陳榮河臺灣大學：土木工程學研究所沈哲緯Che-Wei Shen2007-11-252018-07-092007-11-252018-07-092005http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/50588加勁土壤觀念近三十年來已逐漸發展成熟，且廣泛的應用於大地工程之中，在經濟及安全性上皆已獲得肯定，也相當符合現今各界所提倡之生態工法。 今針對高密度聚乙烯製造之蜂巢格網，以內填氣乾土壤之三軸試驗，探討蜂巢格網加勁土壤之力學特性。其試驗參數可回饋現地設計參考之用。 試驗結果顯示，加勁土壤應變軟化現象不顯著；尖峰摩擦角隨內塡砂土相對密度增加而增加，且與圍壓成正比關係；而外視凝聚力隨相對密度增加而呈現急遽增加趨勢，顯示加勁土壤強度主要來源為外視凝聚力之貢獻；由彈性模數與體積模數結果顯示，加勁後可減少沉陷及側向變形；軸差應力比會隨圍壓增加而降低，顯示覆土壓力愈大則加勁成效愈劣，且隨相對密度增加而降低，顯示加勁疏鬆砂土效果比加勁緊密砂土為佳。加勁礫石土剪力強度依序為，較大粒徑(12.7mm ~25.4mm)之加勁礫石土、次粒徑(4.7mm ~12.7mm)之加勁礫石土，最後為相對密度70%之加勁礫石土；再由相對密度為70%時，不同加勁土壤結果顯示，加勁無凝聚性土壤，於提升外視凝聚力較具成效；內填不同粒徑範圍之無凝聚性礫石土方面，隨填入之平均粒徑愈大，其摩擦角愈大，而外視凝聚力則為相反趨勢，但降低之幅度甚小。 固定牆面傾角為20∘、牆寬為2.44m，牆高為5m之穩定分析為例，不同加勁土壤穩定性高低依序為，較大粒徑(12.7mm ~25.4mm)之加勁礫石土、次粒徑(4.7mm ~12.7mm)之加勁礫石土，再來為相對密度70%之加勁礫石土，最後為加勁砂土；不同牆高穩定分析結果顯示，加勁礫石土牆相較於加勁砂土牆而言，加勁成效(FS差值)隨牆高增加而增加；且擋土結構穩定性隨加勁土壤外視凝聚力之增加而增加。目錄 誌謝 I 摘要 II 目錄 III 表目錄 IX 圖目錄 XI 照片目錄 XV 符號說明 XVII 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機與目的 1 1.3 研究方法 2 1.4 研究內容 3 第二章 文獻回顧 5 2.1 加勁土壤簡介 5 2.1.1 加勁土壤之優點 6 2.1.2 加勁擋土結構破壞模式 6 2.2 蜂巢格網簡介 7 2.2.1 蜂巢格網定義與沿革 7 2.2.2 蜂巢格網之特性 8 2.2.3 蜂巢格網於土木工程之應用 9 2.3 蜂巢格網加勁土壤之剪力強度試驗 10 2.3.1 三軸試驗 10 2.3.1.1 不同內填土剪力強度影響 10 2.3.1.2 不同格室數目及不同織物種類對剪力強度影響 12 2.3.1.3 圍束效應理論計算 13 2.3.2 直接剪力強度試驗 14 2.4 蜂巢格網牆體之無圍壓縮試驗 15 2.5 地工格網拉出阻抗 15 2.6總結與研究方向 16 第三章 土壤基本性質與力學性質 18 3.1 砂土基本性質試驗 18 3.1.1 粒徑分析 18 3.1.2 含水量與比重試驗 19 3.1.3 最大最小乾密度試驗 19 3.2 砂土之直接剪力試驗 19 3.2.1 試驗儀器介紹 19 3.2.2 試驗步驟 20 3.2.3 試驗結果 20 3.3 礫石土基本性質試驗 21 3.3.1 礫石土樣描述與處理方法 21 3.3.2 粒徑分析 21 3.3.3 含水量與比重試驗 22 3.3.4 最大最小乾密度試驗 23 3.4 礫石土之直接剪力試驗 24 3.4.1 試驗儀器介紹 24 3.4.2 試驗步驟 25 3.4.3 試驗結果 25 第四章 蜂巢格網基本性質與力學性質 26 4.1 蜂巢格網基本物理性質試驗 26 4.1.1 合成材基重測定 26 4.1.2 厚度測定 27 4.1.3單位面積重測定 27 4.2 寬幅抗張強度試驗 27 4.3 蜂巢格網材料抗張強度試驗 29 4.3.1 抗張強度試驗材料 29 4.3.2 試驗儀器介紹 29 4.3.3 試體準備 30 4.3.3.1 試體製作改良 30 4.3.3.2 準備流程 31 4.3.4 試驗步驟 31 4.3.5 試驗結果 32 4.4 蜂巢格網接縫強度試驗 32 4.4.1試體裁切方式 33 4.4.2 試驗規劃 34 4.4.3 試驗結果 34 第五章 加勁土壤三軸試驗規劃 36 5.1 試驗設備及試驗方法 36 5.1.1 試驗假設條件 36 5.1.2 試驗規畫 36 5.1.3 三軸試驗儀器與相關設備 37 5.1.4 儀器校正 38 5.1.5 橡皮膜勁度修正 38 5.1.6 夯實輔助撐模功用 39 5.1.7 外部量測體積正確性之驗證 39 5.2土壤三軸試體準備 40 5.2.1 砂土試體準備 40 5.2.2 礫石土試體準備 42 5.3 加勁土壤三軸試體準備 42 5.3.1 加勁砂土試體準備 43 5.3.2 加勁礫石土試體準備 46 第六章 三軸試驗結果分析與討論 48 6.1 砂土三軸試驗結果 48 6.1.1 不同圍壓下之應力-應變行為 48 6.1.2 尖峰摩擦角 48 6.1.3 彈性模數與體積模數 49 6.2 加勁砂土三軸試驗結果 49 6.2.1 不同圍壓下之應力-應變行為 50 6.2.2 剪力強度參數 50 6.2.3 彈性模數與體積模數 51 6.3 加勁砂土三軸試驗結果與討論 51 6.3.1 剪力強度參數討論 51 6.3.2 彈性模數與體積模數討論 52 6.3.3 加勁效果討論 52 6.4 加勁礫石土之三軸試驗結果與討論 53 6.4.1 不同圍壓下之應力-應變行為討論 53 6.4.2 剪力強度參數討論 53 6.4.3 彈性模數討論 54 6.4.4 加勁效果討論 55 6.5 不同加勁土壤三軸試驗結果與討論 55 6.5.1 剪力強度參數討論 55 6.5.2 彈性模數討論 56 6.5.3 加勁效果討論 56 6.6 加勁土壤綜合討論與總結 57 6.6.1 不同圍壓下之應力-應變行為綜合討論 57 6.6.2 剪力強度參數綜合討論 57 6.6.3 彈性模數綜合討論 58 6.6.4 加勁效果綜合討論 58 6.6.5 加勁土壤破壞型態討論 59 第七章 蜂巢格網應用於擋土結構之穩定分析 60 7.1 極限平衡法 60 7.1.1 建立分析模型 60 7.1.2 分析參數選定 60 7.1.3 分析方法及項目 61 7.1.4 分析假設條件 61 7.2 堆疊式擋土牆分析結果與討論 61 7.2.1 不同加勁土壤之影響 61 7.2.2 牆高之影響 62 7.2.3 牆寬及牆面傾角之影響 62 第八章 結論與建議 64 8.1 結論 64 8.1.1 試驗部份 64 8.1.2 穩定分析部份 66 8.2 建議 66 參考文獻 68 附錄A 土壤物理性質試驗結果 168 附錄B 大型直剪儀校正資料 173 附錄C 抗張試驗儀校正資料 175 附錄D 三軸試驗儀校正資料 176 附錄E 加勁砂土無圍壓縮試驗結果 181 附錄F 三軸試驗結果附圖、表 183 附錄G 穩定分析結果附圖 191 表目錄 表2.1 蜂巢格網加勁土壤三軸試驗項目 72 表2.2 三軸試驗強度參數 73 表2.3 地工織物物理性質與力學性質 73 表2.4 三軸試驗剪力強度參數 74 表2.5 試驗與理論外視凝視力之比較 74 表2.6 無圍壓縮試驗結果 74 表3.1 砂土物理性質試驗結果 75 表3.2 礫石土物理性質試驗結果 75 表4.1 蜂巢格網之物理性質試驗結果 76 表5.1 砂土三軸試驗實際進行項目表 77 表5.2 礫石土三軸試驗實際進行項目表 78 表6.1 砂土三軸試驗結果 79 表6.2 加勁砂土三軸試驗結果 80 表6.3 加勁礫石土三軸試驗結果 81 表6.4 加勁砂土與加勁礫石土試驗結果比較 82 表6.5 三軸試驗結果總表 83 表6.6 圍壓與軸差應力比關係表 84 表7.1 背塡土選用之土壤剪力強度參數值 85 表7.2 坡高3m邊坡穩定分析之剪力強度參數及分析所得安全係數 85 表7.3 堆疊式擋土牆穩定分析項目 86 表7.4 不同加勁土壤之堆疊式擋土結構穩定分析結果(牆高5m) 86 表7.5 不同牆寬穩定分析結果(牆面傾角為20∘) 87 表7.6 不同牆面傾角穩定分析結果(牆高5m) 87 圖目錄 圖1.1 蜂巢格網示意圖 88 圖1.2 研究流程圖 89 圖2.1 加勁土壤產生外視凝聚力之現象 90 圖2.2 加勁擋土結構之外部破壞模式示意圖 91 圖2.3 加勁擋土結構之內部破壞模式示意圖 92 圖2.4 蜂巢格網展開尺寸示意圖 93 圖2.5 蜂巢格網成本與牆高關係 93 圖2.6 砂土經蜂巢格網加勁前後三軸試驗結果 94 圖2.7 數值模擬加勁砂土三軸試驗之分析結果 95 圖2.8 碎石級配加勁土壤於不同高徑比之三軸試驗結果 96 圖2.9 蜂巢格網不同擺放格數方式 97 圖2.10 不同格數加勁土壤之三軸試驗結果 98 圖2.11 不同織物種類加勁土壤之三軸試驗結果 98 圖2.12 加勁土壤直接剪力試驗結果(破壞包絡線) 99 圖2.13 無圍壓縮試驗配置示意圖 100 圖2.14 蜂巢格網加勁式擋土牆示意圖 101 圖2.15 大型拉出試驗儀平面配置 101 圖2.16 拉出阻抗試驗結果 102 圖3.1 砂土粒徑分佈曲線 103 圖3.2 砂土直接剪力試驗結果(相對密度為70%) 104 圖3.3 砂土直接剪力試驗結果(相對密度為55%) 105 圖3.4 砂土直接剪力試驗結果(相對密度為40%) 106 圖3.5 砂土之剪應變與垂直位移關係圖 107 圖3.6 砂土界面摩擦係數與正向應力之關係 109 圖3.7 礫石土粒徑分佈曲線 109 圖3.8 大型直剪儀示意圖 110 圖3.9 礫石土之直接剪力試驗結果(相對密度為70%) 111 圖4.1 寬幅抗張強度示意圖 112 圖4.2 抗張試驗儀示意圖 112 圖4.3 蜂巢格網材料抗張強度-應變曲線 113 圖4.4 變形速率對高密度聚乙烯地工格網抗張強度試驗影響 113 圖4.5 變形速率對高密度聚乙烯材料抗張強度試驗影響 114 圖4.6 接縫強度試驗型式示意圖 115 圖4.7 試體長度20cm之接縫剪力強度-位移曲線 116 圖4.8 不同寬幅與不同寬長比試體之接縫剪力強度-位移曲線 116 圖4.9 試體長度20cm之接縫剝脫強度-位移曲線 117 圖4.10 不同寬幅與不同寬長比試體之接縫剝脫強度-位移曲線 117 圖4.11 試體長度20cm之接縫拔裂強度-位移曲線 118 圖4.12 不同寬幅與不同寬長比試體之接縫拔裂強度-位移曲線 118 圖5.1 三軸試驗儀配置圖 119 圖5.2 橡皮膜勁度修正曲線 119 圖5.3 加勁砂土分10層夯實於不同圍壓下之三軸試驗結果 120 圖5.4 氣乾砂與飽和砂體積變化曲線比較 120 圖5.5 防刺破橡皮膜保護層製作方法 121 圖6.1 砂土之應力-應變曲線(相對密度為40%) 122 圖6.2 砂土之應力-應變曲線(相對密度為55%) 122 圖6.3 砂土之應力-應變曲線(相對密度為70%) 123 圖6.4 砂土之體積應變曲線(相對密度為40%) 123 圖6.5 砂土之體積應變曲線(相對密度為55%) 124 圖6.6 砂土之體積應變曲線(相對密度為70%) 124 圖6.7 砂土於不同相對密度之尖峰摩擦角結果 125 圖6.8 砂土於不同相對密度之彈性模數與圍壓關係 125 圖6.9 砂土於不同相對密度之體積模數與圍壓關係 126 圖6.10 加勁砂土之應力-應變曲線(相對密度為40%) 126 圖6.11 加勁砂土之應力-應變曲線(相對密度為55%) 127 圖6.12 加勁砂土之應力-應變曲線(相對密度為70%) 127 圖6.13 加勁砂土之體積應變曲線(相對密度為40%) 128 圖6.14 加勁砂土之體積應變曲線(相對密度為55%) 128 圖6.15 加勁砂土之體積應變曲線(相對密度為70%) 129 圖6.16 加勁砂土於不同相對密度之尖峰摩擦角結果 129 圖6.17 加勁砂土於不同相對密度之外視凝聚力結果 130 圖6.18 加勁砂土於不同相對密度之彈性模數與圍壓關係 130 圖6.19 加勁砂土於不同相對密度之體積模數與圍壓關係 131 圖6.20 砂土加勁前後之剪力強度參數(相對密度為40%) 132 圖6.21 砂土加勁前後之剪力強度參數(相對密度為55%) 133 圖6.22 砂土加勁前後之剪力強度參數(相對密度為70%) 134 圖6.23 加勁砂土於不同相對密度之尖峰摩擦角與圍壓關係 135 圖6.24 砂土於不同相對密度之尖峰摩擦角與圍壓關係 135 圖6.25 砂土於不同相對密度時加勁前後之破壞包絡線 136 圖6.26 加勁砂土於不同相對密度之軸差應力比與圍壓關係 136 圖6.27 礫石土加勁前後之應力-應變曲線(相對密度為70%) 137 圖6.28 不同粒徑範圍加勁礫石土之應力-應變曲線 138 圖6.29 加勁礫石土之體積應變曲線(粒徑12.7mm~25.4mm) 139 圖6.30 礫石土加勁前後之剪力強度參數(相對密度為70%) 140 圖6.31 加勁礫石土之剪力強度參數(粒徑4.7mm~12.7mm) 141 圖6.32 加勁礫石土之剪力強度參數(粒徑12.7mm~25.4mm) 141 圖6.33 各加勁礫石土之破壞包絡線 142 圖6.34 礫石土加勁前後之彈性模數與圍壓關係(相對密度為70%) 142 圖6.35 加勁礫石土之軸差應力比與圍壓關係(相對密度為70%) 143 圖6.36 砂土與礫石加勁前後之彈性模數與圍壓關係(相對密度為70%) 143 圖6.37 砂土與礫石加勁後之軸差應力比與圍壓關係(相對密度為70%) 144 圖7.1 蜂巢格網加勁擋土牆模型 145 圖7.2 蜂巢格網堆疊式擋土牆安全係數隨牆高變化關係 145 圖7.3 牆寬2.44m之穩定分析結果(牆高5m，牆面傾角20∘) 146 照片目錄 照片2.1 蜂巢格網堆疊式加勁擋土牆 147 照片2.2 蜂巢格網應用於鐵路路基加勁 147 照片2.3 蜂巢格網應用於低水護岸整治 148 照片2.4 蜂巢格網應用於溝渠引道保護 148 照片2.5 蜂巢格網應用於邊坡加勁 149 照片2.6 蜂巢格網應用於軟弱地盤加勁 149 照片2.7 蜂巢格網加勁石灰岩碎石級配之三軸試體安裝完成情形 150 照片3.1 直接剪力試驗儀 151 照片3.2 以等量分樣器進行礫石四分取樣情形 151 照片3.3 網筐懸掛於天秤上 152 照片3.4 礫石土置入網筐中 152 照片3.5 乾密度試驗模 153 照片3.6 大型直剪試驗儀 153 照片4.1 抗張試驗儀 154 照片4.2 油壓式錐楔形夾具 154 照片4.3 抗張強度試驗試體準備情形 155 照片4.4 接縫強度試體準備完成情形 156 照片4.5 接縫剪力強度試驗前後之接縫情形 157 照片4.6 接縫剝脫強度試驗前後之接縫情形 158 照片4.7 接縫拔裂強度試驗前後之接縫情形 159 照片5.1 橡皮膜勁度修正試驗 160 照片5.2 夯實輔助撐模 160 照片5.3 砂土試體破壞情形 161 照片5.4 礫石土試體破壞情形 161 照片5.5 蜂巢格網試體未拉撐前情形 162 照片5.6 蜂巢格網接縫處體積量測 162 照片5.7 蜂巢格網內填土作業情形 163 照片5.8 內徑規 163 照片5.9 加勁砂土試體組立完成情形 164 照片5.10 加勁砂土試體破壞情形 165 照片5.11 加勁礫石土試體破壞情形 166 照片6.1 加勁土壤不同圍壓下之破壞型態比較 167 照片6.2 不同加勁土壤之破壞型態比較 1675631654 bytesapplication/pdfen-US加勁土壤生態工法蜂巢格網三軸試驗穩定分析reinforced soilecological engineeringgeocelltriaxial teststability analysisthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/50588/1/ntu-94-R92521118-1.pdf