部分飽和砂土受剪波動及剪力強度特性

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姓名

楊嘉瑜(Chia-yu Yang) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

部分飽和砂土受剪波動及剪力強度特性

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摘要(中)

本研究採用改良式直剪儀，進行砂土材料之剪動實驗，在氣乾狀態進行不同正向應力之剪動，以及部分飽和狀態下進行不同正向應力之剪動，量測破壞時之音波與振波訊號。利用頻譜比對法，比對後得到峴港砂音波之顯著頻率為10~16Hz，而西螺砂之顯著頻率為8~14Hz與22~26Hz。亦經比對得知兩種砂之加速度顯著頻率是在14~16Hz，兩者所分析出的顯著頻率皆屬低頻範圍。而後為了將機械儀器或環境等造成之頻率濾除，也避免將試驗之重要數據濾除，因此實驗後之音波數據，保留30Hz以下之數值外，其他數值則予以濾除，並利用濾波後之音波與加速度訊號，分析砂土受剪時之力學特性。
峴港砂之破壞屬於顆粒間之摩擦破壞，而西螺砂則屬於顆粒破裂或顆粒間之摩擦破壞，故破壞產生之聲音比西螺砂來得小。飽和度並不會影響顯著頻率，但會影響音壓、加速度及破壞剪應力之大小，飽和度增加使得砂土顆粒與顆粒之間越濕潤，讓砂土之抗剪強度降低。
根據氣乾峴港砂及西螺砂受剪時之降伏剪應力與正向應力關係圖，得知降伏值分別約為破壞剪應力之76%與73%。同理可知部分飽和峴港砂與西螺砂，其降伏值分別約為破壞剪應力之82%與78%。經由上述之結果，得知可利用儀器測得之加速度訊號與其對應之剪應力來瞭解降伏之徵兆，藉此來輔助判斷其是否有破壞之可能，並可做為往後預警之參考依據。

摘要(英)

This research performed a series of direct shear tests of sand material under various conditions of normal stress and degree of saturation to study the properties of shear strength, sound waves and vibration waves. A spectrum comparison method of waves is used in this paper to distinguish and to filter the sound waves and vibration waves generated in the process of shearing. According to the results of experiments, the apparent frequency of Danang sand is 10-16Hz and the values of Shiluo sand is 8-14Hz and 22-26Hz. As to the spectrum of acceleration of vibration waves, similar apparent frequency was found in the area of 14-16Hz. This showed that there exists a close relationship between sound waves and vibration waves, and both of their apparent frequencies were found in the low area of frequency. In order to filter the noise caused by the machine and the surrounding environment and to avoid the important data to be filtered, so the sound waves and the acceleration of vibration waves larger than 30Hz were filtered to examine the shear strength properties of sand in this study.
The failure of Danang sand is caused by the failure of friction, but the failure of Shiluo sand is due to the fraction of sand particles and the failure of friction between particles. Therefore, the sound of Danang sand is smaller than Shiluo sand. The degree of saturation would not affect the apparent frequency, but it would influence the values of sound pressure, acceleration of vibration and shear stresses at failure.
According to the relationships between shear stress and normal stress at yielding or failure, it is recognized that the yielding stresses of both air dried Danang sand and air dried Shiluo sand is about 73% to 76% of failure shear stresses. Furthermore, the values of partially saturated sands located between 78% and 82% with the same method. By combining the sound and acceleration signals, the yielding and failure of sand can be distinguished. The kind of judgment can be used to offer an early warning to prevent slope slide disaster.

關鍵字(中)

★ 音波
★ 加速度
★ 顯著頻率
★ 濾波
★ 剪力強度

關鍵字(英)

★ sound wave
★ acceleration
★ apparent frequency
★ filtering
★ shear strength

論文目次

摘要 I
Abstract II
表目錄 VII
照片目錄 VIII
圖目錄 X
符號說明 XVII
第一章緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 研究方法 1
1.3 論文內容 2
第二章文獻回顧 3
2.1 音波及振波特性 3
2.1.1 音波基本原理 3
2.1.2 空氣中音波衰減之特性 4
2.1.3 音射現象 5
2.2 音波訊號分析 6
2.2.1 音波基本參數 6
2.2.2 時間域分析 8
2.2.3 频率域分析 9
2.2.4 背景噪音之濾除 9
2.3 乾燥砂土中音波及振波之傳遞特性 11
2.4 大地材料之音波與振波之特性 11
2.5 礫石受剪時之音波與振波之特性 12
2.6 土壤中音波之研究 12
2.7 土石流地聲特性之研究 13
2.8 混凝土塊受壓之音波研究 15
2.9 振動加速度之研究 15
第三章試驗土樣、試驗儀器與試驗方法 35
3.1 試驗試體製作 35
3.2 試驗材料之基本物理性質 36
3.3 試驗儀器與相關設備 36
3.3.1 波傳量測系統 36
3.3.2 改良式直接剪力試驗儀 39
3.3.3 量測系統設備 41
3.4試驗儀器與相關設備 42
3.4.1 氣乾砂土試驗步驟 43
3.4.2 部分飽和砂土試驗步驟 44
3.5 波傳訊號之處理 45
第四章試驗結果與分析 62
4.1 砂土剪力強度特性 62
4.1.1 氣乾砂土之剪力強度特性 62
4.1.2 部分飽和砂土之剪力強度特性 63
4.2 波傳訊號之濾波處理 64
4.3 砂土音波特性比較 67
4.4 砂土之剪動變形及其濾波後特性 68
4.5 防災應用 71
第五章結論與建議 126
5.1 結論 126
5.2 建議 128
參考文獻 129

參考文獻

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指導教授

張惠文(Huei-wen Chang)

審核日期

2013-7-31

推文