邊坡上基礎承載力之數值分析

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姓名

郭明瑋(Ming-Wei Kuo) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

邊坡上基礎承載力之數值分析
(Numerical Analysis on Bearing Capacity of Foundation over Slope)

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摘要(中)

本研究利用FLAC程式，對水平地表與斜坡上之基礎承載行為進行數值模擬。主要目的在於探討坡角10°、20°與30°下，斜坡折減效應對承載力之影響，並提出斜坡承載因子與折減因子之設計圖表以供參考使用。斜坡折減因子之觀念是以水平地表承載力作為基準值，對斜坡承載力進行正規化而獲得。
數值分析之主要參數為：斜坡方面包含斜坡高度與坡角；基礎配置方面包含基礎位置與埋置深度；土壤材料參數方面包含摩擦角、剪脹角與凝聚力。在不同坡角下搭配各參數作一系列探討，以了解各參數對斜坡折減效應之影響。
當基礎置於坡頂處，承載力隨著斜坡高度增大而遞減。高度大於臨界斜坡高度Hcr時，折減效應完全發揮，承載力減至最小且維持定值。基礎位置方面，折減因子隨著基礎距斜坡愈遠而遞增。而隨著坡角與摩擦角增大，基礎與坡頂之臨界距離De(cr)遞增。以上之趨勢主要受到坡角與摩擦角影響，而剪脹角之影響較不顯著。

摘要(英)

In this study, FLAC is applied to numerically simulate the behavior of foundation bearing mechanism over horizontal ground and slope. The effect of reduced bearing capacity due to slope is analyzed with slope angles of 10°, 20°, and 30°. Design chart with bearing capacity factors and reducing factor for slope is introduced for applications. The concept of reducing factor is to normalize the bearing capacity factors for horizontal ground with those for slope.
The parameters for numerical analysis are: height and slope angle for slopes; position and embedded depth for foundations; friction angle, dilation angle and cohesion for soil material properties. Combinations of parameters under different slope angles are studied to evaluate the effect of reducing factor.
When a foundation is placed on the edge of a slope, bearing capacity decreases with slope height increases till critical height (Hcr) is reached. Under this circumstance, the effect of reduced bearing capacity due to slope is maximized and the bearing capacity retains a constant no matter how the height of slope increases beyond Hcr . For the effect of foundation relative position, the reducing factors, αγs, αcs and αqs increase with the increasing of distance between edge of a slope and foundation . The critical distance, beyond which the slope effect no longer exists, increases with the increasing of friction angle and slope angle. Above relationships are mainly affected by slope angle and friction angle, but not obvious by dilation angle.

關鍵字(中)

★ 斜坡
★ 承載因子
★ 折減因子
★ 基礎位置
★ 坡角
★ 斜坡高度
★ FLAC

關鍵字(英)

★ reducing factor
★ bearing capacity factor
★ slope
★ foundation position

論文目次

中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
目錄 Ⅲ
圖目錄 Ⅵ
表目錄 ⅩⅡ
符號說明 ⅩⅤ
第一章緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究架構 2
1.3 本文內容 3
第二章文獻回顧 5
2.1 土壤承載理論 5
2.1.1 淺基礎破壞型態 6
2.1.2 Prandtl(1921)與Reissner(1924)承載理論 7
2.1.3 Terzaghi(1943)承載理論 8
2.1.2 Meyerhof (1951)承載理論 10
2.1.3 Hansen(1952)承載理論 11
2.2 斜坡上承載理論 13
2.2.1 Meyerhof (1957)斜坡承載理論 13
2.2.1.1 基礎位於斜坡坡面 14
2.2.1.1 基礎位於斜坡坡頂 15
2.2.2 Graham et al.(1988)斜坡承載理論 18
2.2.3 Gemperline(1988)斜坡承載經驗式 20
2.2.4 Saran et al.(1989)斜坡承載理論 24
2.3 FLAC程式之簡介與應用 30
2.3.1 FLAC程式之理論架構 30
2.3.2 FLAC程式之運算與分析流程 32
2.3.3 文獻上基礎承載之數值研究 33
第三章數值分析之前置作業與方法 37
3.1 輸入檔之編寫 37
3.1.1 輸入檔內容說明 38
3.2 材料參數之研究 43
3.2.1 楊氏模數 44
3.2.2 波松比 47
3.2.2 張力強度 48
3.2.3 密度 50
3.2.4 純黏土之凝聚力 52
3.2.4 剪脹角 53
3.3 基礎底面網格數與網格大小之研究 57
3.4 分析域邊界效應之研究 64
3.5 基礎寬度尺寸效應之研究 69
第四章斜坡上基礎承載力之數值分析 75
4.1 水平地表之基礎承載力 75
4.1.3 水平地表承載力之數值分析結果 81
4.1.3.1 水平地表承載因子Nr 82
4.1.3.2 承載因子Nc 85
4.1.3.3 承載因子Nq 87
4.2 斜坡上基礎承載之研究規劃 89
4.2.1 斜坡上基礎承載之參數研究 90
4.2.2 輸入檔內容說明 91
4.2.3 斜坡上基礎承載之數值分析流程 93
4.3 斜坡上基礎承載之分析結果與討論 96
4.3.1 斜坡高度之探討 96
4.3.2 基礎位置之探討 105
4.3.3 斜坡承載因子Nrs之探討 114
4.3.4 斜坡承載因子Ncs之探討 117
4.3.4.1 基礎於坡頂處之Ncs 117
4.3.4.2 不同基礎位置之 120
4.3.5 斜坡承載因子Nqs之探討 123
4.3.5.1 基礎於坡頂處之Nqs 125
4.3.5.2 不同基礎位置之 127
4.3.6 斜坡承載因子與折減因子之應用 129
第五章結論與建議 137
5.1 結論 137
5.2 建議 139
參考文獻 141

參考文獻

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指導教授

田永銘(Yong-Ming Tien)

審核日期

2003-12-30

推文