淡江大學覺生紀念圖書館 (TKU Library)
進階搜尋


下載電子全文限經由淡江IP使用) 
系統識別號 U0002-1109200913132900
中文論文名稱 地工合成物包裹砂柱試體之尺寸效應探討
英文論文名稱 The size effect on Geosynthetic-Encapsulated Sand Column Specimens
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 97
學期 2
出版年 98
研究生中文姓名 魏照榮
研究生英文姓名 Chao-Jung Wei
學號 695380906
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2009-07-21
論文頁數 124頁
口試委員 指導教授-吳朝賢
委員-洪永善
委員-劉家男
中文關鍵字 尺寸效應  砂樁  加勁  地工合成材  三軸試驗 
英文關鍵字 size effect  granular column  reinforced  geosynthetic  triaxial test 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 眾多土壤改良工法中,砂石樁改良法施工迅速,除了可傳遞荷重外,並能加速地盤排水及減少土壤沈陷,因此對砂石樁力學性質之研究為一重要且富價值之課題。打設於軟弱土層中之砂石樁,樁體上部結構易因側向束縛力不足而產生破壞,對砂石樁加勁可增加側向束縛應力並減少其破壞。由於試驗試體與現地砂石樁存在著尺寸效應,而尺寸效應對加勁效果有顯著之影響,故本研究主旨為探討其尺寸效應與加勁效果之關係。
試驗過程採用外包加勁,將加勁材縫製成圓管狀並包覆於砂柱試體外圍,進行實驗室靜態三軸試驗。模擬加勁砂石樁於土層中之應力-應變行為,探討地工合成材料以外包加勁砂石樁之效益,透過改變圍壓及試體尺寸來分析此複合結構之力學行為與尺寸關係。
經由改良之體積量測系統,量測加勁試體之體積變化,計算各軸向應變下加勁材之張應變。並以雙曲線模式模擬加勁材張力-應變關係,依此求取加勁材之張力,計算加勁材所提供之束縛應力,以分析加勁材對三種不同直徑試體所提供之加勁效果。
研究結果顯示:三軸試驗進行至軸向應變25%時,試體徑向應變尚未達加勁材最大張力所對應之應變,導致加勁試體軸差應力持續上昇並無尖峰值。而試體直徑越小,加勁後試體所發揮之視凝聚力越高,然而加勁材對試體發揮摩擦角並無明顯影響。
英文摘要 Granular columns were introduced into engineering practice to improve bearing capacity and reduce settlement in a weak or soft soil. This method is considered one of the most versatile and cost effective techniques for improving in-situ ground conditions.
Most granular columns that fail from bulging near the top are due to insufficient lateral support.Skirting the granular column by wrapping a geosynthetic liner around the top section of the column and enveloping the granular column in a membrane were proposed to strengthen the column. When vertical and coincident lateral deformations of the granular column occur under a vertical load, the encapsulating geosynthetic generates additional confining stress to the column.
Because the mechanical behavior of the granular material is usually controlled by the lateral confining pressure, the improvement in bearing capability from the geosynthetic-encapsulated granular column depends upon the mobilization of lateral or confining stresses exerted by the geosynthetic. The reinforcing effect of the granular column thus depends on the size of the specimen and the filled granular material.
Transferred the radial strain rate of sand column to the tensile rate of geosynthetic.Hyperbolic model was used to simulate tensile stress-strain relation of the geosynthetics.
Results from three geotextiles encapsulating sand specimen of three diameter size show: (1) Geotextile encapsulating sand column enhances the axial strength; the reinforced specimen exhibited significant apparent cohesive strength. (2)The size effect clearly increase with lower confining pressure; The small-size samples show significantly higher stress ratio.
論文目次 目錄
目錄 I
圖目錄 III
表目錄 VI
照片目錄 VII
第一章 序論 1
1-1 研究目的與動機 1
1-2 研究方法 1
1-3 研究架構與內容 2
第二章 文獻回顧 3
2-1 砂石樁工法 3
2-1-1 擠壓砂樁工法 4
2-1-2 震動揚實法 4
2-1-3 礫石樁工法 4
2-1-4 孔穴置入法 5
2-2 三軸試體之體積變化 5
2-3 試體外包加勁材之研究 5
2-4 加勁試體之破壞方式 6
2-5 相關加勁砂土之三軸實驗研究 7
第三章 試驗計劃與內容 23
3-1 試驗材料之基本性質 23
3-1-1 試驗砂土之基本性質 23
3-1-2 加勁材料基本性質 24
3-2 試驗儀器與設備 24
3-2-1 ELE Tri-Flex 2靜態三軸試驗儀 24
3-2-2 改良體積應變量測裝置 25
3-2-3 電腦系統萬能材料試驗儀 26
3-3 儀器校正 26
3-3-1 應力環校正 26
3-3-2 控壓系統量管校正 26
3-3-3 體積量測系統校正 27
3-4 加勁材拉伸試驗敘述 27
3-5 試驗施作程序 28
3-5-1 外包加勁膜之製作 28
3-5-2 試體準備與製作 28
3-5-3 控壓系統操作方法 29
第四章 試驗結果與討論 53
4-1 加勁材基本性質試驗 53
4-1-1 加勁材寬幅拉伸試驗 53
4-1-2 縫合加勁材寬幅拉伸試驗 53
4-1-3縫合前後加勁材拉伸試驗結果比較 54
4-1-4縫合後加勁材拉伸試驗結果模擬 54
4-2 靜態三軸試驗 54
4-2-1 未加勁試體之三軸試驗 54
4-2-2 顆粒形狀之影響 58
4-2-3 加勁試體之三軸試驗 59
4-2-4 外包加勁之影響 61
4-3尺寸效應 62
4-3-1軸差應力比 62
4-3-2體積應變 63
4-3-3圍壓增量 63
第五章 結論與建議 120
5.1 結論 120
5.2 展望與建議 120
參考文獻 122
---------------------------------
圖目錄
圖2-1 砂石樁破壞形式 10
圖2-2 擠壓砂樁工法 10
圖2-3 震動揚實法 10
圖2-4 礫石樁法 11
圖2-5 孔穴置入法 11
圖2-6 橡皮膜貫入效應 12
圖2-7 外包加勁試體試驗結果 12
圖2-8 單一隔框與複數格框之配置 13
圖2-9 不同材質格框加勁試體之應力-應變曲線 13
圖2-10 不同加勁材料之試驗結果p-q圖 14
圖2-11 不同加勁層數試體試驗結果 14
圖2-12 加勁與未加勁試體液化潛能評估結果 15
圖2-13 粗細粒料加勁試體試驗結果 15
圖2-14 纖維加勁三軸試體之破壞包絡線 16
圖2-15 不同纖維含量試體之應力-應變曲線 17
圖2-16 加勁織物安置方式 18
圖2-17 加勁安置位置與軸差壓力之關係 18
圖2-18 不同尺寸加勁試體之三軸剪力試驗結果 19
圖2-19 黏土層之加勁砂柱試體試驗 19
圖2-20 加勁層數與土壤承載力和沉陷之關係 20
圖2-21 加勁層數與砂柱式體膨脹量之關係 20
圖3-1 試驗用砂粒徑分佈曲線 31
圖3-2 三軸室構造 31
圖3-3 主要控制面板 32
圖3-4 荷重架操作面板 32
圖3-5 荷重架後方配置 33
圖3-6 荷重架 33
圖3-7 應力環 34
圖3-8 產生體積變化之因素 34
圖3-9 萬能試驗儀儀器結構 35
圖3-10 改良式夾具 35
圖3-11 應力環校正 36
圖3-12 體積量測系統校正-S管 36
圖3-13 體積量測系統校正-M管 37
圖3-14 體積量測系統校正-L管 37
圖3-15 不織布寬幅拉伸試驗試片規格 38
圖3-16 不織布縫合處寬幅拉伸試驗試片規格 38
圖3-17 外包不織布縫合方式 39
圖4-1 縫合與未縫合加勁材寬幅拉伸試驗結果 65
圖4-2 雙曲線模擬縫合加勁材拉伸試驗之張力-應變關係 65
圖4-3 金蘭灣砂未加勁5公分試體之應力-應變及體積關係 66
圖4-4 金蘭灣砂未加勁7公分試體之應力-應變及體積關係 67
圖4-5 金蘭灣砂未加勁10公分試體之應力-應變及體積關係 68
圖4-6 金蘭灣砂20kPa圍壓未加勁試體之應力-應變及體積關係 69
圖4-7 金蘭灣50kPa圍壓未加勁試體之應力-應變及體積關係 70
圖4-8 金蘭灣砂100kPa圍壓未加勁試體之應力-應變及體積關係 71
圖4-9 金蘭灣砂200kPa圍壓未加勁試體之應力-應變及體積關係 72
圖4-10 金蘭灣砂未加勁試體應力p-q圖 73
圖4-11 金蘭灣砂未加勁5公分試體之應力莫爾圓 73
圖4-12 金蘭灣砂未加勁7公分試體之應力莫爾圓 74
圖4-13 金蘭灣砂未加勁10公分試體之應力莫爾圓 74
圖4-14 渥太華砂未加勁5公分試體之應力-應變及體積關係 75
圖4-15 渥太華砂未加勁7公分試體之應力-應變及體積關係 76
圖4-16 渥太華砂未加勁10公分試體之應力-應變及體積關係 77
圖4-17 渥太華砂20kPa圍壓未加勁試體之應力-應變及體積關係 78
圖4-18 渥太華砂50kPa圍壓未加勁試體之應力-應變及體積關係 79
圖4-19 渥太華砂100kPa圍壓未加勁試體之應力-應變及體積關係 80
圖4-20 渥太華砂200kPa圍壓未加勁試體之應力-應變及體積關係 81
圖4-21 渥太華砂未加勁試體應力p-q圖 82
圖4-22 渥太華砂未加勁5公分試體之應力莫爾圓 82
圖4-23 渥太華砂未加勁7公分試體之應力莫爾圓 83
圖4-24 渥太華砂未加勁10公分試體之應力莫爾圓 83
圖4-25 次角狀與圓形顆粒未加勁5公分試體應力-應變及體積關係 84
圖4-26 次角狀與圓形顆粒未加勁7公分試體應力-應變及體積關係 85
圖4-27 次角狀與圓形顆粒未加勁10公分試體應力-應變及體積關係 86
圖4-28 次角狀與圓形顆粒20kPa圍壓未加勁試體應力-應變及體積關係 87
圖4-29 次角狀與圓形顆粒50kPa圍壓未加勁試體應力-應變及體積關係 88
圖4-30 次角狀與圓形顆粒100kPa圍壓未加勁試體應力-應變及體積關係 89
圖4-31 次角狀與圓形顆粒20kPa圍壓未加勁試體應力-應變及體積關係 90
圖4-32 渥太華砂加勁5公分試體之應力-應變及體積關係 91
圖4-33 渥太華砂加勁7公分試體之應力-應變及體積關係 92
圖4-34 渥太華砂加勁10公分試體之應力-應變及體積關係 93
圖4-35 渥太華砂20kPa圍壓加勁試體之應力-應變及體積關係 94
圖4-36 渥太華砂50kPa圍壓加勁試體之應力-應變及體積關係 95
圖4-37 渥太華砂100kPa圍壓加勁試體之應力-應變及體積關係 96
圖4-38 渥太華砂200kPa圍壓加勁試體之應力-應變及體積關係 97
圖4-39 渥太華砂5公分加勁試體應力路徑p-q圖 98
圖4-40 渥太華砂7公分加勁試體應力路徑p-q圖 98
圖4-41 渥太華砂10公分加勁試體應力路徑p-q圖 99
圖4-42 渥太華砂加勁試體發揮摩擦角與軸向應變關係 99
圖4-43 渥太華砂加徑試體視凝聚力與軸向應變關係 100
圖4-44 渥太華砂加勁5公分試體與未加勁試體之應力-應變及體積關係 101
圖4-45 渥太華砂加勁7公分試體與未加勁試體之應力-應變及體積關係 102
圖4-46 渥太華砂加勁10公分試體與未加勁試體之應力-應變及體積關係 103
圖4-47渥太華砂20kPa圍壓加勁與未加勁試體之應力-應變及體積關係 104
圖4-48 渥太華砂50kPa圍壓加勁與未加勁試體之應力-應變及體積關係 105
圖4-49渥太華砂100kPa圍壓加勁與未加勁試體之應力-應變及體積關係 106
圖4-50渥太華砂200kPa圍壓加勁與未加勁試體之應力-應變及體積關係 107
圖4-51渥太華砂5公分試體加勁軸差應力比與軸向應變關係 108
圖4-52渥太華砂7公分試體加勁軸差應力比與軸向應變關係 108
圖4-53渥太華砂10公分試體加勁軸差應力比與軸向應變關係 109
圖4-54渥太華砂5公分加徑試體徑向與軸向應變 109
圖4-55渥太華砂7公分加徑試體徑向與軸向應變 110
圖4-56渥太華砂10公分加徑試體徑向與軸向應變 110
圖4-57渥太華砂5公分加勁試體圍壓增量 111
圖4-58渥太華砂7公分加勁試體圍壓增量 111
圖4-59渥太華砂10公分加勁試體圍壓增量 112
------------------------------------------------------
表目錄
表3-1 三軸室規格 40
表3-2 荷重架機件規格 40
表3-3 萬能材料試驗機機件規格 41
表4-1 金蘭灣砂未加勁試體尖峰軸差應力、尖峰軸向應變與摩擦角 113
表4-2 金蘭灣砂未加勁試體體積膨脹量與最大壓縮量 113
表4-3 渥太華砂未加勁試體尖峰軸差應力、尖峰軸向應變與摩擦角 114
表4-4 渥太華砂未加勁試體體積膨脹量與最大壓縮量 114
表4-5 渥太華砂加勁試體於各軸向應變之軸差應力 115
表4-6 渥太華砂加勁試體體積膨脹量與最大壓縮量 115
表4-7 渥太華砂加勁試體之發揮摩擦角及視凝聚力 116
表4-8 渥太華砂各階段軸向應變下之軸差應力比 116
表4-9渥太華砂各階段軸向應變所對應之束縛應力 117
--------------------------------------------------
照片目錄
照片2-1 試驗前後之試體照片 21
照片2-2 格框加勁試體 21
照片2-3 試體破壞方式 22
照片2-4 加勁纖維破壞方式 22
照片3-1渥太華砂顯微顆粒(25X) 42
照片3-2渥太華砂顯微顆粒(50X) 42
照片3-3金蘭灣砂顯微顆粒(25X) 43
照片3-4金蘭灣砂顯微顆粒(50X) 43
照片3-5 三軸艙室 44
照片3-6 控壓系統操作面板 44
照片3-7 荷重架 45
照片3-8 應力環 45
照片3-9 改良體積應變量測裝置 46
照片3-10 萬能材料試驗機 46
照片3-11 應力環架校正 47
照片3-12 體積變化儀校正方式 47
照片3-13 加勁材寬幅拉伸試驗配置圖 48
照片3-14 縫合加勁材寬幅拉伸試驗配置圖 48
照片3-15 縫合完成之外包加勁膜 49
照片3-16 止水環密合度 49
照片3-17 橡皮模抽真空密合度 50
照片3-18 外包加勁膜密合度 50
照片3-19 顆粒狀砂土填裝示意圖 51
照片3-20 試體頂部密封 51
照片3-21 試體製作完成 52
照片3-22 試體架設完成 52
照片4-1 加勁材寬幅拉伸試驗過程 118
照片4-2 縫合加勁材寬幅拉伸試驗過程 118
照片4-3 縫合處應力集中現象 118
照片4-4 三軸試體頂蓋及底座貫入現象 119

參考文獻 1. 陳榮河(1989),「加勁擋土牆之分析與設計」,地工技術雜誌,第25期,pp. 46-61
2. 沈欽裕(1996),「地工合成物加勁砂石樁載重-沉陷關係初探」,碩士論文,淡江大學土木研究所,台北。
3. 林賢欽(1998),「地工合成物加勁砂石樁載重-沉陷關係」,碩士論文,淡江大學 土木研究所,台北。
4. 蔡君平(2006),「地工合成物包裹砂柱試體之應力-應變行為探討」,碩士論文,淡江大學土木研究所,台北。
5. 蔡伊雯(2007),「地工合成物水平加勁砂柱試體之力學行為之探討」,碩士論文,淡江大學土木研究所,台北。
6. Al-Refeai, T., (1985), “Constitute Behavior of Fabric vs. Fiber Reinforced Sand,” Ph. D. Thesis, The University of Michigan, Annbor,Michigan.
7. Bergado,D.T.,Chai,J.C.,Alfaro,M.C.,&Balasubremaniam, A.S., (1992),“Improvement Techniques of Soft Ground in Subsiding and Lowland Environment” , Division of Geotechnical and Transportation Engineering, Asian Institute of Technology, Bangkok Thailand,pp.56-60.
8. Brauns, J., (1978), “Initial Bearing Capacity of Stone Columns and Sand Piles,” Symposium on Soil Reinforcing and Stabilising Techniques, Stdney, Australia, pp.477-496.
9. Broms, B.B., (1977), “Triaxial Tests with Fabric-reinforced Soil,” Proceedings of the International Conference onthe Use of Fabric in Geotechnics, Vol. 3, pp. 129-134.
10. Broms, B.B., (1995), “Fabric Reinforced Soil,” Development in Deep Foundations and Ground Improvement Schemes, Balkerma, pp. 261-291.
11. Cai, F. and Li, G.X., (1994), “Granular Piles Reinforced with Geosynthetics,” In: Proceedings of the 5th International conference on geotextiles, geomembranes and related products. Singapore, Vol. 1, pp. 347-350.
12. Chandrasekaran, B., Broms, B. and Wong, K.S., (1989), “Strength of Fabric Reinforced Sand under Axissymmetric Loading,” Geotextiles and Geomembranes, Vol. 8, pp. 293-310.
13. Desai, C.S., (1972), “Nonlinear Analysis Using Spline Functions,” ASCE, Vol.98, No. SM9, pp. 967-971.
14. Duncan, J.M., and Chang, C., (1970), “Nonlinear Analysis of Stress and Strain in Soils,” ASCE, Vol.96, No. SM5, pp. 1629-1653.
15. Gray, D.H., and Al-Refeai, T, (1986), “Behavior of Fabric vs. Fiber-reinforced Sand,” Journal of Geotechnical Engineering Division, Vol. 112, No. 8, pp. 804-820.
16. Gray, D.H., and Ohashi, H., (1983), “Mechanics of Fiber Reinforcement in Sand,” Journal of Geotechnical Engineering. ASCE, Vol.109, No. 3, pp. 335-353.
17. Head, K. H., (1986), “Manual of Soil Laboratory Testing,”Vol.3, John Wiley & Sons, New York, U.S.A.
18. Haeri, S.M., Noorzad, R. and Osakoorouchi, A.M., (2000), “Effect of Geotextile Reinforcement on the Mechanical Behavior of Sand,”Geotextiles and Geomembranes, Vol. 18, pp. 385-402.
19. Hughes, J.M.O., and Withers, N.J., (1974), “Reinforcing of Soft Chohesive Soils with Stone Columns,” Ground Engineering, Vol. 7, pp. 42-49.
20. Janbu, N., (1963), “Soil Compressibility as Determind by Oedometer and Triaxial Test,” European Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Wissbaden,Germany, Vol. 1, pp. 19~25.
21. Kondner, R.L., (1963), “Hyperbolic Stress-Strain Response: Cohesive Soils,” ASCE, Vol.89, No.SM1, pp. 115-143.
22. Kulhawy, F.H., Duncan, J.M. and Seed, H.B., (1969), “Finite Element Analysis of Stresses and Movements in Embankments During Construction,” Research Report No. TE 69-4, University of California, Berkeley, CA., U.S.A.
23. Krishnaswamy, N.R. and Isaac, N.T., (1995), “Liquefaction Analysis of Saturated Reinforced Granular Soils,” Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 121, No. 9, pp. 645-651.
24. Lade, P.V., & Hernandez, S. B., (1977), “Membrane Penetration Effect in Unfrained Tests,” Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol.103, No.GT2, pp.109-125.
25. Lambe, T.W. and Whitman, R.V. (1979), “Soil Mechanics,” John Wiley.
26. Latha, G.M. and Murthy, V.S. (2007), “Effects of Reinforcement Form on The Behavior of Geosynthetic Reinforced Sand,” Geotextiles and Geomembranes, Vol. 25, pp. 23-32.
27. Madhavi M.R., Alamgir M. and Miura N. (1994), “Improving Granular Column Capacity by Geogrid Reinforcement,” In: Proceedings of the 5th International conference on geotextiles, geomembranes and related products. Singapore , Vol. 1, pp. 351-356.
28. McGown, A., Andrawes, K.Z. and Al-Hasani, M.M. (1978), “Effect of Inclusion Properties on the Behavior of Sand,” Geotechnique, Vol.28, No. 3, pp. 327-347.
29. Radoslaw, L. and Michalowski, F., (2003), “Triaxial Compression of Sand Reinforced with Fibers,” J. Geotech. and Geoenvir. Engrg., Vol. 129, No. 2, pp. 125-136.
30. Radhey S., (2004), “Compressive Load Response of Granular Piles Reinforced with Geogrids,” Canadian Geotechnical Journal , Vol. 41, pp. 187–192.
31. Rajagopal, K., Krishnaswamy, N.R., and Madhavi Latha, G., (1999), “Behaviour of Sand Confined with Single and Multiple Geocells,” Geotextiles and Geomembranes, Vol.17, pp.171-184.
32. Rowe, P.W., (1962), “The Stress Dilatancy Relation for Static Equilibrium of An Assembly of Plarticles in Contact,” Proceedings of Royal Society of London, A269, pp. 500-527.
33. Rowe, P.W., (1971), “Theoretical Meaning and Observed Values of Deformation Parameters for Soil,” Proceedings Roscoe Memorial Symposium on Stress-strain Behavior of Soils, Cambridge University, pp. 143-196.
34. Vesic, A.B. and Clough, G..W., (1968), “Behavior of Granular Material Under High Stresses,” ASCE, Vol. 94, No. SM3, pp. 661-688.
35. Wang, Y., Frost, J.D., Murray, J.J., and Jones, A., (2000), “Properties And Applications Of Soil Reinforced With Recycled Fibers,” Proceedings of R’2000, 5th World Congress on Integrated Resources Management, Toronto, Canada.
36. Wong, C.L.Y., (1990), “A Normalizing Relation for Granular Materials,” Canadian Geotechnical Journal, Vol. 27, pp. 68-78.
37. Zhang, M.X., Javadi, A.A. and Min, X., (2006) “Triaxial Tests of Reinforced with 3D Inclusions,” Geotextiles and Geomembranes, Vol. 24, pp. 201-209.
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2009-09-11公開。
  • 同意授權瀏覽/列印電子全文服務,於2009-09-11起公開。


  • 若您有任何疑問,請與我們聯絡!
    圖書館: 請來電 (02)2621-5656 轉 2281 或 來信