本研究旨在探討新型土釘的受力機制與行為模式，使土釘於地質條件不佳條件下能有效提供拉出阻抗能力。以大型拉出試驗儀器做單釘試驗，傳統灌漿釘以三種不同釘徑40 mm、60 mm、80 mm與節瘤釘做對比，擴座節瘤直徑有40 mm、60 mm、80 mm、100 mm四種，探討不同直徑節瘤釘以及不同間距下對拉出阻抗的影響，及其拉出行為。由試驗得知：（1）傳統灌漿釘因表面摩擦力在於極小拉出位移（8.1 mm - 11.3 mm）即發揮尖峰拉出力，節瘤直徑40 mm與60 mm之單一節瘤桿則產生被動阻抗，於峰後軟化現象減少，拉出行為似完全塑性狀態。（2）單一節瘤釘因被動阻抗產生，在大位移時才完全發揮出力量，甚至在位移60 mm時能力還會持續上升。（3）傳統灌漿釘之視摩擦係數，隨釘徑越大其值越小，而單一節瘤釘之互制係數，則隨釘徑越大其值越大。（4）純螺桿裝設節瘤時能提升拉出阻抗，但當節瘤直徑於螺桿直徑相差不多時，其阻抗能力還是來自於螺桿的摩擦，（5）雙節瘤釘之互制係數為1.077- 1.759，單一節瘤桿為0.749-1.110，傳統灌漿釘則為0.582–0.449，節瘤所產生之被動阻抗優於灌漿釘之摩擦行為（6）單一節瘤型土釘於直徑40 mm-80 mm較同尺寸之傳統灌漿釘，其抗拉能力優於11%至94%。（7）土中土壓計於土釘周圍所監測得到正向應力變化，有呈現出砂土因被動擠壓產生剪脹，正向應力增大為覆土壓力之4倍之情況。（8）藉由試驗結果所推判之方程式，現場施工可依此預估單一節瘤釘在不同直徑或者雙節瘤釘於不同釘徑且不同間距下之阻抗能力。

The objective of this project is to develop force mechanism of soil nail with knot. Pullout resistance can be more effectively developed when used in poor geological conditions. Large sand box were used to do single nail pull out test. Conventional grout nails were compared with three different nail diameters of 40 mm, 60 mm, 80 mm. Four type of knots diameters were 40 mm, 60 mm, 80 mm, 100 mm. To explore the effects and pillout behavior of different diameter knots and different knot spacing for soil nail. The test results showed that: (1) Conventional grouted nails developed peak pullout force at a displacement of within 8.1 mm.- 11.3 mm. Pullout behavior for soil nail with knots diameter of 40 mm, 60 mm were like the fully plastic state because of the passive resistance. (2) Because of the passive resistance, soil nails with one knot needed larger displacement to reach peak pullout force, and soil nails with one knot for pullout force continued to rise at 60 mm displacement. (3) The friction coefficient of Conventional grout nails were smaller when nail diameters were bigger. But, the interaction coefficient   of soil nails with one knot were bigger when nail diameters were bigger. (4) Adding knot on screw can increase pullout resistance, but when the knot’s diameter is too similar to screw’s diameter, the ability of pullout resistance is provided by screw’s friction resistance. (5) The interaction coefficient of soil nails with two knots were 1.077~1.759. The interaction coefficient of soil nails with one knot were 0.749~1.110. The interaction coefficient of conventional grouted were 0.582~1.449. (6) The pullout force for soil nail with knots diameter of 40 mm~80 mm were better then the grouted nail with same of nails diameter by 11%~94%. (7) Because the passive behavior pushed the sand which’s volume increases, the normal pressure of pressure gauge was about 4 times 120 kpa. (8) According the equation of experient, the industy can estimate the pullout resistance force for soil nail with one knot or soil nail with two knots in differient spacing.

目錄
目錄	I
圖目錄	IV
表目錄	VIII
第一章	緒論	1
1.1 研究動機與目的	1
1.2 研究方法	2
1.3 論文組織及研究內容	3
第二章 文獻回顧	4
2.1 土釘加勁原理與機制	4
2.2 現地土釘不完全灌漿之研究	6
2.2.1 Jayawickrama 等人(2007)之研究	7
2.3 錨板（Anchor plates）破壞機制與拉出試驗	9
2.3.1 Milligan & Tei(1998)之研究	9
2.3.2 Wang & Wu（1980）之研究	12
2.3.3 Biarez等人（2017）之研究	12
2.3.4 Choudhary & Dash （2017）之研究	13
2.4 土釘相關拉出試驗與理論模式	16
2.4.1 Milligan & Tei（1998）之研究	17
2.4.2 楊尚恆（2001）之研究	20
2.4.3 Hong等人（2003）之研究	22
2.4.4 陳韋成（2007）之研究	25
2.4.5 莊晉誠（2003）之研究	26
2.4.6 卓育賢（2017）之研究	30
2.4.7 游原暉（2018）之研究	33
第三章 試驗計畫與內容	34
3.1 拉出試驗規劃	34
3.2 砂土基本性質	34
3.3 大型土釘拉出試驗儀	38
3.4 土釘型式與製作	49
3.5 土釘拉出試驗方式	52
3.5.1 計讀設備	52
3.5.2 土釘拉出儀校正	52
3.5.3 砂箱試體準備與過程	58
第四章 試驗結果與分析	63
4.1 覆土壓力檢核	63
4.2 傳統灌漿釘	65
4.2.1 傳統灌漿釘拉出行為	65
4.2.2 界面摩擦角	67
4.3 節瘤型土釘	69
4.3.1 單一節瘤釘之拉出行為	69
4.3.2	雙節瘤釘不同節瘤間距之拉出行為	73
4.4 拉出行為之綜合比較	79
4.4.1 拉出力所需之位移量	81
4.4.2 單一節瘤之貢獻	81
4.4.3節瘤之互制係數	82
4.4.4節瘤間距之影響	83
4.5 拉出過程正向應力變化情形	85
4.6 節瘤型土釘拉出阻抗計算模式	91
第五章 結論	94
5.1 結論	94
5.2 建議	96
參考文獻	97


 
圖目錄
圖2.1 土釘結構受力機制示意圖	6
圖2.2 蘇花公路於地質惡劣下土釘施做情形（自由時報，2012）	7
圖2.3 灌漿未達設計深度 （Jayawickrama 等人，2007）	8
圖2.4 坍孔影響之灌漿不確實 （Jayawickrama 等人，2007）	8
圖2.5 水平錨版破壞模式 （Dickin & Leung，1985）	10
圖2.6 H/h=3 之破壞型式 （Dickin & Leung，1985）	10
圖2.7 H/h=5 之破壞型式 （Dickin & Leung，1985）	11
圖2.8 H/h=7 之破壞型式 （Dickin & Leung，1985）	11
圖2.9 Biarez等人實驗之深層破壞機制 （Biarez等人，1965）	12
圖2.10 相對密度75%深層錨版破壞情況（a）H/h=1（b）H/h=3（c）H/h=5（d）H/h=7（Choudhary & Dash，2017）	15
圖2.11 不同深度與相對密度下之破壞機制（Choudhary & Dash ，2017）	15
圖2.12 一般拉出試驗儀示意圖 （Raju等人，1996）	16
圖2.13 模型土釘於不同長徑比之視摩擦係數 （楊尚恆，2001 ）	21
圖2.14 模型土釘於不同覆土壓力之視摩擦係數 （楊尚恆，2001）	21
圖2.15 土釘表面視摩擦係數與粗糙因子之關係 （Hong等人，2003）	23
圖2.16 不同牙距之土釘埋設間距與群釘效應關係 （Hong等人，2003）	23
圖2.17 不同長徑比對視摩擦係數之影響 （Hong等人，2003）	24
圖2.18 土釘拉出行為與覆土壓力之關係 （陳韋成，2007）	25
圖2.19 土釘拉出設備圖 （莊晉誠，2003）	27
圖2.20 土體密度對灌漿釘拉拔強度之影響 （莊晉誠，2003）	28
圖2.21 灌漿釘於不同坍孔率土體中拉拔強度之變化（莊晉誠，2003）	28
圖2.22 於95%MPDF灌漿壓力及水灰比與灌漿釘拉拔強度之關係（莊晉誠，2003）	29
圖2.23 於75%MPDF灌漿壓力及水灰比與灌漿釘拉拔強度之關係（莊晉誠，2003）	29
圖2.24 連續型節瘤預鑄釘拉出力-位移關係 卓育賢（2017）	32
圖2.25 傳統灌漿釘拉出力-位移關係 卓育賢（2017）	32
圖3.1 試驗用石英砂顆粒形狀（朱志峯，2006）	37
圖3.2 石英砂粒徑分佈曲線（朱志峯，2006）	37
圖3.3 拉出試驗儀構造三視圖	41
圖3.4 拉出試驗儀	42
圖3.5 孔徑42 mm(左上)、62 mm(右上)、82 mm(左下)、102 mm(右下)之孔位板	42
圖3.6 土壓計	43
圖3.7 剛性覆鈑上之螺栓孔	43
圖3.8 灑砂器	44
圖3.9 灑砂器之灑砂口	44
圖3.10 灑砂器速度控制箱	45
圖3.11 天車吊架	45
圖3.12 拉出設備速率控制箱	46
圖3.13 高強度螺帽鎖上荷重元與滑桿	46
圖3.14 拉出滑桿	47
圖3.15 轉接器示意圖（a）轉接器（b）轉接器組裝完成圖	48
圖3.16 擴座節瘤型式（a）節瘤相片（b）節流尺寸示意圖	49
圖3.17 鋼材螺桿	50
圖3.18 螺桿尾端車牙以連結轉接器與荷重元	50
圖3.19 土釘尾端連結轉接器	51
圖3.20 傳統灌漿釘	51
圖3.21 iNET-100數據擷取器	52
圖3.22 荷重計	54
圖3.23 荷重計校正方式	54
圖3.24 荷重計校正結果	55
圖3.25 土壓計校正方式	55
圖3.26 土壓計1校正結果	56
圖3.27 土壓計2校正結果	56
圖3.28 LVDT校正結果	57
圖3.29 氣壓錶	57
圖3.30 控制霣降速度示意圖	59
圖3.31 相對密度試驗之試體放置	59
圖3.32 相對密度試驗	60
圖3.33 土釘安裝	60
圖3.34 以鋼製刮尺整平砂土表面	61
圖3.35 以起重機架上氣囊裝置	61
圖3.36 鎖上剛性螺栓之覆鈑	62
圖4.1 土中土壓計安裝位置	63
圖4.2 覆土壓力監測結果	64
圖4.3 不同釘徑之傳統灌漿釘示意圖	66
圖4.4 傳統灌漿釘之拉出力-位移曲線	66
圖4.5 單一節瘤與純螺桿	70
圖4.6 純螺桿與單一節瘤之拉出力-位移	70
圖4.7 不同間距之60 mm節瘤型土釘	75
圖4.8 不同間距之80 mm節瘤型土釘	75
圖4.9 不同間距之100 mm節瘤型土釘	76
圖4.10 節瘤直徑60 mm於不同間距之拉出力-位移曲線	77
圖4.11 節瘤直徑80 mm於不同間距之拉出力-位移曲線	77
圖4.12 節瘤直徑100 mm於不同間距之拉出力-位移曲線	78
圖4.13 不同類型之釘徑與尖峰拉出力之關係	80
圖4.14 節瘤間距與發揮百分比之關係	84
圖4.15 土中土壓計放置示意圖	86
圖4.16 單一節瘤直徑80 mm之拉出力與正向應力變化	87
圖4.17 節瘤直徑100 mm於間距為直徑2倍之拉出力與正向應力變化	87
圖4.18 節瘤直徑100 mm於間距為直徑3倍之拉出力與正向應力變化	88
圖4.19 節瘤直徑80 mm於間距為直徑1倍之拉出力與正向應力變化	88
圖4.20 節瘤直徑80 mm於間距為直徑1.5倍之拉出力與正向應力變化	89
圖4.21 節瘤直徑80 mm於間距為直徑4倍之拉出力與正向應力變化	89
圖4.22 節瘤直徑100 mm於間距為直徑1倍之拉出力與正向應力變化	90
圖4.23 節瘤直徑100 mm於間距為直徑1.5倍之拉出力與正向應力變化	90
圖4.24 兩顆節瘤之土釘拉出行為假想圖（a）模式一（b）模式二	92

 

表目錄
表2.1 土釘極限拉出阻抗 (Elias & Juran，1991)	5
表2.2 參數α、β （Choudhary & Dash，2017）	14
表2.3 各類型土釘拉出試驗結果 卓育賢（2017）	31
表3.1 No.201號砂粒徑分佈參數（朱志峯，2006）	36
表3.2 No.201基本性質相關參數（朱志峯，2006）	36
表3.3 摩擦角與圍壓、相對密度彙整（朱志峯，2006）	36
表3.4 k_0與圍壓、相對密度彙整（朱志峯，2006）	36
表4.1 不同類型之土釘拉出結果	71
表4.2 兩顆節瘤釘預測結果	93

1.	自由時報（2012），「交部明年將評估花東快速路可行性／蘇花路搶修 最快29日通行小客車」，民國101年12月25號報導。
2.	楊尚恆（2001），「砂土層中土釘拉出之實驗研究」，私立淡江大學土木工程研究所，碩士論文，台北。
3.	莊晉誠（2003），「土釘拉拔強度影響因素之探討與驗證」，私立中華大學土木工程研究所，碩士論文，新竹。
4.	紀柏全（2005），「粗糙因子對單釘及雙釘拉出行為之探討」，私立淡江大學土木工程研究所，碩士論文，台北。
5.	朱志峯（2006），「土釘拉出行為的實驗與理論探討」，私立淡江大學土木工程研究所，碩士論文，台北。
6.	陳韋成（2007），「尺寸效應對群釘拉出阻抗的影響」，私立淡江大學土木工程研究所，碩士論文，台北。
7.	卓育賢（2017），「高性能預鑄型土釘拉出阻抗之初步研究」，私立淡江大學土木工程研究所，碩士論文，台北。
8.	游原暉（2018），「節瘤型土釘之最佳節瘤間距之研究」，私立淡江大學土木工程研究所，碩士論文，台北。
9.	Biarez, I., Boucraut, L. M., and Negre, R. （1965）. “Limiting equilibrium of vertical barriers subjected to translation and rotation forces.” In Proceedings of the 6th international conference on soil mechanics and foundation engineering Vol. 2, pp. 368-372. 
10.	Choudhary, A. K., and Dash, S. K. （2017）. “Load-carrying mechanism of vertical plate anchors in sand.” International Journal of Geomechanics, 
17 （5）, DOI: 10.1061/（ASCE）GM.1943-5622.0000813, 04016116. 
11.	Dickin, E. A., and Leung, C. F. （1985）. “Evaluation of design methods for vertical anchor plates”. Journal of Geotechnical Engineering, 111 （4）, pp.500-520. 
12.	McGown, A.,Murray, R.T. and Jewell, A. (1989) : “Statethe art report on reinforced soil,”Proc. 12th Int.Conf.SMFE,Rio de Janeiro, Vol.4, pp.2367-2648.
13.	Elias, V. and Juran, I.（1991）, “Soil nailing for stabilization of highway slopes and excavations,” Federal Highway Administration, FHWA-RD-89-198, 221P.
14.	Hong, Y.S., Wu, C.S. and Yang, S.H. （2003b）, “Pullout resistance of single and double nails in a model sandbox,” Canadian Geotechnical Journal, Oct.2003, Vol.40 Issue 5, pp.1039-1047.
15.	Jayawickrama, P. W., Tinkey, Y., Gong, J., and Turner, J. （2007）. “Non-Destructive Evaluation of Installed Soil Nails”, Federal Highway Administration, FHWA/TX-07-0-4484-1, 258P.
16.	Milligan, G. W. E., and Tei, k. （1998） "The pull-out resistance of model soil nails." Soils and Foundations, 38 （2）, pp:179-190.
17.	Raju, G. V. R. （1996）, “Behavior of nailed soil retaining structures,” Ph.D. Thesis, Nanyang Technological University, Singapore.
18.	Plumelle, C., Schlosser, F., Delage, P. and Knochenmus, G. （1990）, “French national research project on soil nailing: CLOUTERRE.” Geotechnical Special Publication, No. 25, ASCE, New York, pp. 660-675.
19.	Schlosser, F., and De Buhan, P. （1990）. “Theory and design related to the performance of reinforced soil structures.” In Performance of reinforced soil structures. pp. 1-14. Thomas Telford Publishing.
20.	Wang, M. C., and Wu, A. H. （1980）. “Yielding load of anchor in sand.” Proceeding of Application of Plasticity and Generalized Stress Strain in Geotechnical, ASCE, Reston, pp. 291-307.