設置於軟弱土層中的砂石樁，樁體上部結構易因側向束縛力不足而發生破壞，對砂石樁加勁可增加側向束縛力並減少其破壞。而加勁方式又可以分為外包與層狀加勁，而本研究便是探討兩者加勁方式對承載能力及變形特性的影響。

本研究透過砂顆粒基本性質試驗、單、雙向加勁材寬幅拉伸試驗、砂土-不織布界面直剪試驗及砂土三軸壓縮試驗，求取所需的力學參數。再依據加勁材不同的編織方向(機器與橫穿方向)進行外包加勁三軸試驗，以及不同的鋪設方式(同向與交叉鋪設)進行層狀加勁三軸試驗，依此瞭解加勁砂柱的應力-應變-體積變化關係。試驗參數包含四種圍壓(20 kPa、50 kPa、100 kPa 與200 kPa)、三種加勁材(GT1、GT2及GT3)、三種試體直徑(50 mm、70 mm及100 mm)以及低圍壓下不同加勁材層數(4層與8層)等參數，以闡述不同加勁方式力學行為的差異。
 
由試驗結果獲得不論外包或層狀加勁，於低圍壓時加勁效果明顯大於高圍壓情形。由加勁材雙向拉伸試驗結果顯示，張力勁度遠高於單向拉伸，特別是較弱的橫穿方向(XD)可提升8 ~ 21倍，因而大幅提升加勁材周圍砂石材料的圍束應力，反應於砂柱的軸向承載能力；此清楚解釋為何層狀加勁砂柱於相同軸應變下遠高於外包砂柱的原因。使用等量加勁材時，交叉鋪設的層狀加勁效果明顯大於外包加勁，尤其於低圍壓且加勁材強度較大時，承載能力的差異更加明顯。以層狀GT3VD(交叉鋪設)為例，於圍壓20 kPa、軸應變20%時，承載力約為GT3MD外包砂柱的4.5倍。於較高圍壓時(100 kPa)，則降為3.5倍。若採用較弱的加勁材(GT1)，於低圍壓下(20 kPa)，以層狀交叉鋪設方式較外包(GT1MD)承載力僅增加約63%。因此，選用高強度、高勁度的加勁材，運用於層狀交叉鋪設之砂柱中更能突顯加勁的效能。

Granular columns have been used in engineering practice to improve the bearing capacity of soft clay, and reduced the settlement of foundations resting on weak soil. The lateral confining pressure of in situ generally increases with an increase in depth. Therefore, most granular columns that fail from bulging take place near the top due to insufficient lateral support. Reinforcement of the granular column, especially at the top section, was proposed to enhance lateral column confinement. The reinforcement is established through enveloping the granular column in a flexible fabric or applying horizontally laminated reinforcing sheets to the granular column. This research studies the relative efficiency of both forms of reinforcement in improving the bearing capacity.

In this study, systematic series of triaxial compression tests are conducted on sand reinforced with geosynthetics in both forms, keeping the quantity of reinforcement the same. The results are analyzed to compare the forms and to study the effect of reinforcement form on the strength improvement in sands. Three types of geosynthetics are used to reinforce the sand specimens with 50, 70 and 100 mm diameter in these tests.

Irrespective of encased or laminated reinforced form the test results show the reinforced effect was significantly better at low confining pressure. Biaxial stretching tensile stiffness is higher than the uniaxial condition. Especially cross machine direction (XD) can enhance the 8-21 times. Therefore, Geosynthetics surrounding gravel materials significantly improved confining stress and increased the bearing capacity of the granular column. The laminated cross-bedded column was significantly greater than the encapsulated granular column, especially for low confining pressure and higher strength geosynthetics. For the column GT3VD by cross-bedded laminated form in 20 kPa confining stress the bearing capacity at 20% axial strain was 4.5 times that of the encapsulated column GT3MD. However, using the weaker geosynthetics (GT1) the bearing capacity increased only 63% for cross-bedded laminated reinforced columns. Therefore, the selection of high strength and stiffness geosynthetics and using the cross-bedded laminated columns highlights the performance of reinforced granular columns.

章節目錄
章節目錄	I
圖目錄	IV
表目錄	XI
第一章	緒論	1
1.1	研究目的與動機	1
1.2	研究方法	2
1.3	研究內容	2
第二章	文獻回顧	5
2.1	砂石樁工法	5
2.2	外包加勁之研究	6
2.3	層狀加勁之研究	11
2.3.1	加勁材勁度對加勁效果之影響	11
2.3.2	加勁材層數對加勁效果影響	14
2.3.3	加勁材的擺設位置對加勁效果的影響	18
2.4	相關加勁砂土之三軸試驗研究	21
第三章	試驗計畫與內容	28
3.1	試驗材料之基本性質	30
3.1.1	砂土基本物理性質試驗	30
3.1.2	加勁材基本物理性質試驗	30
3.2	試驗儀器與設備	30
3.2.1	ELE靜態三軸試驗儀	30
3.2.2	體積應變量量測裝置	37
3.2.3	萬能材料試驗儀	38
3.2.4	直接剪力試驗儀	42
3.3	儀器校正	43
3.3.1	應力環校正	43
3.3.2	體積變化量測儀校正	44
3.4	寬幅拉伸試驗	45
3.5	砂土－不織布界面之直剪試驗	50
3.6	靜態三軸試驗	51
3.6.1	外包加勁織物製作方式	51
3.6.2	層狀加勁置入方式	53
3.6.3	試體準備與製作	54
3.6.4	三軸室組立步驟	57
3.6.5	控壓系統操作方式（以圖3.5輔助說明）	58
3.6.6	體積變化量測儀操作步驟	59
第四章	試驗結果與分析	60
4.1	各種加勁方式之機制	60
4.2	砂土基本性質	63
4.3	地工合成材伸張行為	64
4.3.1	地工合成材基本性質	64
4.3.2	地工合成材單向拉伸試驗結果	65
4.3.3	地工合成材雙向拉伸試驗結果	76
4.4	砂土－不織布界面力學行為	83
4.5	砂土力學行為	91
4.6	外包加勁砂柱之力學行為	94
4.7	層狀加勁砂柱之力學行為	106
4.8	各參數的比較與分析	121
4.8.1	加勁材種類	121
4.8.2	加勁方式	146
4.8.3	尺寸影響	162
4.8.4	低圍壓下加勁材層數對加勁效果之影響	184
4.9	理論模式預測外包加勁砂柱之力學行為	187
第五章	結論與評述	196
5.1	結論	196
5.2	展望與建議	199
參考文獻	200
附錄1－外包＆層狀加勁試驗照片	203
附錄2－層狀加勁試驗試體照片	210

圖目錄
圖1.1 研究流程圖	4
圖2.1 砂石樁破壞形式（Brauns，1987）	6
圖2.2 試驗前後之試體照片（Al-Refeai，1985）	7
圖2.4 外包加勁試驗結果（Al-Refeai，1985）	7
圖2.4 單一格框與複數格框之配置（Rajagopal，1999）	9
圖2.5 格框加勁試體（Rajagopal，1999）	9
圖2.6 不同材質格框加勁試體之應力－應變曲線（Rajagopal，1999）	10
圖2.7 不同加勁材料之試驗結果p－q關係（Rajagopal，1999）	10
圖2.8 試體以不同加勁材加勁之試驗結果 （Chandrasekaran et al.，1989）	11
圖2.9 圍壓100kPa下之試驗結果	12
圖2.10 不同加勁材勁度下加勁砂柱之應力－應變關係（圍壓50 kPa）（Wu and Hong，2008）	13
圖2.11 不同加勁材強度下加勁砂柱之應力－應變關係（圍壓300 kPa）（Wu and Hong，2008）	14
圖2.12 BCR隨加勁層數的變化（Cai & Li，1994）	14
圖2.13 加勁砂石樁配置圖（Madhav et al.，1994）	15
圖2.14 載重與沉陷量關係（Madhav et al.，1994）	15
圖2.15 加勁材層數與強度比之關係（Haeri et al.，2000）	16
圖2.16平板載重試驗配置圖（Radhey，2004）	17
圖2.17 最大膨脹量－鋪設間距關係（Radhey，2004）	17
圖2.18 軸應變20％下不同層數加勁之軸差應力（蔡伊雯，2007）	18
圖2.19 加勁試體之三軸試驗結果（Broms et al.，1977）	19
圖2.20 加勁材擺設方式（Haeri et al.，2000）	20
圖2.21 加勁材擺設位置不同之試驗結果（Haeri et al.，2000）	20
圖2.22 不同半徑和間距比之應力－應變關係（Wu and Hong，2008）	21
圖2.23 加勁與未加勁試體液化潛能評估結果（Krishnaswamy & Isaac，1995）	22
圖2.24 粗、細粒料加勁試體試驗結果	23
圖2.25加勁纖維破壞方式（Radoslaw & Michalowski，2003）	23
圖2.26 纖維加勁三軸試體之破壞包絡線（Radoslaw & Michalowski，2003）	24
圖2.27 不同纖維含量試體之應力－應變關係（Wang，2000）	25
圖2.28 三種加勁方式（Latha & Murthy，2007）	26
圖2.29 不同加勁方式之應力－應變關係（Latha & Murthy，2007）	26
圖2.30 不同正向力以及張應變下之加勁材勁度（Martins，2000）	27
圖3.1 研究試驗流程圖	29
圖3.2 三軸室外觀	31
圖3.3 三軸室構造圖	31
圖3.4 主要控制面板外觀	32
圖3.5 主要控制面板構造功能圖	33
圖3.6 荷重架外觀	34
圖3.7 荷重架構造	35
圖3.8 荷重架操作面板	35
圖3.9 荷重架後方配置	35
圖3.10 應力環外觀	36
圖3.11 應力環構造圖	36
圖3.12 三軸試驗產生體積變化之因素	37
圖3.13 （左）體積變化量測儀外觀（右）體積變化量測儀構造圖	38
圖3.14 萬能材料試驗儀構造圖	39
圖3.15 萬能材料試驗儀外觀	40
圖3.16 萬能材料試驗儀右柱之刻度量尺	40
圖3.17 電腦控制裝置軟體畫面	41
圖3.18 萬能材料試驗儀感應元件（荷重元）	41
圖3.19 直接剪力試驗儀	42
圖3.20 改良式直剪下盒示意圖	43
圖3.21 （左）側邊夾具（右）各種厚度之墊片	43
圖3.22 10kN應力環校正結果	44
圖3.23 體積變化量測儀配置圖	44
圖3.24 體積變化量測儀校正結果	45
圖3.25 地工合成材拉伸試體（GT3，未縫合）	47
圖3.26 地工合成材拉伸試體（GT2，縫合）	47
圖3.27 縫合方式（縫線距離較近，適用GT1＆GT2）	48
圖3.28 縫合方式（縫線距離較遠，適用GT3）	48
圖3.29 地工合成材架設情形	49
圖3.30 砂土－不織布界面之直剪試驗示意圖	50
圖3.31 外包織物縫合方式	52
圖3.32 縫合完成後之外包織物（GT2）	52
圖3.33 層狀加勁鋪設方式	53
圖3.34 層狀加勁裁剪後試體（GT2，70 mm試體為例）	53
圖3.35 架設完成之試體	56
圖4.1 （左）未加勁（中）外包加勁（右）層狀加勁之加勁機制	61
圖4.2 圍壓100kPa下（左）未加勁（中）外包加勁（右）層狀加勁試驗過程（外包為GT3MD）	62
圖4.3 No.201石英砂粒徑分布曲線	63
圖4.4 GT1XD單向拉伸試驗結果	67
圖4.5 GT1MD單向拉伸試驗結果	67
圖4.6 GT2XD 單向度拉伸試驗結果	68
圖4.7 GT2MD單向度拉伸試驗結果	68
圖4.8 GT3XD單向度拉伸試驗結果	69
圖4.9 GT3MD單向度拉伸試驗結果	69
圖4.10 GT1XD未縫合試體張力破壞情形	70
圖4.11 GT1XD縫合試體張力破壞情形	70
圖4.12 GT1MD未縫合試體張力破壞情形	71
圖4.13 GT1MD縫合試體張力破壞情形	71
圖4.14 GT2XD未縫合試體張力破壞情形	72
圖4.15 GT2XD縫合試體張力破壞情形	72
圖4.16 GT2MD未縫合試體張力破壞情形	73
圖4.17 GT2MD縫合試體張力破壞情形	73
圖4.18 GT3XD未縫合試體張力破壞情形	74
圖4.19 GT3XD縫合試體張力破壞情形	74
圖4.20 GT3MD未縫合試體張力破壞情形	75
圖4.21 GT3MD縫合試體張力破壞情形	75
圖4.22 GT1雙向拉伸試驗結果	78
圖4.23 GT2雙向拉伸試驗結果	78
圖4.24 GT3雙向拉伸試驗結果	79
圖4.25 GT1雙向拉伸試驗試體架設情形	80
圖4.26 GT1雙向拉伸試驗試體破壞情形	80
圖4.27 GT2雙向拉伸試驗試體架設情形	81
圖4.28 GT2雙向拉伸試驗試體破壞情形	81
圖4.29 GT3雙向拉伸試驗試體架設情形	82
圖4.30 雙向拉伸試驗試體破壞情形	82
圖4.31 GT1XD界面剪應力－剪位移關係	84
圖4.32 GT1XD界面直剪試驗結果	84
圖4.33 GT1MD剪應力－剪位移關係	85
圖4.34 GT1MD界面直剪試驗結果	85
圖4.35 GT2XD剪應力－剪位移關係	86
圖4.36 GT2XD界面直剪試驗結果	86
圖4.37 GT2MD剪應力－剪位移關係	87
圖4.38 GT2MD界面直剪試驗結果	87
圖4.39 GT3XD剪應力－剪位移關係	88
圖4.40 GT3XD界面直剪試驗結果	88
圖4.41 GT3MD剪應力－剪位移關係	89
圖4.42 GT3MD界面直剪試驗結果	89
圖4.43 GT1MD直剪試體破壞情形	90
圖4.44 GT3MD直剪完成時試體情形	90
圖4.45 GT3MD直剪試體表面起毛現象	90
圖4.46 三軸試體頂蓋及底座貫入現象（軸向應變28％）	91
圖4.47 砂土試體應力－應變及體積關係	93
圖4.48 GT1XD外包加勁砂柱之應力－應變及體積應變關係	96
圖4.49 GT1MD外包加勁砂柱之應力－應變及體積應變關係	97
圖4.50 GT2XD外包加勁砂柱應力－應變及體積應變關係	100
圖4.51 GT2MD外包加勁砂柱應力－應變及體積應變關係	101
圖4.52 GT3XD外包加勁砂柱應力－應變及體積應變關係	104
圖4.53 GT3MD外包加勁砂柱應力－應變及體積應變關係	105
圖4.54 GT1SD層狀加勁砂柱應力－應變及體積關係	108
圖4.55 GT1VD層狀加勁砂柱應力－應變及體積關係	109
圖4.56 GT1SD試驗結果各層加勁材之破壞情形（圍壓100 kPa）	110
圖4.57 GT1VD試驗結果各層加勁材之破壞情形（圍壓100 kPa）	110
圖4.58 GT1SD與GT1VD於中間四層的比較（圍壓100 kPa）	110
圖4.59 GT2SD層狀加勁砂柱應力－應變及體積關係	113
圖5.60 GT2VD層狀加勁砂柱應力－應變及體積關係	114
圖4.61 GT2SD試驗結果各層加勁材之破壞情形（圍壓100 kPa）	115
圖4.62 GT2VD試驗結果各層加勁材之破壞情形（圍壓100 kPa）	115
圖4.63 GT2SD與GT2VD於中間四層的比較（圍壓100 kPa）	115
圖4.64 GT3SD層狀加勁砂柱應力－應變及體積關係	118
圖4.65 GT3VD層狀加勁砂柱應力－應變及體積關係	119
圖4.66 GT3SD試驗結果各層加勁材之破壞情形（圍壓100 kPa）	120
圖4.67 GT3VD試驗結果各層加勁材之破壞情形（圍壓100 kPa）	120
圖4.68 GT2SD與GT2VD於中間四層的比較（圍壓100 kPa）	120
圖4.69 圍壓20 kPa時各織物於橫穿方向（XD）之軸差應力與體積應變比較	126
圖4.70圍壓50 kPa時各織物於橫穿方向（XD）之軸差應力與體積應變比較	127
圖4.71圍壓100 kPa時各織物於橫穿方向（XD）之軸差應力與體積應變比較	128
圖4.72圍壓200 kPa時各織物於橫穿方向（XD）之軸差應力與體積應變比較	129
圖4.73圍壓20 kPa時各織物於機器方向（MD）之軸差應力與體積應變比較	130
圖4.74圍壓50 kPa時各織物於機器方向（MD）之軸差應力與體積應變比較	131
圖4.75圍壓100 kPa時各織物於機器方向（MD）之軸差應力與體積應變比較	132
圖4.76圍壓200 kPa時各織物於機器方向（MD）之軸差應力與體積應變比較	133
圖4.77圍壓20 kPa時各織物於同向擺設（SD）之軸差應力與體積應變比較	138
圖4.78圍壓50 kPa時各織物於同向擺設（SD）之軸差應力與體積應變比較	139
圖4.79 圍壓100 kPa時各織物於同向擺設（SD）之軸差應力與體積應變比較	140
圖4.80 圍壓200 kPa時各織物於同向擺設（SD）之軸差應力與體積應變比較	141
圖4.81圍壓20 kPa時各織物於交叉擺設（VD）之軸差應力與體積應變比較	142
圖4.82圍壓50 kPa時各織物於交叉擺設（VD）之軸差應力與體積應變比較	143
圖4.83圍壓100 kPa時各織物於交叉擺設（VD）之軸差應力與體積應變比較	144
圖4.84圍壓200 kPa時各織物於交叉擺設（VD）之軸差應力與體積應變比較	145
圖4.85圍壓20 kPa下GT1機器方向外包加勁與交叉擺設層狀加勁的比較	148
圖4.86圍壓50 kPa下GT1機器方向外包加勁與交叉擺設層狀加勁的比較	149
圖4.87圍壓100 kPa下GT1機器方向外包加勁與交叉擺設層狀加勁的比較	150
圖4.88圍壓200 kPa下GT1機器方向外包加勁與交叉擺設層狀加勁的比較	151
圖4.89圍壓20 kPa下GT2機器方向外包加勁與交叉擺設層狀加勁的比較	153
圖4.90圍壓50 kPa下GT2機器方向外包加勁與交叉擺設層狀加勁的比較	154
圖4.91圍壓100 kPa下GT2機器方向外包加勁與交叉擺設層狀加勁的比較	155
圖4.92圍壓200 kPa下GT2機器方向外包加勁與交叉擺設層狀加勁的比較	156
圖4.93圍壓20 kPa下GT3機器方向外包加勁與交叉擺設層狀加勁的比較	158
圖4.94圍壓50 kPa下GT3機器方向外包加勁與交叉擺設層狀加勁的比較	159
圖4.95圍壓100 kPa下GT3機器方向外包加勁與交叉擺設層狀加勁的比較	160
圖4.96圍壓200 kPa下GT3機器方向外包加勁與交叉擺設層狀加勁的比較	161
圖4.97 不同尺寸之未加勁砂柱比較	164
圖4.98圍壓20kPa下GT3橫穿方向外包加勁不同尺寸之比較	167
圖4.99圍壓50kPa下GT3橫穿方向外包加勁不同尺寸之比較	168
圖4.100圍壓100kPa下GT3橫穿方向外包加勁不同尺寸之比較	169
圖4.101圍壓200kPa下GT3橫穿方向外包加勁不同尺寸之比較	170
圖4.102圍壓20 kPa下GT3機器方向外包加勁不同尺寸之比較	172
圖4.103圍壓50 kPa下GT3機器方向外包加勁不同尺寸之比較	173
圖4.104圍壓100 kPa下GT3機器方向外包加勁不同尺寸之比較	174
圖4.105圍壓200 kPa下GT3機器方向外包加勁不同尺寸之比較	175
圖4.106圍壓20 kPa下GT3同向擺設層狀加勁不同尺寸之比較	177
圖4.107圍壓50 kPa下GT3同向擺設層狀加勁不同尺寸之比較	178
圖4.108圍壓100 kPa下GT3同向擺設層狀加勁不同尺寸之比較	179
圖4.109圍壓20 kPa下GT3機器擺設層狀加勁不同尺寸之比較	181
圖4.110圍壓50 kPa下GT3機器擺設層狀加勁不同尺寸之比較	182
圖4.111圍壓200 kPa下GT3機器擺設層狀加勁不同尺寸之比較	183
圖4.112 不同條件下之應力－應變及體積應變關係	186
圖4.113 GT1XD外包加勁理論分析與試驗結果的比較	190
圖4.114 GT1MD外包加勁理論分析與試驗結果的比較	191
圖4.115 GT2XD外包加勁理論分析與試驗結果的比較	192
圖4.116 GT2MD外包加勁理論分析與試驗結果的比較	193
圖4.117 GT3XD外包加勁理論分析與試驗結果的比較	194
圖4.118 GT3MD外包加勁理論分析與試驗結果的比較	195

表目錄
表2.1 試驗用加勁材之力學性質	12
表3.1 三軸室規格	32
表3.2荷重架機件規格	34
表4.1砂土基本物理試驗結果	63
表4.2地工合成材基本物理性質（取自余易昇，2013）	64
表4.3 地工合成材單向拉伸試驗結果	66
表4.4 地工合成材雙向拉伸試驗結果	77
表4.5 砂土－不織布界面直接剪力試驗結果	83
表4.6 砂土試體之三軸壓縮試驗結果	92
表4.7 GT1XD試驗結果－軸差應力	94
表4.8 GT1XD試驗結果－體積應變	95
表4.9 GT1MD試驗結果－軸差應力	95
表4.10 GT1MD試驗結果－體積應變	95
表4.11 GT2XD試驗結果－軸差應力	98
表4.12 GT2XD試驗結果－體積應變	99
表4.13 GT2MD試驗結果－軸差應力	99
表4.14 GT2MD試驗結果－體積應變	99
表4.15 GT3XD試驗結果－軸差應力	102
表4.16 GT3XD試驗結果－體積應變	102
表4.17 GT3MD試驗結果－軸差應力	103
表4.18 GT3MD試驗結果－體積應變	103
表4.19 GT1SD試驗結果－軸差應力	107
表4.20 GT1SD試驗結果－體積應變	107
表4.21 GT1VD試驗結果－軸差應力	107
表4.22 GT1VD試驗結果－體積應變	107
表4.23 GT2SD試驗結果－軸差應力	112
表4.24 GT2SD試驗結果－體積應變	112
表4.25 GT2VD試驗結果－軸差應力	112
表4.26 GT2VD試驗結果－體積應變	112
表4.27 GT3SD試驗結果－軸差應力	117
表4.28 GT3SD試驗結果－體積應變	117
表4.29 GT3VD試驗結果－軸差應力	117
表4.30 GT3VD試驗結果－體積應變	117
表4.31 橫穿方向（XD）外包加勁與未加勁砂柱於軸差應力之比較	122
表4.32橫穿方向（XD）外包加勁與未加勁砂柱於體積應變之比較	123
表4.33機器方向（MD）外包加勁與未加勁砂柱於軸差應力之比較	124
表4.34機器方向（MD）外包加勁與未加勁砂柱於體積應變之比較	125
表4.35 同向擺設（SD）層狀加勁與未加勁砂柱之軸差應力比較	134
表4.36 同向擺設（SD）層狀加勁與未加勁砂柱之體積應變比較	135
表4.37 交叉擺設（VD）層狀加勁與未加勁砂柱之軸差應力比較	136
表4.38 交叉擺設（VD）層狀加勁與未加勁砂柱之體積應變比較	137
表4.39 GT1機器方向外包加勁與交叉擺設層狀加勁的軸差應力增量百分比	147
表4.40 GT2機器方向外包加勁與交叉擺設層狀加勁的軸差應力增量百分比	152
表4.41 GT3機器方向外包加勁與交叉擺設層狀加勁的軸差應力增量百分比	157
表4.42未加勁砂柱不同尺寸之試驗結果	163
表4.43 GT3橫穿方向外包加勁不同尺寸之試驗結果	166
表4.44 GT3機器方向外包加勁不同尺寸之試驗結果	171
表4.46 GT3交叉擺設層狀加勁不同尺寸之試驗結果	180
表4.47 各軸向應變下之軸差應力	185
表4.48 各軸向應變下之體積應變	185
表4.49 理論分析結果與實際試驗結果之比較	188
表4.49 理論分析結果與實際試驗結果之比較（續）	189

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