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系統識別號 U0002-0503201314264800
中文論文名稱 張應變對針軋不織布過濾及阻留特性的影響
英文論文名稱 The influence of tensile strain on filtration and retention properties of needle-punched nonwoven geotextiles
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 101
學期 1
出版年 102
研究生中文姓名 許家綸
研究生英文姓名 Jia-Lun Hsu
學號 600380181
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2012-01-15
論文頁數 179頁
口試委員 指導教授-吳朝賢
委員-洪勇善
委員-楊國鑫
中文關鍵字 針軋不織布  張應變  開孔徑  透水速率  Giroud(1996)透水經驗式 
英文關鍵字 Needle-punched nonwoven geotextiles  Tensile strain  Pore size  Flow velocity  Giroud(1996)permeability experiential formul 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 本研究將三種不同的針軋不織布施以不同拉伸方向(機器方向、橫穿方向、雙向)與不同程度的張應變後,進行透水速率、開孔徑及厚度的量測,進而探討拉伸應變對地工不織布開孔徑及透水能力的影響,後續再根據Giroud(1996)透水經驗式去探討理論經驗式對受拉伸不織布透水性預測的適用性。
不織布拉伸試驗結果顯示,厚度隨著拉伸應變越大而逐漸變小,在相同應變下,不織布經單向拉伸後與未拉伸時的改變量比較,為機器方向改變量比橫穿方向大;而單向比雙向拉伸所造成的改變量小;孔隙率則皆隨應變增加而增加。
透水速率試驗結果顯示,三種不織布的透水速率皆隨張應變增加至5%而逐漸降低,但拉伸在較大應變區間(7.5%~20%)時透水速率隨應變增大而增加。在相同張應變程度的拉伸下,針軋不織布隨著厚度的增加,透水速率越慢。三種不同拉伸方式對三種不織布的透水速率的影響為,在相同應變下,不織布經單向拉伸後透水速率為機器方向比橫穿方向快,單向皆比雙向拉伸試體快。透水速率隨著拉伸應變的增加而降低後再上升,最低的透水速率都發生在5%張應變。
不織布開孔徑量測結果顯示,三種不織布的開孔徑皆隨張應變之增加而減少,三種不同厚度及不同拉伸方式的不織布,其開孔徑分佈曲線有相似的趨勢。在相同應變下,不織布經單向拉伸後開孔徑為機器方向比橫穿方向大,而單向皆比雙向拉伸試體大。
Giroud(1996)所提出之經驗與本研究結果相互比較結果為,當針軋不織布受張後造成孔隙率逐漸變大,孔隙率大於0.90後與經驗式之相互差異逐漸變大,其中以雙向最為明顯。本研究孔隙率計算方式為正向應力1 kPa及2 kPa下所量測之厚度,與Giroud (1996)在高正向應力下之方式不盡相同,因此造成 Giroud (1996)所提出之經驗式與本研究試驗結果之差異性。
英文摘要 The influence of uniaxial (machine direction, cross direction) and biaxial tensile strain on pore size distribution, seepage rate and thickness of three needle-punched nonwoven geotextiles were investigated in this study. Geotextile thickness upon tensile strain was used to calculate geotextile porosity and to validate Giroud’s(1996)formula using for permeability evaluation.

The geotextiles were stretched to 0%, 2%, 5%, 7.5%, 10% and 20% strains prior to installation in apparatus. The experimental results show: (1) Geotextile thickness is decreased with the increase in tensile strain. Under a specific tensile strain, tension in machine direction reduces more specimens’ thickness than cross direction dose. Furthermore, specimen subjected to biaxial tension reduces more thickness than the other two uniaxial tensions. (2) Flow rate slows down with the increase in tensile strain till 5% strain, but the trend reversed for specimen subjected to strains higher than 5%. (3) For all tested geotextiles, opening sizes (O95,O85,O50) are reduced with increasing tensile strain. All tested specimens have similar tendency in their pore size distribution curves. (4) For geotextile subjected to tensile strain, Giroud’s equation can not predict geotextile permeability properly.
論文目次 目錄I
表目錄IV
圖目錄V


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論文組織及研究內容 2
第二章 文獻回顧 4
2.1 地工織物簡介 4
2.2 地工織物開孔徑分佈 6
2.2.1織物孔徑結構的定義 6
2.2.2 織物孔徑之量測 6
2.3 地工織物的水力特性 10
2.4張應力-應變對地工合成材影響之相關研究 13
2.5張應變對地工織物開孔徑與透水速率影響之相關研究 16
第三章 研究計畫與試驗方法 28
3.1 研究計畫 28
3.2 試驗材料基本性質 28
3.3 設備的相關尺寸及功能 31
3.3.1 地工不織布拉伸-厚度量測設備 31
3.3.2 地工不織布透水速率試驗設備 33
3.3.3 地工不織布開孔徑分佈量測試驗設備 33
3.3.4 地工不織布纖維拉伸試驗設備 35
3.4 地工不織布單向拉伸下之相關試驗步驟與方法 43
3.4.1地工不織布單向拉伸-厚度試驗 43
3.4.2 地工不織布單向拉伸之透水速率試驗 43
3.4.3 地工不織布單向拉伸之開孔徑分佈量測試驗 44
3.5地工不織布雙向拉伸下之相關試驗步驟與方法 47
3.5.1地工不織布雙向拉伸-厚度試驗 47
3.5.2 地工不織布雙向拉伸之透水速率試驗 47
3.5.3 地工不織布雙向拉伸之開孔徑分佈量測試驗 48
3.6地工不織布纖維拉伸試驗步驟與方法 51
3.7 經驗公式參數研究 52
3.7.1流體基本理論: 52
3.7.2地工織物之運用推導 53
第四章 試驗結果分析與討論 58
4.1 張應變對厚度的影響 58
4.1.1地工不織布的單向拉伸-厚度關係 58
4.1.2地工不織布的雙向拉伸-厚度關係 59
4.1.3 地工不織布單向與雙向拉伸-厚度關係結果比較 60
4.2 地工不織布之拉伸-孔隙率變化關係 85
4.2.1地工不織布的單向拉伸-孔隙率變化 85
4.2.2地工不織布的雙向拉伸-孔隙率變化 87
4. 3 地工不織布的透水試驗 98
4.3.1地工不織布單向拉伸之透水試驗結果 98
4.3.2地工不織布雙向拉伸之透水試驗結果 100
4.3.3地工不織布拉伸之透水速率結果比較 101
4.4 地工不織布開孔徑量測結果 109
4.4.1地工不織布單向拉伸下之開孔徑 109
4.4.2地工不織布雙向拉伸下之開孔徑 112
4.4.3單向與雙向拉伸之O95、O85、O50結果比較 114
4.5 地工不織布纖維之微鏡觀察結果 149
4.6 試驗結果與經驗式比較 152
4.6.1開孔徑與厚度關係 152
4.6.2滲透係數關係 155
第五章 結論與建議 175
5.1結論 175
5.2 建議 176
參考文獻 177


表目錄

表2.1 針軋不織布的有效開孔徑(Hwang et al., 1998) 20
表3.1 針軋不織布的基本性質 (鄭淳軒,2009) 29
表3.2 玻璃珠粒徑 36
表3.3 Giroud (1996) 根據不同材料建議參數β值 57
表4.1本研究材料之β參數建議 157


圖目錄

圖2.1 織布種類介紹(摘自地工合成材料加勁擋土結構設計與施工手冊, 2001) 5
圖2.2 不織布織造方式(地工合成材料加勁擋土結構設計與施工手冊, 2001) 5
圖 2.3土壤顆粒與地工織物孔隙通道示意圖(Fischer, 1994) 8
圖 2.4織物孔隙通道示意圖(鄭淳軒,2009) 8
圖 2.5 水銀滲入法量測之織物開孔徑分佈 (Holtz and Luna ,1989) 9
圖2.6 正向應力與織物厚度關係(Palmeira and Gardoni,2002) 11
圖2.7 正向應力與織物孔隙比關係(Palmeira and Gardoni,2002) 11
圖2.8 正向應力與織物透水率關係(Palmeira and Gardoni,2002) 12
圖2.9織物受單向與雙向拉伸應力-應變曲線初始直線段(Giroud, 1992) 14
圖2.10地工格網單、雙向拉伸潛變試驗之時間-應變量比較(Kupec and McGown, 2004) 14
圖2.11地工織布應力-應變曲線(Rawal et al,2010) 15
圖2.12地工不織布應力-應變曲線(Rawal et al,2010) 15
圖2.13 織物伸張及未伸張之流率變化圖(織布)( Fourie and Kuchena, 1995) 21
圖2.14織物伸張及未伸張之流率變化圖(不織布)(Fourie and Kuchena, 1995) 21
圖2.15針軋不織布單位面積重量對滲透率與滲透係數之影響(Hwang et al., 1998) 22
圖2.16織布受雙向拉伸過濾孔徑之變化(Fourie and Addis, 1997) 22
圖2.17雙向張應力與織布W1有效開孔徑之變化(Fourie and Addis, 1999) 23
圖 2.18雙向張應力對玻璃珠通過織布W1百分比之影響(Fourie and Addis, 1999) 23
圖2. 19開孔徑與應變關係圖(Horace and Ochola, 1999) 24
圖2.20 織布張應變與開孔徑關係(Wu. et al., 2008) 25
圖2.21織布張應變與開孔徑關係(Wu. et al., 2008) 26
圖2.22物有效開孔徑與平均透水速率(Wu. et al., 2008) 27
圖3.1 研究流程 30
圖3.2 單向與雙向拉伸試驗儀器 37
圖3.3 上頂器儀器 37
圖3.4 透水試驗儀示意圖 38
圖3.5透水試驗儀 38
圖3.6 多功能力學拉伸機示意圖(鄭淳軒,2009) 39
圖3.7 多功能力學拉伸機 39
圖3.8 搖篩機示意圖(鄭淳軒,2009) 40
圖3.9 搖篩機儀器 40
圖3.10 顯微鏡下放大50倍之玻璃珠顆粒(鄭淳軒,2009) 41
圖3.11 迷你拉伸試驗儀示意圖 42
圖3.12 不織布纖維拉伸顯微鏡觀察儀器設備 42
圖3.13地工不織布伸張後之試體取樣過程照片 46
圖3.14雙向拉伸不織布示意圖 49
圖3.15 雙向拉伸不織布試體 49
圖3.16地工不織布伸張後之試體取樣過程照片 50
圖4.1 NW 1機器方向拉伸-厚度試驗結果(1 kPa) 61
圖4.2 NW 1機器方向拉伸-厚度試驗結果(2 kPa) 62
圖4.3 NW 1橫穿方向拉伸-厚度試驗結果(1 kPa) 63
圖4.4 NW 1橫穿方向拉伸-厚度試驗結果(2 kPa) 64
圖4.5 NW 2機器方向拉伸-厚度試驗結果(1 kPa) 65
圖4.6 NW 2機器方向拉伸-厚度試驗結果(2 kPa) 66
圖4.7 NW 2橫穿方向拉伸-厚度試驗結果(1 kPa) 67
圖4.8 NW 2橫穿方向拉伸-厚度試驗結果(2 kPa) 68
圖4.9 NW 3機器方向拉伸-厚度試驗結果(1 kPa) 69
圖4.10 NW 3機器方向拉伸-厚度試驗結果(2 kPa) 70
圖4.11 NW 3橫穿方向拉伸-厚度試驗結果(1 kPa) 71
圖4.12 NW 3橫穿方向拉伸-厚度試驗結果(2 kPa) 72
圖4.13 NW 1雙向拉伸-厚度試驗結果(1 kPa) 73
圖4.14 NW 1雙向拉伸-厚度試驗結果(2 kPa) 74
圖4.15 NW 2雙向拉伸-厚度試驗結果(1 kPa) 75
圖4.16 NW 2雙向拉伸-厚度試驗結果(2 kPa) 76
圖4.17 NW 3雙向拉伸-厚度試驗結果(1 kPa) 77
圖4.18 NW 3雙向拉伸-厚度試驗結果(2 kPa) 78
圖4.19 NW 1機器向、橫穿向及雙向拉伸-厚度比較(1 kPa) 79
圖4.20 NW 2機器向、橫穿向及雙向拉伸-厚度比較(1 kPa) 80
圖4.21 NW 3機器向、橫穿向及雙向拉伸-厚度比較(1 kPa) 81
圖4.22 NW 1機器向、橫穿向及雙向拉伸-厚度比較(2 kPa) 82
圖4.23 NW 2機器向、橫穿向及雙向拉伸-厚度比較(2 kPa) 83
圖4.24 NW 3機器向、橫穿向及雙向拉伸-厚度比較(2 kPa) 84
圖4.25 NW 1機器方向拉伸-孔隙率結果 89
圖4.26 NW 2機器方向拉伸-孔隙率結果 90
圖4.27 NW 3機器方向拉伸-孔隙率結果 91
圖4.28 NW 1橫穿方向拉伸-孔隙率結果 92
圖4.29 NW 2橫穿方向拉伸-孔隙率結果 93
圖4.30 NW 3橫穿方向拉伸-孔隙率結果 94
圖4.31 NW 1雙向拉伸-孔隙率結果 95
圖4.32 NW 2雙向拉伸-孔隙率結果 96
圖4.33 NW 3雙向拉伸-孔隙率結果 97
圖4.34 針軋不織布透水速率與機器向拉伸應變關係 103
圖4.35 針軋不織布透水速率與橫穿向拉伸應變關係 104
圖4.36 針軋不織布透水速率與雙向拉伸應變關係 105
圖4.37 針軋不織布NW 1的單向與雙向拉伸透水速率 106
圖4.38 針軋不織布NW 2的單向與雙向拉伸透水速率 107
圖4.39 針軋不織布NW 3的單向與雙向拉伸透水速率 108
圖4.40 針軋不織布NW 1機器方向拉伸下之開孔徑分佈曲線 116
圖4.41 針軋不織布NW 1在機器方向拉伸下之開孔徑與張應變關係 117
圖4.42針軋不織布NW 2機器方向拉伸下之開孔徑分佈曲線 118
圖4.43 針軋不織布NW 2在機器方向拉伸下之開孔徑與張應變關係 119
圖4.44針軋不織布NW 3機器方向拉伸下之開孔徑分佈曲線 120
圖4.45 針軋不織布NW 3在機器方向拉伸下之開孔徑與張應變關係 121
圖4.46 針軋不織布NW 1橫穿方向拉伸下之開孔徑分佈曲線 122
圖4.47 針軋不織布NW 1在橫穿方向拉伸下之開孔徑與張應變關係 123
圖4.48針軋不織布NW 2橫穿方向拉伸下之開孔徑分佈曲線 124
圖4.49 針軋不織布NW 2在橫穿方向拉伸下之開孔徑與張應變關係 125
圖4.50針軋不織布NW 3橫穿方向拉伸下之開孔徑分佈曲線 126
圖4.51 針軋不織布NW 3在橫穿方向拉伸下之開孔徑與張應變關係 127
圖4.52針軋不織布NW 1雙向拉伸下之開孔徑分佈曲線 128
圖4.53 針軋不織布NW 1在雙向拉伸下之開孔徑與張應變關係 129
圖4.54針軋不織布NW 2雙向拉伸下之開孔徑分佈曲線 130
圖4.55 針軋不織布NW 2在雙向拉伸下之開孔徑與張應變關係 131
圖4.56針軋不織布NW 3雙向拉伸下之開孔徑分佈曲線 132
圖4.57 針軋不織布NW 3在雙向拉伸下之開孔徑與張應變關係 133
圖4.58 針軋不織布NW 1單、雙向拉伸應變2.5%之開孔徑分佈曲線 134
圖4.59 針軋不織布NW 1單、雙向拉伸應變5.0%之開孔徑分佈曲線 135
圖4.60 針軋不織布NW 1單、雙向拉伸應變7.5%之開孔徑分佈曲線 136
圖4.61 針軋不織布NW 1單、雙向拉伸應變10.0%之開孔徑分佈曲線 137
圖4.62 針軋不織布NW 1單、雙向拉伸應變20.0%之開孔徑分佈曲線 138
圖4.63 針軋不織布NW 2單、雙向拉伸應變2.5%之開孔徑分佈曲線 139
圖4.64 針軋不織布NW 2單、雙向拉伸應變5.0%之開孔徑分佈曲線 140
圖4.65 針軋不織布NW 2單、雙向拉伸應變7.5%之開孔徑分佈曲線 141
圖4.66 針軋不織布NW 2單、雙向拉伸應變10.0%之開孔徑分佈曲線 142
圖4.67 針軋不織布NW 2單、雙向拉伸應變20.0%之開孔徑分佈曲線 143
圖4.68 針軋不織布NW 3單、雙向拉伸應變2.5%之開孔徑分佈曲線 144
圖4.69 針軋不織布NW 3單、雙向拉伸應變5.0%之開孔徑分佈曲線 145
圖4.70 針軋不織布NW 3單、雙向拉伸應變7.5%之開孔徑分佈曲線 146
圖4.71 針軋不織布NW 3單、雙向拉伸應變10.0%之開孔徑分佈曲線 147
圖4.72 針軋不織布NW 3單、雙向拉伸應變20.0%之開孔徑分佈曲線 148
圖4.73針軋不織布纖維於不同應變下之直徑變化 150
圖4.74 纖維直徑與拉伸應變之關係 151
圖4.75 不織布厚度、孔隙率與開孔徑關係Giroud(1996) 158
圖4.76 本研究材料機器方向拉伸後之厚度與開孔徑關係 159
圖4.77 本研究材料橫穿方向拉伸後之厚度與開孔徑關係 160
圖4.78 本研究材料雙向拉伸後之厚度與開孔徑關係 161
圖4.79不織布厚度厚度、孔隙率與開孔徑關係 162
圖4.80試驗結果厚度、單位面積質量與開孔徑關係 163
圖4.81 NW 1試驗結果與經驗式結果比較(1 kPa) 164
圖4.82 NW 1試驗結果與經驗式結果比較(2 kPa) 165
圖4.83 NW 2試驗結果與經驗式結果比較(1 kPa) 166
圖4.84 NW 2試驗結果與經驗式結果比較(2 kPa) 167
圖4.85 NW 3試驗結果與經驗式結果比較(1 kPa) 168
圖4.86 NW 3試驗結果與經驗式結果比較(2 kPa) 169
圖4.87經驗式與試驗結果之滲透係數關係(1 kPa) 170
圖4.88經驗式與試驗結果之滲透係數關係(2 kPa) 171
圖4.89孔隙率與滲透係數關係(1 kPa) 172
圖4.90孔隙率與滲透係數關係(2 kPa) 173
圖4.91孔隙率與參數beta關係 174
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論文使用權限
  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2013-03-06公開。
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