博碩士論文 111322036 詳細資訊




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姓名 林鼎曜(Ding-Yao Lin)  查詢紙本館藏   畢業系所 土木工程學系
論文名稱 地中壁圍束直接基礎橋墩之抗液化受震行為:離心模型試驗
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摘要(中) 台灣位屬於地震頻繁的歐亞板塊交界處,土壤液化現象常會伴隨著大地震發生,使橋樑基礎產生嚴重沉陷與傾斜的損壞,導致橋梁喪失交通功能甚至倒塌。這種類型的液化損害以座落在有液化潛能基礎土壤,且採用直接基礎支橋墩最可能發生。台灣過去許多橋墩採用直接基礎,且座落在有液化潛能基礎土壤,但設計時並未考慮土壤液化的影響,現因規範設計地震力大幅提升,須重新檢討其耐震能力時,發現土壤液化的影響無法忽略,因此顧問公司為提升此類橋墩基礎的抗液化耐震能力,有採用於直接基礎周邊設置地中壁圍束基礎土壤,避免土壤流失的抗液化對策。此類抗液化對策是否有效,目前尚有許多爭議,且相關模型試驗之研究成果並不多見。為此,本研究規劃一系列的離心模型試驗,驗證地中壁圍束直接基礎橋墩之抗液化受震行為,以沒有設置地中壁之直接基礎橋墩液化試驗為標準參考組,以地中壁長度與地中壁是否與基礎版結合為變因,分析地中壁之改良成效。
試驗結果顯示地中壁可以有效抑制土壤液化時之橋墩基礎的損害的沉陷與傾斜,並影響超額孔隙水壓的激發與消散過程,改善了橋墩基礎的穩定性。其中地中壁的貫入長度越深,與基礎版的剛性結合對液化基礎的穩定性有更明顯的改善。
摘要(英) Taiwan is located at the earthquake-prone boundary of the Eurasian Plate, where soil liquefaction commonly occurs during large earthquakes. This phenomenon can cause severe
settlement and tilting damage to bridge foundations, compromising bridge functionality or even leading to collapse. Such liquefaction-induced damage is most likely to occur in bridge piers with shallow foundations seated on liquefaction-prone soils. In Taiwan, many bridge piers were
constructed with shallow foundations on liquefiable soils without considering the effects of liquefaction during design. As seismic design codes have significantly increased the required design forces, reassessment of these structures′ seismic resilience has revealed that the impact
of soil liquefaction cannot be overlooked. Consequently, consulting firms have implemented an anti-liquefaction measure to enhance the seismic performance of these bridge foundations by installing diaphragm walls around shallow foundations to prevent soil loss. However, the effectiveness of this anti-liquefaction strategy remains debated, and few experimental studies have addressed this issue.
To this end, this study plans a series of centrifuge model tests to verify the anti-liquefaction seismic behavior of bridge piers with shallow foundations surrounded by diaphragm walls. A bridge pier with a shallow foundation without diaphragm walls will be used as a standard
reference. The study will assess the effectiveness of the underground wall by varying the wall’s penetration depth and examining whether it is rigidly connected to the foundation slab.
The test results indicate that diaphragm walls can effectively mitigate settlement and tilting damage to bridge foundations during soil liquefaction. Additionally, the walls influence the generation and dissipation of excess pore water pressure, thereby enhancing the stability of
bridge foundations. Greater improvement in stability is observed with deeper wall penetration and rigid connection to the foundation slab.
關鍵字(中) ★ 土壤液化
★ 橋墩基礎
★ 直接基礎
★ 地中壁
★ 圍束
★ 沉陷
★ 傾斜
關鍵字(英)
論文目次 摘要 i
Abstract ii
致謝 iv
目錄 v
表目錄 ix
圖目錄 xii
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究方法與目的 2
1.3 論文架構 3
第二章 文獻回顧 4
2.1 土壤液化 4
2.1.1 土壤液化起源 4
2.1.2 土壤液化定義及破壞種類 4
2.1.3 土壤液化發生之機制及破壞種類 6
2.2 離心模型原理 8
2.2.1 離心模型之基本相似律 9
2.2.2 動態離心模型之基本相似律 10
2.2.3 模型模擬 13
2.3 黏滯液體 14
2.4 基礎於液化地盤受震相關研究 16
2.4.1 土壤相對密度與滲透性對可液化地盤之影響 16
2.4.2 循環加載和震動台試驗 17
2.5 利用地中壁圍束土壤之相關研究 21
2.5.1 地中壁之相關研究 21
2.6 地中壁之實際案例探討 27
第三章 試驗方法與研究設備 29
3.1 試驗方法 29
3.2 試驗材料與基本性質 29
3.3 試驗儀器與相關設備 32
3.3.1 地工離心機 32
3.3.2 中央大學離心振動台與資料擷取系統 34
3.3.3 積層板試驗箱與橡皮膜 39
3.3.4 各式感測器 41
3.3.5 移動式霣降儀 46
3.4 試驗儀器校正 48
3.4.1 孔隙水壓計(PPT)校正 48
3.4.2 微型土壓力計(EPT)校正 50
3.4.3 雷射位移計 (LDT)校正 51
3.4.4 線性可變差動變壓器(LVDT)校正 53
3.4.5 應變計(Strain gauge)校正 55
3.5 試驗相關之物理模型 57
3.5.1 混凝土材料抗壓試驗 57
3.5.2 橋墩基礎模型 59
3.5.3 連續地中壁模型 63
3.6 試驗前準備 67
3.6.1 橡皮膜製作 67
3.6.2 積層板試驗箱之準備及組裝 69
3.6.3 重模試體製作 71
3.6.4 土壤試體飽和 74
3.6.5 離心模型試驗前準備和震動試驗 77
第四章 試驗結果與分析 81
4.1 試驗規劃 81
4.2 試驗內容 85
4.3 物理量正負定義 90
4.4 升g過程變化與分析 91
4.4.1 升g過程之土層體積變化 91
4.4.2 升g過程之橋墩基礎旋轉角變化 93
4.4.3 升g過程之橋墩基礎與土層沉陷量變化 95
4.4.4 升g過程之基礎版接觸應力變化 99
4.5 加速度歷時 101
4.5.1 加速度歷時衰減與突波訊號 102
4.5.2 加速度歷時與震動事件過程 102
4.5.3 橋墩基礎高程與土層深度對加速度歷時的影響 135
4.5.4 橋墩基礎與土層之頻率特性 146
4.5.5 加速度歷時小結 162
4.6 超額孔隙水壓歷時 163
4.6.1 原始數據處理與雜訊濾波 163
4.6.2 震動事件過程之超額孔隙水壓歷時 164
4.6.3 超額孔隙水壓歷時小結 164
4.6.4 震動事件過程之超額孔隙水壓比歷時 192
4.6.5 超額孔隙水壓比歷時小結 194
4.7 橋墩基礎與自由土層之沉陷量歷時 222
4.7.1 震動事件過程之沉陷量歷時分析 223
4.7.2 沉陷量歷時小結 225
4.8 橋墩基礎之旋轉角歷時 237
4.8.1 橋墩基礎受震之傾倒行為分析 237
4.8.2 橋墩基礎旋轉角歷時小結 239
4.9 橋墩基礎之接觸應力變化 252
4.9.1 震動事件過程之接觸應力歷時分析 252
4.9.2 接觸應力歷時小結 253
4.10 連續地中壁之彎矩歷時 261
4.10.1 震動事件過程之彎矩歷時分析 261
4.10.2 彎矩歷時小結 262
第五章 結論與建議 270
參考文獻 273
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指導教授 黃俊鴻 審核日期 2025-1-6
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