information and reliable test results for assessing soil mechanism under shaking situation. The centrifuge model was conducted to simulate the seismic response for a 24m thick sandy soil deposit under an artificial gravity field of 80g. The testing models are subjected to different magnitude base-input acceleration of 1Hz and 16 seconds duration. A series of accelerometer and pore water pressure transducer arrays were installed to record the soil seismic response.
Utilizing the acceleration history and the pore pressure history, the shear stress and shear strain at different depths can be obtained. And then the shear modulus can be acquired through calculation. From this research, the phenomenon of shear wave propagating upward is obviously being seen in dry sand, so is the site effect. The soil dilatation and surge can be found in saturated sand.
關鍵字(中) ★ 剪力模數
★ 土壤液化
★ 振動台
★ 離心模型試驗
關鍵字(英) ★ Shear modulus
★ Liquefaction
★ Centrifuge Modeling Test
★ Shaking Table
論文目次 目錄
摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 V
表目錄 X
圖目錄 XII
符號說明 XVIII
第一章 導論 1
1-1 研究動機及目的 1
1-2 研究架構 2
1-3 論文內容 2
第二章 文獻回顧 4
2-1 土壤的動態特性 4
2-2 土壤剪力模數的影響因素 5
2-3 小剪應變的剪力模數 7
2-3-1 圍壓對剪力模數的影響 7
2-3-2 孔隙比對剪力模數的影響 8
2-3-3 剪應變振幅對動態性質的影響 8
2-4 利用感測器陣列分析受振行為 10
2-5 振動台試驗箱分類 13
2-5-1 固壁式試驗箱(rigid box) 13
2-5-2 等效剪力樑試驗箱(equivalent shear- beam container) 13
2-5-3 積層式剪力試驗箱(laminar box) 14
2-6 離心模型基本原理 14
2-6-1 離心模型試驗的尺度效應 15
2-6-2 離心模型的基本相似律 16
2-6-3 離心模型試驗之模型模擬 20
2-7 地盤放大效應 22
第三章 試驗土樣、試驗設備及試驗方法 33
3-1 試驗規劃 33
3-2 試驗土樣與其基本性質 33
3-3 試驗儀器及相關設備 34
3-3-1 地工離心機 34
3-3-2 單軸向振動台 35
3-3-3 資料擷取系統 36
3-3-4 積層式剪力試驗箱(laminar box)及橡皮袋。 36
3-3-5 大型移動式霣降設備 37
3-3-6 其他量測工具 38
3-4 模型製作及試體準備 39
3-4-1 試驗箱之組立 39
3-4-2 試體製作 39
3-5 試驗方法與步驟 41
3-6 資料處理 42
第四章 試驗結果與分析 61
4.1 試驗之重複性 62
4.1.1 試驗重複性差異參數 62
4.1.2 振動台輸入振動的穩定性 63
4.1.3 試體製作的重複性 64
4.2 乾砂的受振反應 66
4.2.1 D2-R40-E1的受振反應 66
4.2.2 D2-R40-E2的受振反應 68
4.2.3 D3-R50-E1的受振反應 69
4.2.4 D3-R60-E2 的受振反應 70
4.2.5 相對密度對於乾砂試體的影響 71
4.2.6 基盤加速度對於試體的影響 72
4.3 飽和砂土的受振反應 73
4.3.1 W1-R40-E1的受振反應 73
4.3.2 W1-R70-E2的受振反應 76
4.3.3 W2-R50-E1的受振反應 77
4.3.4 W2-R60-E2的受振反應 78
4.3.5 液化後再受振 79
4.3.6 受振未液化之再受振試驗 80
4.4 最大剪力模數、剪力模數比與剪應變曲線 81
4.4.1 最大剪力模數的評估方法 81
4.4.2 乾砂的剪應變與剪力模數關係 82
4.5 乾砂受振時影響剪力模數的因素 83
4.5.1 乾砂試體的剪應變以及剪力模數比的關係 84
4.5.2 乾砂試體的剪力模數比與週期數的關係 84
4.6 飽和試體的受振行為分析 85
4.6.1 飽和試體的剪力模數比與剪應變關係 85
4.6.2 剪力模數與超額孔隙水壓比的關係 86
4.6.3 剪力模數與有效圍壓的關係 87
第五章 結論與建議 172
5.1 結論 172
5.2 建議 173
參考文獻 參考文獻
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指導教授 李崇正(Chung-Jung Lee) 審核日期 2010-8-27
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