博碩士論文 963202022 詳細資訊




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姓名 林則名(Tse-ming Lin)  查詢紙本館藏   畢業系所 土木工程學系
論文名稱 衝擊加速度與砂土力學性質之研究
(Study on relationships between impact acceleration and mechanical properties of sand)
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摘要(中) 為了檢驗現地土壤單位重與相對密度,通常採用砂錐法或橡皮膜法,但仍有諸多不便之處。本研究之目的在於探討衝擊加速度與砂土單位重及相對密度的相關性,以作為求取現地土壤單位重之依據。
本研究以西螺砂為試驗土樣,以霣降方式製作各種相對密度之砂土。於夯錘上裝置加速度計,連接資料擷取系統(TEAM 490),夯擊試體後,可得加速度歷時曲線。此曲線之尖峰值即為衝擊加速度(Retardation或Impact acceleration, )。本研究對各種夯錘質量、落距、砂土試體之相對密度(單位重)以及不同尺寸試體之試驗結果做分析。試驗結果顯示,夯錘質量越大,對於相同緊密程度之試體,其衝擊加速度越小;夯錘落距越大時,所得衝擊加速度會越大;落距相同,貫入量越大者,其衝擊加速度越小;試驗結果受到邊界效應影響,CBR模所製作試體之試驗結果會高於大型土桶之試驗結果,但可藉由結果進行迴歸並加以修正。最後並以中央大學大型力學實驗室之大型土槽,驗證以室內大型土桶進行衝擊試驗已不受邊界效應所影響,並建立一預估公式,能以CBR模試驗預估該相對密度(單位重)之現場衝擊加速度。
摘要(英) In order to measure the unit weight and relative density of soil in field, the sand cone method or the rubber balloon method are used frequently, but it is still not convenient enough. This research used traveling pluviation assembly to prepare the Siluo sand specimens with different relative densities. By setting a accelerometer on the hammer and connected the data logger(TEAM490) system to the personal computer, the variation of acceleration during the impact of hammer can be measured. The peak values of acceleration in the acceleration-time curves are defined as (Impace acceleration or retardation). This research discussed the influences of hammer mass, droping height of hammer, relative density and mold size on the experimental results. From these experimental results, it is understood that a larger hammer mass will cause a smaller acceleration for the specimens with the same density. If the dorping height of hammer was increased, the impact acceleration would be increased also. Under the same condition of droping height of hammer, if the penetration depth is larger, the impact acceleration would become smaller. The boundary condition influences the experimental results obviously. For the same relative density of soil specimens, the values of will be greater than that of . In order to verify the large scale mold has no influence of boundary conditions on the results of experiments, we used the indoor test pit to perform tests and found a formula which can be used to predict the unit weight and relative density of soil in field.
關鍵字(中) ★ 衝擊試驗
★ 相對密度
★ 單位重
★ 衝擊加速度
關鍵字(英) ★ Unit weight
★ impact acceleration
★ impact test
★ relative density
論文目次 中文摘要 --------------------------------------------------------------------------Ⅰ
英文摘要 -------------------------------------------------------------------------- II
誌謝 -------------------------------------------------------------------------------- III
目錄 -------------------------------------------------------------------------------- IV
照片目錄 --------------------------------------------------------------------------VIII
表目錄-------------------------------------------------------------------------------X
圖目錄------------------------------------------------------------------------------ XI
符號說明 -------------------------------------------------------------------------ⅩIV
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 2
1.3 研究方法 2
1.4 論文內容 3
第二章 文獻回顧 4
2.1 夯實原理 4
2.2 夯實成效之檢測方式 4
2.2.1 標準夯實試驗 4
2.2.2 工地密度試驗 5
2.2.3 時域反射 7
2.2.3.1 TDR基本原理 7
2.2.3.2 基本電學性質 8
2.2.3.3 溫度影響 9
2.2.4 核子密度儀 10
2.3 利用波傳理論進行檢測之可行性 10
2.3.1 應力波波速檢測原理 10
2.3.2 波速檢測與夯實土壤相關性之建立 11
2.3.3 波速檢測之成果 11
2.4 以衝擊加速度檢測填土品質 12
2.4.1 施工情況 12
2.4.2 品質管理方法 12
2.4.3 衝擊加速度試驗儀 13
2.5 衝擊荷載下土體中之應力分布 13
2.6振波在土層中之衰減模式 15
2.6.1 影響振幅大小與衰減之因素 16
第三章 試驗設備與方法 29
3.1 試驗土樣 29
3.1.1 西螺砂之物理性質 29
3.1.2 砂土試體之製作 29
3.1.2.1 霣降設備 29
3.1.2.2 霣降機制概述 30
3.1.2.3 漏斗管徑之影響 31
3.1.2.4 相對密度之標定 31
3.2 試驗儀器與設備 32
3.2.1 量測設備與儀器 32
3.2.2 加速度計之方向性 33
3.2.2.1 平行於施力方向之加速度計檢測 34
3.2.2.2 垂直於施力方向之加速度計檢測 34
3.2.3 軟體設備 34
3.2.4 試體模 35
3.3 試驗方法 35
3.3.1 衝擊加速度之量測 35
3.3.2 不同落距之衝擊加速度試驗 36
3.3.3 不同質量之衝擊加速度試驗 37
3.3.4 邊界效應之探索 38
第四章 試驗結果與分析 50
4.1 摩擦力對試驗的影響 50
4.1.1摩擦力訊號之濾除施工機具 51
4.2 落距對加速度的影響 51
4.3 夯錘質量之影響 52
4.4 夯錘落下之加速度 53
4.4.1 夯錘釋放前之靜止狀態 53
4.4.2 夯錘由靜止到釋放瞬間 53
4.4.3 夯錘撞擊試體前之行為 54
4.4.4 夯錘撞擊試體表面後之加速度變化 54
4.5 試體尺寸之影響 55
4.5.1 CBR試驗模 55
4.5.1.1 試驗結果分析 55
4.5.2 大型土桶 56
4.5.3 大型土槽試驗 56
4.5.4 大型土桶與CBR模之比較 57
4.5.5 利用CBR模試驗結果推估大型土桶之衝擊加速度 57
4.5.6 以現地試驗預估相對密度 58
4.5.7 預估模式驗證 59
第五章 結論與建議 79
5.1 結論 79
5.2 建議 80
參考文獻 81
照 片 目 錄
照片編號 說 明 頁次
照片3.1 霣降設備 39
照片3.2 標定霣降相對密度之木製容器 39
照片3.3 加速度計(WILCOXON RESEARCH, 724T) 40
照片3.4 各種不同重量之夯錘 40
照片3.5 衝擊加速度試驗儀 41
照片3.6 電源供應器 41
照片3.7 動態瞬間資料擷取器 42
照片3.8 量測系統之連結 42
照片3.9 CBR試驗模 43
照片3.10 大型土桶 43
照片3.11 裝設於夯錘上之加速度計 44
照片3.12 大型力學實驗館之大型土槽 44
照片4.1 以切放方式釋放之落錘裝置 60
照片4.2 以CBR試驗模試體之試驗裝置情形 60
照片4.3 夯錘貫入後之隆起狀況(CBR模) 61
照片4.4 以大型土桶進行試驗時相關設備架設情形 61
照片編號 說 明 頁次
照片4.5 夯錘貫入後試體表面之凹陷情形(大型土桶) 62
照片4.6 大型力學實驗館之大型土槽 62
表 目 錄
表編號 說 明 頁次
表2.1 同軸式傳輸端頭與平行式傳輸端頭之比較 19
表2.2 煤灰與填土材料之基本性質 20
表2.3 材料阻尼係數 21
表2.4 幾何阻尼係數 22
表3.1 西螺砂之基本物理性質 45
表4.1 以落距為變數之衝擊加速度試驗結果 63
表4.2 以質量為變數之衝擊加速度試驗結果 63
表4.3 以相對密度為變數之衝擊加速度試驗結果(CBR mold) 64
表4.4 以相對密度為變數之衝擊加速度試驗結果(Large scale mold) 64
圖 目 錄
圖編號 說 明 頁次
圖2.1 TDR原理示意圖 23
圖2.2 TDR設備配置圖 23
圖2.3 同軸式端頭與平行式端頭 24
圖2.4 多根金屬棒端頭配置圖(a)兩根金屬棒(b)三根金屬棒(c)四根金 屬棒 24
圖2.5 水之介電常數與溫度變化關係圖 25
圖2.6 應力波波速檢測設備配置示意圖 25
圖2.7 以水泥作為改良材料的衝擊加速度與不同養治天數之無圍壓縮強度迴歸曲線 26
圖2.8 以煤灰作為改良材料之衝擊加速度與不同養治天數之無圍壓縮強度迴歸曲線 26
圖2.9 衝擊加速度試驗儀 27
圖2.10 動靜荷載作用下土層中之等變形線比較 27
圖2.11 短時間脈動對地表上一點之垂直振動 28
圖2.12 動力夯實工法能量波之傳遞 28
圖3.1 西螺砂之粒徑分佈曲線圖 46
圖3.2 漏斗管徑1.0 之相對密度與霣降高度關係圖
46
圖3.3 (a)不同質量之夯錘與軸桿之組合(4.5 、3.5 、2.5 )(b)衝擊加速度試驗儀
47
圖編號 說 明 頁次
圖3.4 (a)瞬間提升之加速度歷時曲(b)瞬間下降之加速度歷時曲 47
圖3.5 垂直於加速度計長軸向的力無法量測運動方向之加速度 48
圖3.6 量測系統連結示意圖 48
圖3.7 大型土桶示意圖 49
圖4.1 夯錘落下時因軸桿摩擦及其他因素所形成的加速度歷曲線 65
圖4.2 以FFT將圖4.1之摩擦力訊號濾除後所得較清晰的加速度歷時曲線 65
圖4.3 隨落距變化之加速度歷時曲線 66
圖4.4 不同落距夯擊試驗之加速度與歷時關係 67
圖4.5 夯錘質量與衝擊加速度之關係 67
圖4.6 隨夯錘質量而變化之加速度歷時曲線 68
圖4.7 夯錘質量與貫入量之關係 69
圖4.8 衝擊加速度試驗之典型加速度歷時曲線 69
圖4.9 以切放方式釋放落錘之結果 70
圖4.10 將圖4.9之橫軸放大圖(重力加速度加速期縮短為0.01秒) 70
圖4.11 改變砂土相對密度後之加速度歷時曲線(CBR模) 71
圖4.12 砂土相對密度與衝擊加速度之關係(CBR模) 72
圖4.13 砂土相對密度與衝擊加速度之關係(大型土桶) 73
圖編號 說 明 頁次
圖4.14 不同相對密度砂土之衝擊加速度試驗(大型土桶) 74
圖4.15 大型土槽內之試驗位置圖 75
圖4.16 大型土槽之試驗結果 75
圖4.17 大型土槽與大型土桶之相對密度與衝擊加速度關係圖 76
圖4.18 不同邊界條件下之衝擊加速度與相對密度關係圖 76
圖4.19 大型土桶與CBR模衝擊加速度之對應關係 77
圖4.20 以CBR模試驗模擬大型土桶衝擊加速度之結果 77
圖4.21 將實驗值與預估模式作驗證之結果 78
圖4.22 大型土槽試驗結果與預估值關係圖 78
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指導教授 張惠文(Huei-wen Chang) 審核日期 2009-7-28
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