水泥改良土在水中沉降機制及其剪力強度

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張邵民(Shao-min Chang) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

水泥改良土在水中沉降機制及其剪力強度
(The sedimentation mechanism and shear strength of cement treated sand in water)

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摘要(中)

水力抽砂回填所形成之土層通常都相當疏鬆，地震發生時可能會引起砂土液化的問題。如果能在回填過程中利用添加水泥方式形成無液化顧慮的土壤材料施工，則事後即不再需要採取防止液化之措施。為避免改良土進行水中回填時發生水泥與砂土分離現象，故於改良土中添加離子型聚丙烯醯胺作為抗分散劑，以自由沉降模式模擬改良土之水中回填。因此本研究探討添加抗分散劑水泥改良土之水中沉降機制與改良成效。本研究之試驗重點在於以不同抗分散劑添加量配合各種水泥配比，將波特蘭水泥第Ⅰ型與砂土拌和，利用回填水槽進行水中沉降製作改良土試體，經7天或28天之養治後，進行無圍壓縮試驗與動力三軸試驗。
試驗結果顯示，試體之無圍壓縮強度會隨水泥配比之加大而增強，然強度之變化則因抗分散劑添加率及離子型態之不同而有所變化。由動力三軸試驗結果得知，在抗分散劑添加率為344 mg/kg之試驗條件下，添加中陽離子型聚丙烯醯胺與中陰離子型聚丙烯醯胺之改良土，皆在水泥配比為6 %，養治時間為28天時，液化阻抗可獲得改善。因此，添加離子型聚丙烯醯胺及水泥確可有效地改善砂土的動態特性。

摘要(英)

Sandy soil layers formed by hydraulic filling are usually very loose. It may cause liquefaction problems during earthquake. If a kind of non-liquefaction soil material mixed with cement were used in the process of backfill, the latter soil treatment will not be necessary for preventing liquefaction. In order to avoid the separation of cement particles from cement treated sands during the backfilling in water, the cement treated sand was improved by adding various types of coagulant (cation and anion of polyacrylamide) to simulate the backfill of free sedimentation mode. This research focused on the sedimentation mechanism and discussed the effects of cement treated sands with coagulant in water. A series of unconfined compression tests and dynamic triaxial tests were carried out by adding various contents of coagulant and cement.
According to the experimental results, the unconfined compression strength of sand tended to be improved while the cement content was increased. The types of content and coagulant influenced the unconfined compression strength of sand. Moreover, the cyclic resistance would be significantly increased by adding 344 mg/kg coagulant, 6 % cement. Therefore, cation and anion of polyacrylamide and cement can improve the dynamic properties of sands.

關鍵字(中)

★ 抗分散劑
★ 聚丙烯醯胺
★ 動力三軸試驗
★ 液化阻抗

關鍵字(英)

★ coagulant
★ polyacrylamide
★ dynamic triaxial test
★ cyclic resistance

論文目次

目錄
目錄
摘要 I
英文摘要 II
目錄 III
照片目錄 VIII
表目錄 X
圖目錄 XI
符號說明 XV
第一章緒論1
1.1 研究動機1
1.2 研究目的2
1.3 研究方法2
1.4 論文內容2
第二章文獻回顧4
2.1 砂土液化4
2.1.1 液化定義與機制4
2.1.2 土壤之動態特性6
2.2 影響液化強度之因素7
2.2.1 試體準備方式 7
2.2.2 反覆加載作用頻率7
2.3 水泥改良土8
2.3.1 水泥成分與水化作用8
2.3.2 水泥系材料穩定處理機制8
2.3.3 土壤與水泥的固結機制9
2.3.4 水泥改良土之性質及影響9
2.4 水力抽砂回填土之特性10
2.4.1 回填土之堆積特性10
2.4.2 回填土之顆粒特性10
2.4.3 影響水力回填地盤變形之因素11
2.5 事前混合處理工法13
2.5.1工法概要13
2.5.2 施工步驟及模式14
2.6 抗分散劑對水泥改良土之影響15
2.6.1 混凝與膠凝之理論16
2.6.2聚丙烯醯胺特性與應用17
2.6.2.1聚丙烯醯胺之結構和性質17
2.6.2.2 聚丙烯醯胺之合成19
2.6.2.3 聚丙烯醯胺之絮凝機制20
2.6.2.4 聚丙烯醯胺之應用20
第三章土樣與試驗方法33
3.1 試驗砂樣與改良材料33
3.1.1 試驗砂樣基本性質33
3.1.2 改良材料33
3.2 改良土試體的製作33
3.3 試驗方式及試驗儀器35
3.3.1 無圍壓縮試驗 35
3.3.2 動力三軸試驗 37
3.3.2.1 控制系統37
3.3.2.2 量測系統39
3.3.2.3 動力系統40
3.3.2.4 訊號擷取系統41
3.3.2.5 三軸室41
3.4 動力三軸試驗步驟42
3.4.1 儀器校正階段 42
3.4.2 儀器準備階段 42
3.4.3 試體飽和階段 42
3.4.4 試體壓密階段 43
3.4.5 動態試驗階段 44
3.4.6 液化後再壓密階段45
3.4.7 動態參數之整理45
3.5 補償荷重之計算 45
第四章試驗結果與分析69
4.1 無圍壓縮試驗70
4.1.1 軸向應力與軸向應變之關係70
4.1.2水泥配比與無圍壓縮強度之關係71
4.1.3 抗分散劑與無圍壓縮強度之關係72
4.1.4無圍壓縮強度與正割彈性模數之關係76
4.2 動態特性分析77
4.2.1 試驗資料處理 78
4.2.2 反覆剪應力比與反覆加載次數之關係80
4.2.3 超額孔隙水壓激發曲線83
4.2.4 水泥配比對反覆剪應力比之影響84
4.2.5 抗分散劑添加率對反覆剪應力比之影響85
4.2.6 無圍壓縮強度與液化阻抗之關係86
4.3 剪力模數與剪應變之關係87
4.3.1 反覆剪應力比之影響87
4.3.2 水泥配比之影響88
4.3.2 抗分散劑添加率之影響88
第五章結論與建議118
5.1 結論118
5.2 建議119
參考文獻120

參考文獻

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指導教授

張惠文(Huei-wen Chang)

審核日期

2009-7-6

推文