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系統識別號 U0002-0503201212022900
中文論文名稱 張應變對扁絲織布過濾特性之影響
英文論文名稱 The Influence of Tensile Strain on the Filtration Characteristics of Slit-Film Woven Geotextile
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 土木工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Civil Engineering
學年度 100
學期 1
出版年 101
研究生中文姓名 薛逸仁
研究生英文姓名 Yi-Jen Wsueh
學號 698380184
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2012-01-05
論文頁數 112頁
口試委員 指導教授-吳朝賢
委員-洪勇善
委員-陳榮河
中文關鍵字 坡降比試驗  扁絲織布  張應變  織物開孔徑  透水速率 
英文關鍵字 Gradient ratio test  Slit-film woven geotextile  Tensile strain  Opening size  Seepage flow 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 本研究在探討張應變對扁絲織布過濾特性之影響,使用GTBR、GTBS、GTG及GTW等四種扁絲織布,其中GTBR、GTBS、GTG以線寬相同之絲線經緯向交織而成,GTW之經線由粗細不同有規則排列編織而成,且較細絲線呈現皺摺。分別對四種織布於未伸張及張應變2.5%、5%、7.5%、10%時,進行變水頭透水速率量測、濕篩法開孔徑量測及改良式ASTM D5102之GR試驗儀;以連續變換水力坡降進行土壤-地工織物系統坡降比試驗,以探討織物於未伸張及張應變下之坡降比值及滲流量變化。試驗結果以織物有效開孔徑、透水速率變化、GR值、系統滲流量及土層滲透係數進行比較與討論。
織物開孔徑量測與透水速率試驗結果顯示,三種經緯向絲線線寬相同交織而成之織布的開孔徑皆隨張應變增加而增加,有效開孔徑與張應變呈凹口向上之曲線關係,另一種由粗細不同經線有規則排列編織而成之織布(織布W)的開孔徑隨張應變增加而降低,有效開孔徑與張應變呈凹口向下之曲線關係。
織物開孔徑(O95、O50、O15)與透水速率之相關性結果顯示,GTBR、GTBS及GTG於張應變7.5 %以內,隨張應變增加的改變幅度相似,超過張應變7.5 %以後,透水速率改變幅度比開孔徑(O95、O50、O15)來的大;GTW之織物開孔徑與透水速率隨張應變之改變幅度無直接相關性。
坡降比試驗結果顯示,在低水力坡降時,四種織布皆隨張應變增加而無明顯的GR值改變,在中、高水力坡降時,GTBR及GTBS之GR值皆隨張應變增加而逐漸降低;GTG於前半段GR值隨張應變增加而逐漸升高,後半段隨張應變增加而逐漸降低;織布W之GR值隨張應變增加而增加,到張應變7.5 %阻塞情形會再下降,之後會隨張應變增加而阻塞。系統滲流量隨水力坡降增加有逐漸增加的現象,土層滲透係數k12及k23隨試驗延時增加有逐漸降低的現象。
英文摘要 The influence of tensile strain on the filtration characteristics of slit-film woven geotextiles were investigated in this study. Apparatus have been designed and built for determining pore size distribution, measuring flow rate through plain geotextile, and conducting a gradient ratio test. A unidirectional strained geotextile specimen was secured by clamping a pair of steel ring on the specimen; three experiments were carried out collaborated with the clamping specimen. Four geotextiles, designated as BR, BS, G and were employed to carry out the experiments. The geotextile were stretched to 2.5%, 5%, 7.5% and 10% strains prior to installation in apparatus.
The experimental results show: (1) The AOS of the BR, BS and G geotextiles were Increase with the increase in tensile strain, but the W geotextile had opposite trend. (2) The BR, BS, and G geotextiles have similar relationships between the opening size, seepage rate and the tensile strain for the geotextiles submitted to less than 7.5% tensile strain. Geotextile W showed no clear correlation between the opening size, seepage rate and the tensile strain. (3) Tensile strain has insignificant effect on the GR value for the four tested geotextiles when the soil-geotextile system was subjected to low hydraulic gradient water flow.
論文目次 目錄
目錄 I
表目錄 IV
圖目錄 VI
第一章 序論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 研究方法 1
1.3 內容架構 2
第二章 文獻回顧 3
2.1 地工織物之開孔徑分佈量測 3
2.1.1 織物孔徑結構 3
2.1.2 織物孔徑量測 4
2.2 地工織物之水力特性 5
2.2.1 過濾排水現象 5
2.3 地工織物過濾排水之相關研究及應用 7
2.3.1 張應變影響土壤-織物過濾行為之相關研究 10
第三章 研究計畫與實驗方法 17
3.1 研究計畫 17
3.1.1 試驗規劃 17
3.1.2 試驗項目與流程 17
3.2 試驗材料之基本性質 20
3.2.1 地工織物基本性質 20
3.2.2 土壤材料基本性質 23
3.3 試驗設備 25
3.3.1 地工織物伸張設備 25
3.3.2 地工織物透水速率試驗設備 28
3.3.3 地工織布開孔徑分佈量測試驗設備 29
3.3.4 土壤-地工織物系統過濾試驗設備 31
3.4 試驗簡介與試驗方法 37
3.4.1 地工織物伸張步驟 37
3.4.2 地工織布透水速率試驗步驟 40
3.4.3 地工織物開孔徑分佈量測試驗步驟 42
3.4.4 土壤-地工織物系統過濾試驗步驟 44
3.5 試驗結果分析方法 48
3.5.1 水力坡降比之計算方法 48
3.5.2 土層滲透係數之定義 49
第四章 實驗結果分析討論 50
4.1 織物之張力-應變關係 50
4.2 織物開孔徑量測試驗結果 56
4.2.1 GTBR 56
4.2.2 GTBS 58
4.2.3 GTG 59
4.2.4 GTW 61
4.2.5 開孔徑量測試驗之綜合討論 62
4.3 織物透水速率試驗結果 74
4.3.1 GTBR 75
4.3.2 GTBS 75
4.3.3 GTG 76
4.3.4 GTW 77
4.4 織布開孔徑與透水速率之相關性 78
4.4.1 GTBR 79
4.4.2 GTBS 79
4.4.3 GTG 80
4.4.4 GTW 81
4.5 土壤-地工織物系統之過濾試驗結果 82
4.5.1 土壤-織布GTBR過濾系統 82
4.5.2 土壤-織布GTBS過濾系統 89
4.5.3 土壤-織布GTG過濾系統 95
4.5.4 土壤-織布GTW過濾系統 102
第五章 結論與建議 109
5.1 結論 109
5.2 建議 110
參考文獻 111

表目錄
表3.1織物基本性質 21
表3.2試驗土壤基本性質 24
表3.3分級玻璃珠粒徑一覽表 43
表4.1織物張力強度與尖峰強度下對應之張應變 51
表4.2織物伸張試驗之張力變化表 51
表4.3織物開孔徑試驗結果整理 62
表4.4織物透水速率試驗結果整理 74
表4.5織布開孔徑與透水速率之相關性結果整理 78
表4.6伸張織物GTBR之GR試驗值 83
表4.7伸張織物GTBR坡降比試驗之(GR)修正值 83
表4.8伸張織物GTBR之系統滲流率 85
表4.9伸張織物GTBR之滲透係數(k12、k23) 86
表4.10伸張織布GTBR之土壤流失量 88
表4.11伸張織物GTBS之GR試驗值 90
表4.12伸張織物GTBR坡降比試驗之(GR)修正值 90
表4.13伸張織物GTBS之系統滲流率 91
表4.14伸張織物GTBS之滲透係數(k12、k23) 93
表4.15伸張織布BS之土壤流失量 94
表4.16伸張應變織物GTG之GR試驗值 96
表4.17伸張織物GTG坡降比試驗之(GR)修正值 96
表4.18伸張應變織物GTG之系統滲流率 98
表4.19伸張應變織物GTG之滲透係數(k12、k23) 100
表4.20伸張織布GTG之土壤流失量 101
表4.21伸張應變織物GTW之GR試驗值 103
表4.22伸張織物GTW坡降比試驗之(GR)修正值 103
表4.23伸張應變織物GTW之系統滲流率 105
表4.24伸張應變織物GTW之滲透係數(k12、k23) 106
表4.25伸張織布W之土壤流失量 108

圖目錄
圖2.1織物孔隙通道示意圖(Fischer ,1994) 3
圖2.2土壤顆粒與地工織物孔隙通道示意圖(王瑞鴻,2006) 4
圖2.3水銀滲入法量測之織物開孔徑分佈(Holtz and Luna ,1989) 5
圖2.4阻塞機制圖 (Rollin et al.,1988) 6
圖2.5堵塞機制圖 (Rollin et al.,1988) 6
圖2.6遮蔽機制圖 (Rollin et al.,1988) 7
圖2.7黏土-織物系統阻留準則適用性探討試驗設置圖( ,1993) 8
圖2.8系統滲透係數與織物開孔徑關係圖( ,1993) 9
圖2.9隨時間變化之土壤水頭變化圖(Fannin et al.,1996) 9
圖2.10阻留準則試驗之土壤顆粒通過織物之重量(Fannin et al.,1996) 10
圖2.11織物伸張及未伸張之流率變化圖-(a)織布 (Fourie and Kuchena ,1995) 12
圖2.12織物伸張及未伸張之流率變化圖(續)- (b)不織布 (Fourie and Kuchena ,1995) 12
圖2.13織物有效開孔徑與張應變關係圖(Wu et al., 2008) 13
圖2.14織布開孔徑變化曲線圖-(a) 織布I (Wu et al., 2008) 13
圖2.15織布開孔徑變化曲線圖-(a) 織布II (Wu et al., 2008) 14
圖2.16織布I、II透水速率與張應變關係圖(Wu et al., 2008) 14
圖2.17不織布I、II透水速率與張應變關係 (Wu et al., 2008) 15
圖2.18織布開孔徑變化曲線圖-(a) 不織布I (Wu et al., 2008) 15
圖2.19織布開孔徑變化曲線圖-(a) 不織布II (Wu et al., 2008) 16
圖3.1試驗項目 18
圖3.2研究試驗流程圖 19
圖3.3 GTBR 21
圖3.4 GTBS 22
圖3.5 GTG 22
圖3.6 GTW 23
圖3.7試驗土壤之粒徑分佈曲線 24
圖3.8改繪自ASTM D4595規範之地工織物寬幅拉伸試驗示意圖 26
圖3.9織物拉伸試驗機示意圖 26
圖3.10織物拉伸試驗機照片 27
圖3.11地工織物透水速率試驗設備照片 28
圖3.12地工織物開孔徑分佈量測試驗設備示意圖 (王瑞鴻,2006) 29
圖3.13地工織物開孔徑分佈量測試驗設備照片-側視圖 (王瑞鴻,2006) 30
圖3.14地工織物開孔徑分佈量測試驗設備照片-上視圖 (王瑞鴻,2006) 30
圖3.15 ASTM D5101 型式波降比試驗透水示意圖 33
圖3. 16改良之坡降比試驗整體示意圖 34
圖3.17改良之透水儀示意圖 35
圖3.18改良之透水儀配件照片 36
圖3.19固定地工織物之流程 38
圖3.20地工織物伸張後之試體取樣過程照片-織物拉伸之預定應變 39
圖3.21 AB膠塗抹範圍示意圖(有顏色為AB膠塗抹範圍) 39
圖3.22地工織物透水速率試驗流程 41
圖3.23地工織物開孔徑分佈量測試驗流程 43
圖3.24地工織物之坡降比試驗流程 47
圖4.1 GTBR張力與應變關係 52
圖4.2 GTBS張力與應變關係 52
圖4.3 GTG張力與應變關係 53
圖4.4 GTW張力與應變關係 53
圖4.5 GTBR 張力強度與單位面積質量關係 54
圖4.6張力強度與單位面積質量關係 54
圖4.7 GTG張力強度與單位面積質量關係 55
圖4.8 GTW張力強度與單位面積質量關係 55
圖4.9不同扁絲織布之張力與應變關係 56
圖4.10 GTBR之開孔徑分佈曲線 57
圖4.11 GTBR開孔徑(O95、O50、O15)與張應變之關係 57
圖4.12 GTBS之開孔徑分佈曲線 58
圖4.13 GTBS開孔徑(O95、O50、O15)與張應變之關係 59
圖4.14 GTG之開孔徑分佈曲線 60
圖4.15 GTG開孔徑(O95、O50、O15)與張應變之關係 60
圖4.16 GTW之開孔徑分佈曲線 61
圖4.17 GTW開孔徑(O95、O50、O15)與張應變之關係 62
圖4.18 50倍顯微鏡下的未伸張GTBR照片 63
圖4.19 50倍顯微鏡下的伸張2.5%GTBR照片 64
圖4.20 50倍顯微鏡下的伸張5%GTBR照片 64
圖4.21 50倍顯微鏡下的伸張7.5%GTBR照片 65
圖4.22 50倍顯微鏡下的伸張10%GTBR照片 65
圖4.23 50倍顯微鏡下的未伸張GTBS照片 66
圖4.24 50倍顯微鏡下的伸張2.5%GTBS照片 66
圖4.25 50倍顯微鏡下的伸張5%GTBS照片 67
圖4.26 50倍顯微鏡下的伸張7.5%GTBS照片 67
圖4.27 50倍顯微鏡下的伸張10%GTBS照片 68
圖4.28 50倍顯微鏡下的伸張0%GTG照片 69
圖4.29 50倍顯微鏡下的伸張2.5%GTG照片 69
圖4.30 50倍顯微鏡下的伸張5%GTG照片 70
圖4.31 50倍顯微鏡下的伸張7.5%GTG照片 70
圖4.32 50倍顯微鏡下的伸張10%GTG照片 71
圖4.33 50倍顯微鏡下的伸張0%GTW照片 71
圖4.34 50倍顯微鏡下的伸張2.5%GTW照片 72
圖4.35 50倍顯微鏡下的伸張5%GTW照片 72
圖4.36 50倍顯微鏡下的伸張7.5%GTW照片 73
圖4.37 50倍顯微鏡下的伸張10%GTW照片 73
圖4.38 GTBR透水速率與張應變之關係 75
圖4.39 GTBS透水速率與張應變之關係 76
圖4.40 GTG透水速率與張應變之關係 77
圖4.41 GTW透水速率與張應變之關係 78
圖4.42 GTBR之開孔徑尺寸與透水速率關係圖 79
圖4.43織物BS之開孔徑尺寸與透水速率關係圖 80
圖4.44 GTG之開孔徑尺寸與透水速率關係圖 80
圖4.45 GTW之開孔徑尺寸與透水速率關係圖 81
圖4.46土壤-織布GTBR過濾系統於各伸張應變下之GR值與延時關係 83
圖4.47伸張織物GTBR坡降比試驗之(GR)修正值 84
圖4.48土壤-織布GTBR過濾系統於各伸張應變下之流率 85
圖4.49土壤-織布GTBR過濾系統於各伸張應變下之滲透係數k12 87
圖4.50土壤-織布GTBR過濾系統於各伸張應變下之滲透係數k23 87
圖4.51土壤-織布GTBR過濾系統於各伸張應變下之土壤流失量 88
圖4.52土壤-織布GTBS過濾系統於各伸張應變下之GR值與延時關係 90
圖4.53伸張織物GTBS坡降比試驗之(GR)修正值 91
圖4.54土壤-織布GTBS過濾系統於各伸張應變下之流率 92
圖4.55土壤-織布GTBS過濾系統於各伸張應變下之滲透係數k12 93
圖4.56土壤-織布GTBS過濾系統於各伸張應變下之滲透係數k23 94
圖4.57土壤-織布GTBS過濾系統於各伸張應變下之土壤流失量 95
圖4.58土壤-織布GTG過濾系統於各伸張應變下之GR值與延時關係 97
圖4.59伸張織物GTG坡降比試驗之(GR)修正值 97
圖4.60土壤-織布GTG過濾系統於各伸張應變下之流率 99
圖4.61土壤-織布GTG過濾系統於各伸張應變下之滲透係數k12 100
圖4.62土壤-織布GTG過濾系統於各伸張應變下之滲透係數k23 101
圖4.63土壤-織布GTG過濾系統於各伸張應變下之土壤流失量 102
圖4.64土壤-織布GTW過濾系統於各伸張應變下之GR值與延時關係 104
圖4.65伸張織物GTW坡降比試驗之(GR)修正值 104
圖4.66土壤-織布GTW過濾系統於各伸張應變下之流率 105
圖4.67土壤-織布GTW過濾系統於各伸張應變下之滲透係數k12 107
圖4.68土壤-織布GTW過濾系統於各伸張應變下之滲透係數k23 107
圖4.69土壤-織布W過濾系統於各伸張應變下之土壤流失量 108
參考文獻 參考文獻
1 王瑞鴻(2006),“張力作用對織物開孔徑之變化及其過濾特性之探討”,淡江大學土木工程研究所碩士論文,台北。
2 吳朝賢(1990),“地工織物過濾功能之應用考量”,地工技術雜誌,第32期,第41-55頁。
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20 Wu, C. S., Hong, Y. S., and Wang, R.H. (2008) “The Influence of Uniaxial Tensile Strain on the Pore Size and Filtration Characteristics of Geotextiles”. Geotextiles and Geomembranes, Vol. 26, pp. 250-262.
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