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系統識別號 U0002-1608201102502000
中文論文名稱 靜態荷重對土壤 靜態荷重對土壤 -地工合成材過濾行為的影響
英文論文名稱 The Influence of Normal Stress on Filtration Behavior of Soil-Geotextile Systems
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 99
學期 2
出版年 100
研究生中文姓名 歐陽沛汝
研究生英文姓名 Pei Ru O-Young
學號 697380102
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2011-06-03
論文頁數 197頁
口試委員 指導教授-洪勇善
委員-楊國鑫
委員-吳朝賢
中文關鍵字 正向荷重  滲透係數  地工織物  過濾行為 
英文關鍵字 Normal stress  Permeability  Geotextile  Filtration behavior. 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 本研究主要探討不同的正向荷重對土壤-地工織物系統過濾行為之影響;試驗採用三款不同厚度之針軋不織布及四款扁絲織布進行一系列的試驗。在特別設計的艙室內,地工織物置入於5 cm厚的土層與排水鋼珠之間。於固定載重作用後,在不同的水力坡降下水流穿過土壤-織物複合層再流經排水層;並以Darcy定律求取滲透係數以描述整體土壤-織物複合層的過濾特性。試驗結果顯示土壤孔隙比隨載重增加而減少,且土壤-織物複合層的滲透係數也隨載重增加而反向遞減。因此可知,土壤-織物過濾系統加載後,造成土壤壓縮,同時織物也產生壓縮,可能引起織物孔隙變小,因而降低整體滲透性。但隨著載重越大,織物對整個複合體的影響逐漸縮小,滲透行為也就越接近純土壤行為。
英文摘要 The various normal stress on the filtration behavior of soil-geotextile composites has been studied through a series of tests using an experimental apparatus designed specifically for the laboratory tests. In these tests, the soil-geotextile composite was formed by inserting a piece of nonwoven geotextile between a 5-cm thick soil and a layer of steel beads. Normal stress was applied to the composite prior to the filtration test. Water was allowed to flow through the composite from the soil into a drainage layer at various hydraulic gradients. The permeability value was extracted by using Darcy’s law to characterize the filtration performance of the entire soil-geotextile composite. The test results revealed that the void ratio decreased with the increase of normal stress. The composite exhibited a reverse relationship between the permeability and the normal load applied; the permeability decreased with an increase in the normal load.
論文目次 目錄
中文摘要 I
英文摘要 II
目錄 III
表目錄 V
圖目錄 VI
第一章 緒 論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 2
1.3 研究方法 2
1.4 論文架構 3
第二章 文獻回顧 4
2.1地工織物簡介 4
2.2過濾排水原理 4
2.2.1 過濾排水現象 4
2.2.2 過濾排水機制 5
2.2.3影響過濾行為之因素 8
2.3 開孔率對土壤-織物過濾行為的影響 9
2.4 靜態荷重下之相關研究 9
2.4.1 織物受靜態荷重 9
第三章 研究計畫與試驗方法 21
3.1 研究計畫 21
3.1.1 試驗規畫 21
3.1.2 試驗項目及流程 21
3.2 試驗材料之基本性質 22
3.2.1 地工織物基本性質 22
3.2.2 土壤材料基本性質 23
3.3 試驗設備 23
3.3.1 地工織物伸張試驗 24
3.3.2 土壤複合體-織物加載下陷試驗之設備 24
3.3.3 土壤-地工織物系統載重過濾試驗設備 25
3.3.4 土壤-地工織物系統坡降比試驗 27
3.4 設備之儀器校正 29
3.4.1 線性位移計(LVDT) 29
3.4.2 測微計 (Dial Gauges) 30
3.4.3 雷射位移計 (Laser Displacement Sensor) 30
3.4.4 荷重計(Load Cell) 30
3.4.5 試驗軟體 30
3.5 試驗介紹與試驗方法 31
3.5.1 地工織物固定步驟 31
3.5.2土壤-織物複合體加載下陷試驗之步驟 32
3.5.3 土壤-織物複合體系統之靜態載重過濾試驗步驟 33
3.5.4 土壤-織物複合體系統之坡降比試驗步驟 35
3.6 試驗結果分析方法 37
第四章 試驗結果分析與討論 56
4.1 土壤-織物複合體加載沉陷與變形量測 56
4.2載重對針軋不織布-土壤系統過濾行為的影響 58
4.2.1土壤-織物NW1系統載重過濾試驗 59
4.2.2土壤-織物NW2系統載重過濾試驗 63
4.2.3土壤-織物NW3系統載重過濾試驗 67
4.2.4土壤-織物NW1~NW3系統最終滲透係數與載重關係 71
4.3 載重對扁絲織布-土壤系統過濾行為的影響 73
4.3.1土壤-織物SF1系統載重過濾試驗 73
4.3.2土壤-織物SF2系統載重過濾試驗 76
4.3.3土壤-織物SF3系統載重過濾試驗 79
4.3.4土壤-織物SF4系統載重過濾試驗 82
4.3.5土壤-織物SF1~SF4系統最終滲透係數與載重關係 85
4.4 單一水力梯度下之各系統之過濾行為 87
4.4.1單一水力梯度下之土壤-針軋不織布系統的過濾行為 87
4.4.2單一水力梯度下之扁絲織布-土壤系統的過濾行為 88
4.4.3 多種水力梯度與單一水力梯度之最終滲透係數值比較 89
4.5 土壤-不織布系統於經驗公式之滲透係數與孔隙比分析 91
4.5.1 不同孔隙比之坡降比試驗 91
4.5.2 土壤-織物NW1之滲透係數與e3/(1+e)關係 93
4.4.3 土壤-織物NW2之滲透係數與e3/(1+e)關係 93
4.5.4 土壤-織物NW3之滲透係數與e3/(1+e)關係 94
4.5.5 土壤-織物SF1之滲透係數與e3/(1+e)關係 95
4.5.6 土壤-織物SF2之滲透係數與e3/(1+e)關係 95
4.5.7 土壤-織物SF3之滲透係數與e3/(1+e)關係 96
4.5.8 土壤-織物SF4之滲透係數與e3/(1+e)關係 96
4.5.9織物於單一水力梯度下之最終滲透係數與e3/(1+e)之關係圖 97
第五章 結論與建議 186
5.1 結論 186
5.2 建議 187

參考文獻 188

表目錄

表3.1 針軋不織布之基本性質(侯政賢,2010) 38
表3.2 扁絲織布之基本性質 39
表3.3 土壤基本性質 39
表4.1 織物NW1-土壤複合體之土體沉陷量 99
表4.2 織物NW1-土壤複合體之織物變形量 100
表4.3 織物NW1-土壤複合體之土壤孔隙比 101
表4.4 織物NW2-土壤複合體之土體沉陷量 102
表4.5 織物NW2-土壤複合體之織物變形量 103
表4.6 織物NW2-土壤複合體之土壤孔隙比 104
表4.7 織物NW3-土壤複合體之土體沉陷量 105
表4.8 織物NW3-土壤複合體之織物變形量 106
表4.9 織物NW3-土壤複合體之土壤孔隙比 107
表4.10 織物SF1-土壤複合體之土體沉陷量 108
表4.11 織物SF1-土壤複合體之織物變形量 109
表4.12 織物SF1-土壤複合體之土壤孔隙比 110
表4.13 織物SF2-土壤複合體之土體沉陷量 111
表4.14 織物SF2-土壤複合體之織物變形量 112
表4.15 織物SF2-土壤複合體之土壤孔隙比 113
表4.16 織物SF3-土壤複合體之土體沉陷量 114
表4.17 織物SF3-土壤複合體之織物變形量 115
表4.18 織物SF3-土壤複合體之土壤孔隙比 116
表4.19 織物SF4-土壤複合體之土體沉陷量 117
表4.20 織物SF4-土壤複合體之織物變形量 118
表4.21 織物SF4-土壤複合體之土壤孔隙比 119



圖目錄
圖2.1阻塞機制圖(摘自 Rollin et al.,1988) 12
圖2.2堵塞機制圖(摘自 Rollin et al.,1988) 12
圖2.3 遮蔽機制圖 (摘自 Rollin et al.,1988) 13
圖2.4 土壤與地工織物界面之階段變化 13
圖2.5 橋式架空結構(Bridge Network Formation) (摘自Mlynarek et al.,1991) 14
圖2.6 圓拱架空結構(Vault Network Formation) (摘自Mlynarek et al.,1991) 14
圖2.7 典型土壤與地工織物系統之過濾行為 (摘自Lawson,1982) 15
圖2.8 土壤與地工織物系統之長期滲透試驗行為 (摘自Rollin et al.,1985) 16
圖2.9 過濾系統之GR值與開孔率關係圖(摘自Wu et al.,2006) 17
圖2.10 單向度排水滲透係數和有效正向應力之關係圖 (摘自Ling et al.,1993) 17
圖2.11 不同試驗下之織物厚度與應力關係圖 (摘自Palmeira et al.,2002) 18
圖2.12 織物GA在不同加載下之纖維分布 (摘自Palmeira et al.,2002) 18
圖2.13 不同試驗中織物的滲透性與應力關係圖 (摘自Palmeira et al.,2002) 19
圖2.14 滲透係數與正向應力關係圖(摘自Palmeira et al.,2002) 19
圖2.15 改良式之水力坡降比設備 (摘自Palmeira et al.,2005) 20
圖3.1 研究試驗流程圖 40
圖3.2粒徑分佈曲線 41
圖3.3 織物寬幅拉伸至預定應變 41
圖3.4 織物拉伸儀示意圖(摘自王瑞鴻,2006) 42
圖3.5 織物拉伸儀照片 42
圖3.6測微計擺放位置圖 43
圖3.7織物下部有鋼珠支撐擺放 43
圖3.8 載重過濾試驗設備示意圖(摘自楊蕙旭,2008) 44
圖3.9 滲透試驗儀(土壤-織物複合體之艙室) 45
圖3.10滲透試驗儀 45
圖3.11荷重試驗儀器之空氣壓縮機及量測電腦 46
圖3.12鐵氟龍置放圖 46
圖3.13改良之坡降比試驗整體示意圖(摘自王瑞鴻,2006) 47
圖3.14改良之坡降比試驗整體示意圖(摘自王瑞鴻,2006 48
圖3.15 改良之坡降比試驗艙室示意圖(摘自王瑞鴻,2006) 49
圖3.16 改良之坡降比試驗儀器組裝照片 50
圖3.17 改良之坡降比試驗元件圖 50
圖3.18 織物固定流程圖 51
圖3.19 AB膠塗抹範圍示意圖 (有顏色部分為AB膠塗抹範圍) 52
圖3.20 土壤-織物複合體加載下陷試驗流程圖 53
圖3.21 土壤-地工織物靜態過濾試驗流程圖 54
圖3.22 土壤-地工織物系統之坡降比試驗流程圖 55
圖4.1 測微計量測織物變形量之位置 120
圖4.2 織物NW1-土壤複合體之載重與土體沉陷關係圖 120
圖4.3 織物NW1-土壤複合體之載重與織物A點變形關係圖 121
圖4.4 織物NW1-土壤複合體之載重與織物B點變形關係圖 121
圖4.5 織物NW1-土壤複合體之載重與織物C點變形關係圖 122
圖4.6織物NW2-土壤複合體之載重與土體沉陷關係圖 122
圖4.7 織物NW2-土壤複合體之載重與織物A點變形關係圖 123
圖4.8 織物NW2-土壤複合體之載重與織物B點變形關係圖 123
圖4.9 織物NW2-土壤複合體之載重與織物C點變形關係圖 124
圖4.10 織物NW3-土壤複合體之載重與土體沉陷關係圖 124
圖4.11 織物NW3-土壤複合體之載重與織物A點變形關係圖 125
圖4.12 織物NW3-土壤複合體之載重與織物B點變形關係圖 125
圖4.13 織物NW3-土壤複合體之載重與織物C點變形關係圖 126
圖4.14 織物SF1-土壤複合體之載重與土體沉陷關係圖 126
圖4.15 織物SF1-土壤複合體之載重與織物A點變形關係圖 127
圖4.16 織物SF1-土壤複合體之載重與織物B點變形關係圖 127
圖4.17 織物SF1-土壤複合體之載重與織物C點變形關係圖 128
圖4.18 織物SF2-土壤複合體之載重與土體沉陷關係圖 128
圖4.19 織物SF2-土壤複合體之載重與織物A點變形關係圖 129
圖4.20 織物SF2-土壤複合體之載重與織物B點變形關係圖 129
圖4.21 織物SF2-土壤複合體之載重與織物C點變形關係圖 130
圖4.22 織物SF3-土壤複合體之載重與土體沉陷關係圖 130
圖4.23 織物SF3-土壤複合體之載重與織物A點變形關係圖 131
圖4.24 織物SF3-土壤複合體之載重與織物B點變形關係圖 131
圖4.25 織物SF3-土壤複合體之載重與織物C點變形關係圖 132
圖4.26 織物SF4-土壤複合體之載重與土體沉陷關係圖 132
圖4.27 織物SF4-土壤複合體之載重與織物A點變形關係圖 133
圖4.28 織物SF4-土壤複合體之載重與織物B點變形關係圖 133
圖4.29 織物SF4-土壤複合體之載重與織物C點變形關係圖 134
圖4.30 織物NW1-土壤複合體之土壤孔隙比變化圖 134
圖4.31 織物NW2-土壤複合體之土壤孔隙比變化圖 135
圖4.32 織物NW3-土壤複合體之土壤孔隙比變化圖 135
圖4.33 織物SF1-土壤複合體之土壤孔隙比變化圖 136
圖4.34 織物SF2-土壤複合體之土壤孔隙比變化圖 136
圖4.35 織物SF3-土壤複合體之土壤孔隙比變化圖 137
圖4.36 織物SF4-土壤複合體之土壤孔隙比變化圖 137
圖4.37 NW1 流率、滲透係數與延時關係圖(未加載) 138
圖4.38 NW1 流率、滲透係數與延時關係圖(加載25 kPa) 138
圖4.39 NW1 流率、滲透係數與延時關係圖(加載100 kPa) 139
圖4.40 NW1 流率、滲透係數與延時關係圖(加載200 kPa) 139
圖4.41 NW1 流率、滲透係數與延時關係圖(加載400 kPa) 140
圖4.42 NW2 流率、滲透係數與延時關係圖(未加載) 140
圖4.43 NW2 流率、滲透係數與延時關係圖(加載25 kPa) 141
圖4.44 NW2 流率、滲透係數與延時關係圖(加載100 kPa) 141
圖4.45 NW2 流率、滲透係數與延時關係圖(加載200 kPa) 142
圖4.46 NW2 流率、滲透係數與延時關係圖(加載400 kPa) 142
圖4.47 NW3 流率、滲透係數與延時關係圖(未加載) 143
圖4.48 NW3 流率、滲透係數與延時關係圖(加載25 kPa) 143
圖4.49 NW3 流率、滲透係數與延時關係圖(加載100 kPa) 144
圖4.50 NW3 流率、滲透係數與延時關係圖(加載200 kPa) 144
圖4.51 NW3 流率、滲透係數與延時關係圖(加載400 kPa) 145
圖4.52 NW1之最終滲透係數與載重關係圖 145
圖4.53 NW2之最終滲透係數與載重關係圖 146
圖4.54 NW3之最終滲透係數與載重關係圖 146
圖4.55 織物不同厚度之張力與應變關係(摘自侯政賢,2010) 147
圖4.56織物NW1未伸張開孔徑分佈結果(摘自侯政賢,2010) 147
圖4.57織物NW2未伸張開孔徑分佈結果(摘自侯政賢,2010) 148
圖4.58織物NW3未伸張開孔徑分佈結果(摘自侯政賢,2010) 148
圖4.59 SF1 流率、滲透係數與延時關係圖(未加載) 149
圖4.60 SF1 流率、滲透係數與延時關係圖(加載25 kPa) 149
圖4.61 SF1 流率、滲透係數與延時關係圖(加載100 kPa) 150
圖4.62 SF1 流率、滲透係數與延時關係圖(加載200 kPa) 150
圖4.63 SF1 流率、滲透係數與延時關係圖(加載400 kPa) 151
圖4.64 SF2 流率、滲透係數與延時關係圖(未加載) 151
圖4.65 SF2 流率、滲透係數與延時關係圖(加載25 kPa) 152
圖4.66 SF2 流率、滲透係數與延時關係圖(加載100 kPa) 152
圖4.67 SF2 流率、滲透係數與延時關係圖(加載200 kPa) 153
圖4.68 SF2 流率、滲透係數與延時關係圖(加載400 kPa) 153
圖4.69 SF3 流率、滲透係數與延時關係圖(未加載) 154
圖4.70 SF3 流率、滲透係數與延時關係圖(加載25 kPa) 154
圖4.71 SF3 流率、滲透係數與延時關係圖(加載100 kPa) 155
圖4.72 SF3 流率、滲透係數與延時關係圖(加載200 kPa) 155
圖4.73 SF3 流率、滲透係數與延時關係圖(加載400 kPa) 156
圖4.74 SF4 流率、滲透係數與延時關係圖(未加載) 156
圖4.75 SF4 流率、滲透係數與延時關係圖(加載25 kPa) 157
圖4.76 SF4 流率、滲透係數與延時關係圖(加載100 kPa) 157
圖4.77 SF4 流率、滲透係數與延時關係圖(加載200 kPa) 158
圖4.78 SF4 流率、滲透係數與延時關係圖(加載400 kPa) 158
圖4.79 SF1之最終滲透係數與載重關係圖 159
圖4.80 SF2之最終滲透係數與載重關係圖 159
圖4.81 SF3之最終滲透係數與載重關係圖 160
圖4.82 SF4之最終滲透係數與載重關係圖 160
圖4.83織物SF1-SF4之張力與應變關係 161
圖4.84單一水力梯度下之土壤-NW1之過濾行為 161
圖4.85單一水力梯度下之土壤-NW2之過濾行為 162
圖4.86單一水力梯度下之土壤-NW3之過濾行為 162
圖4.87單一水力梯度下之土壤-SF1之過濾行為 163
圖4.88單一水力梯度下之土壤-SF2之過濾行為 163
圖4.89單一水力梯度下之土壤-SF3之過濾行為 164
圖4.90單一水力梯度下之土壤-SF4之過濾行為 164
圖4.91土壤-NW1之最終滲透係數值比較(多種水力梯度與單一水力梯度) 165
圖4.92土壤-NW2之最終滲透係數值比較(多種水力梯度與單一水力梯度) 165
圖4.93土壤-NW3之最終滲透係數值比較(多種水力梯度與單一水力梯度) 166
圖4.94土壤-SF1之最終滲透係數值比較(多種水力梯度與單一水力梯度) 166
圖4.95土壤-SF2之最終滲透係數值比較(多種水力梯度與單一水力梯度) 167
圖4.96土壤-SF3之最終滲透係數值比較(多種水力梯度與單一水力梯度) 167
圖4.97土壤-SF4之最終滲透係數值比較(多種水力梯度與單一水力梯度) 168
圖4.98 坡降比(GR)與滲流率(Q/t)之變化(e=0.67) 168
圖4.99 k12與k23滲透係數之變化(e=0.67) 169
圖4.100 坡降比(GR)與滲流率(Q/t)之變化(e=0.54) 169
圖4.101 k12與k23滲透係數之變化(e=0.54) 170
圖4.102 坡降比(GR)與滲流率(Q/t)之變化(e=0.50) 170
圖4.103 k12與k23滲透係數之變化(e=0.50) 171
圖4.104織物NW1之最終滲透係數與e3/(1+e)之關係圖(i=1) 171
圖4.105 織物NW1之最終滲透係數與e3/(1+e)之關係圖(i=5) 172
圖4.106 織物NW1之最終滲透係數與e3/(1+e)之關係圖(i=10) 172
圖4.107 織物NW2之最終滲透係數與e3/(1+e)之關係圖(i=1) 173
圖4.108 織物NW2之最終滲透係數與e3/(1+e)之關係圖(i=5) 173
圖4.109 織物NW2之最終滲透係數與e3/(1+e)之關係圖(i=10) 174
圖4.110 織物NW3之最終滲透係數與e3/(1+e)之關係圖(i=1) 174
圖4.111 織物NW3之最終滲透係數與e3/(1+e)之關係圖(i=5) 175
圖4.112 織物NW3之最終滲透係數與e3/(1+e)之關係圖(i=10) 175
圖4.113 織物SF1之最終滲透係數與e3/(1+e)之關係圖(i=1) 176
圖4.114 織物SF1之最終滲透係數與e3/(1+e)之關係圖(i=5) 176
圖4.115 織物SF1之最終滲透係數與e3/(1+e)之關係圖(i=10) 177
圖4.116 織物SF2之最終滲透係數與e3/(1+e)之關係圖(i=1) 177
圖4.117 織物SF2之最終滲透係數與e3/(1+e)之關係圖(i=5) 178
圖4.118 織物SF2之最終滲透係數與e3/(1+e)之關係圖(i=10) 178
圖4.119 織物SF3之最終滲透係數與e3/(1+e)之關係圖(i=1) 179
圖4.120 織物SF3之最終滲透係數與e3/(1+e)之關係圖(i=5) 179
圖4.121 織物SF3之最終滲透係數與e3/(1+e)之關係圖(i=10) 180
圖4.122 織物SF4之最終滲透係數與e3/(1+e)之關係圖(i=1) 180
圖4.123 織物SF4之最終滲透係數與e3/(1+e)之關係圖(i=5) 181
圖4.124織物SF4之最終滲透係數與e3/(1+e)之關係圖(i=10) 181
圖4.125織物NW1於單一水力梯度下之最終滲透係數與e3/(1+e)之關係圖 182
圖4.126織物NW2於單一水力梯度下之最終滲透係數與e3/(1+e)之關係圖 182
圖4.127織物NW3於單一水力梯度下之最終滲透係數與e3/(1+e)之關係圖 183
圖4.128織物SF1於單一水力梯度下之最終滲透係數與e3/(1+e)之關係圖 183
圖4.129織物SF2於單一水力梯度下之最終滲透係數與e3/(1+e)之關係圖 184
圖4.130織物SF3於單一水力梯度下之最終滲透係數與e3/(1+e)之關係圖 184
圖4.131織物SF4於單一水力梯度下之最終滲透係數與e3/(1+e)之關係圖 185

參考文獻 參考文獻
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