軟弱黏土模型基樁側向疲勞載重試驗

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姓名

吳羿慶(Yi-Ching Wu) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

軟弱黏土模型基樁側向疲勞載重試驗

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摘要(中)

離岸風機之單樁基礎在海上受風力、波浪力及地震力等反覆水平側向力之作用。黏土與砂土層受到波浪力作用時，因為環境的不同導致單樁基礎的長期受力行為出現較大的差異。本研究利用模型樁模擬單樁基礎於海上受波浪力作用下基樁之行為。
本研究以曾文水庫之黏土進行大型壓密來製作重模試體，利用模型樁進行靜態極限側向加載試驗，將試驗實測之結果加以迴歸分析求取樁身反應。再以不同應力準位之單向反覆加載試驗，觀察樁頭受力之累積殘餘位移、累積殘餘旋轉角或割線勁度等之趨勢，並透過求取樁身彎矩、土壤反力或樁身位移等，研究其樁-土互制行為。
由試驗結果可知，在靜態極限側向加載試驗中最大彎矩隨側向載重增加而增加，且樁身發生最大彎矩之深度也隨載重增加而逐漸下移。在側向反覆加載試驗中，等效勁度隨著應力準位增加而變小，應力準位越大等效勁度越快趨於平緩。最大彎矩隨著作用週數增加而增加，樁身最大彎矩之深度也隨著作用周數增加而逐漸下移。單向反覆側向加載試驗之最大彎矩比靜態極限加載試驗之成果大20-30%，最大彎矩深度則增加25-30%。側向加載使得間隙產生時，因為土壤軟化之影響，會造成樁身旋轉角超過DNV之安全之範圍，等效勁度也會下降至初始等效勁度之27%，使其安全性受到影響。

摘要(英)

In general, the monopole of offshore wind turbine is subjected to wind load, wave load, earthquake and other repetitive lateral forces. Comparing with sand, clay typically has different geological and environmental conditions due to the existing of soft clay in the upper layer and the daily tide movement, which may lead to the considerable difference in long-term behavior of monopile.
The test specimens are prepared by remolding the silty soils from Zengwun Reservoir. The loading tests are carried out with the model pile. The test results are further analyzed to obtain pile responses by using regression analysis. The cyclic lateral loading test was applied with different stress levels to observe the trend of permanent displacement, permanent rotation angle and pile secant stiffness. Using the calculation of pile bending moment, soil reaction force or pile displacement to understanding the behavior of pile-soil interaction.
The results of the test indicated that the value of maximum moment increased when the lateral loading increased, and the depth which the maximum moment occurred is also deeper in ultimate lateral loading test. The equivalent stiffness becomes smaller as the stress level increases. The greater the stress level, the faster the equivalent stiffness tends to be gentle. The value of maximum moment increased when the lateral loading increased, and the depth which the maximum moment occurred is also deeper in cyclic lateral loading test. The greater the increase in the bending moment as the stress level becomes larger. When lateral loading causes the gap to be generated, it will cause partial cohesion and soil softening between the pile and the soil. This effect will cause the permanent rotation angle to exceed the safe range defined by DNV, which will affect the safety of offshore wind turbine.

關鍵字(中)

★ 黏土
★ 模型基樁

關鍵字(英)

論文目次

摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 IX
圖目錄 X
1 第一章緒論 1
1.1 研究背景與目的 1
1.2 研究方法 2
1.3 論文架構 3
2 第二章文獻回顧 5
2.1 p-y曲線建立方法之相關文獻 5
2.1.1 Matlock(1970)建議之軟弱黏土p-y曲線 5
2.1.2 Reese et al.(1975) 建議之軟弱黏土p-y曲線 9
2.1.3 美國石油協會建議軟弱黏土之p-y曲線 15
2.1.4 挪威船協會建議軟弱黏土之p-y曲線 18
2.2 樁基礎模型於軟弱黏土中受側向加載之相關文獻 21
2.2.1 Basak et al.(2007) 21
2.2.2 Basak et al.(2007) 22
2.2.3 Kishore et al.(2009) 24
2.2.4 Kim et al.(2011) 27
2.2.5 Ayothiraman et al.(2013) 29
2.2.6 Bisoi et al.(2014) 31
2.2.7 Juan et al.(2016) 32
2.2.8 Liao et al.(2018) 34
2.3 樁基礎受側向加載分析方法之相關文獻 36
2.3.1 Winker梁之彈簧基礎分析法 36
2.3.2 設計規範 37
2.3.3 水平地盤反力係數 39
3 第三章試驗介紹 41
3.1 試驗規劃 41
3.2 試驗黏土之一般物理性質 42
3.3 試驗設備 43
3.3.1 模型樁 43
3.3.2 載重施加系統 44
3.3.3 荷重計 45
3.3.4 雷射位移計 45
3.3.5 模型試驗箱 45
3.3.6 大型壓密儀 46
3.3.7 直進式測微計 46
3.3.8 恆溫設備 47
3.3.9 控制記錄軟體 47
3.4 試驗步驟與方法 56
3.4.1 飽和黏土試體製作 56
3.4.2 模型(彎矩)計測樁之校正 57
3.4.3 模型(軸力)計測樁之校正 58
3.4.4 模型樁之撓曲剛度(EI)校正 59
3.4.5 荷重計之校正 61
3.4.6 靜態極限側向加載和單向反覆側向加載試驗 62
3.5 相關試驗 74
3.5.1 單向度壓密試驗 74
3.5.2 簡易扭剪儀試驗 74
3.5.3 貫樁試驗 75
3.5.4 無圍壓縮試驗 75
4 第四章黏土試驗之結果 79
4.1 黏土試驗之簡介以及配置 79
4.1.1 試驗計畫 79
4.1.2 試驗配置 80
4.2 模型樁身反應迴歸分析之方法 84
4.2.1 分析原理 84
4.2.2 分析方法 85
4.2.3 分析流程與方向之定義 92
4.3 靜態極限側向加載試驗 94
4.3.1 SS1-test及SS2-test之載重-位移關係 94
4.3.2 SS1-test及SS2-test樁身反應之分析 101
4.3.3 SS1-test及SS2-test之p-y曲線 109
4.3.4 Matlock、API及DNV建議之軟弱黏土p-y曲線 112
4.4 單向反覆側向加載試驗 118
4.4.1 SC1-test至SC4-test之試驗成果 118
4.4.2 SC1-test至SC4-test之成果比較 150
4.4.3 SC1-test至SC4-test樁身反應之分析 161
4.5 黏土試驗之不排水剪力強度及含水量等性質討論 186
4.6 不同不排水剪力強度之SC3-test之比較 191
4.7 相同應力準位下砂土與黏土試驗成果之比較 196
5 第五章結論與建議 201
5.1 研究結論 201
5.2 建議 204
6 參考文獻 205
7 附錄A 209
8 附錄B 231

參考文獻

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指導教授

黃俊鴻

審核日期

2019-11-11

推文