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系統識別號 U0002-1808201000474200
中文論文名稱 張應變對針軋不織布開孔徑及滲透速率影響探討
英文論文名稱 The influences of tensile strain on pore size distribution and seepage rate 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 98
學期 2
出版年 99
研究生中文姓名 鄭淳軒
研究生英文姓名 Chun-Hsuan Cheng
學號 696380962
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2010-06-24
論文頁數 162頁
口試委員 指導教授-吳朝賢
委員-洪勇善
委員-陳榮河
中文關鍵字 針軋不織布  張應變  開孔徑  透水速率  顯微鏡觀察 
英文關鍵字 Needle-punched nonwoven geotextiles  Tensile strain  Pore size  Flow velocity  Microscopic observation 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 本研究使用三種不織布於未伸張及張應變為2%、5%、7.5%、10%及20%時,進行單、雙向拉伸試驗、變水頭透水速率量測、濕篩法開孔徑量測、及顯微鏡觀察,以探討織物於未伸張及張應變下之開孔徑及透水速率變化。
拉伸試驗結果顯示,當拉伸至相同應變時,雙向拉伸試體的張力值會比受單向拉伸的試體大。不織布拉伸達最大張力值時,單向拉伸三片不織布A、B、C的平均應變值分別為60.5%、50.5%及59.3%,遠大於發生在雙向拉伸試體的26.6%、24.1%及29.8%。織物A、B、C試體受單向拉伸之最大張力值的平均分別為7.7、9.4和12.9 kN/m,雙向拉伸最大值的平均分別為6.0、8.5和13.2 kN/m。
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加快。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。兩種不同拉伸方式對三種不織布的透水速率的影響,是在相同應變下,織物經雙向拉伸後的透水速率都會比單向拉伸試體快。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。
織物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織物,其開孔徑分佈曲線有相似的趨勢,由未伸張至張應變為20%(本研究之最大張應變)之開孔徑分佈曲線有明顯的差異,織物厚度增加開孔徑逐漸減小,代表織物的開孔徑變化與厚度及張應變有關。顯微鏡下的觀察可見,張應變增大時,同焦距鏡頭下可清晰觀察到的纖維數增多;三種不織布的孔隙面積皆顯現隨應變的增加而減小及減少。
英文摘要 The influences of uniaxial and biaxial tensile strain on pore size distribution and seepage rate of needle-punched geotextiles were investigated in this study. Apparatus have been designed and built for conducting uniaxial and biaxial stretching test of geotextiles, determining pore size distribution, measuring flow rate through plain geotextile and observing variation of fiber with microscope. A uniaxial and biaxial strained geotextile specimen was secured by symmetrical clamping apparatus; two experiments were carried out collaborated with the clamped specimen.
Three needle-punched nonwoven geotextiles were employed in this study. The geotextiles were stretched to 0%,2%,5%,7.5%, 10% and 20% strains prior to installation in apparatus. The experimental results show: (1) For all tested geotextiles when stretched to the same strain, the tensile strength of geotextiles sustained of uniaxial loading is always smaller than geotextiles sustained of biaxial loading. For three nonwoven geotextiles specimen sustained a peak tensile strength of 7.7﹑9.4 and 12.9 kN/m uniaxial load observed an average strain of 60.5%﹑50.5% and 59.3% respectively and is much higher than that of specimen sustained a peak tensile strength of 6.0﹑8.5 and 13.2 kN/m of biaxial load with average strain of 26.6%﹑24.1% and 29.8% respectively. (2) It appears slow down in the flow rate through the plain geotextile till 5% strain; on the contrary, a growth in the flow rate after 7.5% strain and a remarkable increase in the flow rate for all geotextiles at 20% strain is noted significantly the same behavior for uniaxial and biaxial sustained loading. (3) For all tested geotextiles, a decreasing function appears to be appropriately in describing relationship between the O95 and the tensile strain and thickness of geotextiles, increase of the tensile strain and thickness of geotextiles result in reduces of O95. The pore size distribution curves corresponding to 20% strain for three nonwoven geotextiles are distant from the other three curves corresponding to lower strains.
論文目次 目 錄
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……………………………………… 3
第二章 文獻回顧……………………………………………… 5
2.1地工織物簡介……………………………………………… 5
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
2.2.3各種開孔徑量測方法的比較…………………………… 11
2.3地工織物的水力特性……………………………………… 13
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… 14
第三章 研究計畫與試驗方法………………………………… 35
3.1 研究計畫……………………………………………………35
3.2 試驗材料基本性質…………………………………………35
3.3 設備的相關尺寸及功能………………………………… 35
3.3.1 地工織物單向拉伸設備…………………………………36
3.3.2 地工織物雙向拉伸設備…………………………………36
3.3.3 地工織物透水速率試驗設備……………………………39
3.3.4 地工織物開孔徑分佈量測試驗設備 ………………… 39
3.3.5 地工織物拉伸顯微鏡觀察………………………………40
3.4 織物單向拉伸下之相關試驗步驟與方法…………………42
3.4.1 針軋不織布單向伸張之強度試驗………………………42
3.4.2 針軋不織布單向伸張之透水速率試驗…………………43
3.4.3 針軋不織布單向伸張之開孔徑分佈量測試驗…………44
3.4.4 顯微鏡觀察受拉伸針軋不織布之纖維結構 ………… 46
3.5 織物雙向拉伸下之相關試驗步驟與方法…………………47
3.5.1 針軋不織布雙向伸張之強度試驗………………………47
3.5.2 針軋不織布雙向伸張之透水速率試驗…………………48
3.5.3 針軋不織布雙向伸張之開孔徑分佈量測試驗…………49
第四章 試驗結果分析與討論………………………………… 70
4.1 針軋不織布之張力-伸長關係…………………………… 70
4.1.1 針軋不織布的單向拉伸試驗……………………………70
4.1.2針軋不織布的雙向拉伸試驗…………………………… 71
4.1.3針軋不織布單向與雙向拉伸試驗結果比較…………… 72
4.2 針軋不織布的透水試驗……………………………………74
4.2.1針軋不織布單向拉伸之透水試驗結果………………… 75
4.2.2針軋不織布雙向拉伸之透水試驗結果………………… 77
4.2.3針軋不織布拉伸之透水速率結果比較………………… 79
4.3 針軋不織布開孔徑量測結果………………………………80
4.3.1針軋不織布單向拉伸下之開孔徑……………………… 80
4.3.2針軋不織布雙向拉伸下之開孔徑……………………… 83
4.3.3單向與雙向拉伸之O95結果比較…………………………85
4.4 針軋不織布拉伸顯微鏡觀察結果…………………………87
第五章 結論與建議……………………………………………149
5.1 結論……………………………………………………… 149
5.2 建議……………………………………………………… 151
參考文獻……………………………………………………… 153
附錄一Load Cell 校正……………………………………… 159
附錄二 LVDT位移計校正………………………………………161

表 目 錄

表2.1 開孔徑分佈量測方法比較(摘自Smith, 1994)…………22
表2.2 針軋不織布的有效開孔徑(摘自Hwang et al., 1998)…22
表3.1 織物基本性質…………………………………………… 50
表3.2 分級玻璃珠粒徑一覽表………………………………… 51
表4.1(a) 針軋不織布單向與雙向拉伸試驗結果(經向)………… 89
表4.1(b) 針軋不織布單向與雙向拉伸試驗結果(緯向)………… 90
表4.2 單向及雙向拉伸不織布之透水速率(cm/sec)………… 91
表4.3 針軋不織布在不同程度及方向的拉伸之O95 (mm)…… 92
表4.4(a) 拉伸方式對針軋不織布的O95及透水速率的影響………93
表4.4(b) 拉伸方式對針軋不織布的O95及透水速率的影響差異比較…94




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)……………………………………………………………23
圖2.2 不織布織造方式(摘自 地工合成材料加勁擋土結構設計與施工手冊, 2001)…………………………………………………………23
圖2.3 土壤顆粒與地工織物孔隙通道示意圖(摘自Fischer , 1994)……………………………………………………………………… 24
圖2.4 織物孔隙通道示意圖(摘自 王瑞鴻, 2006)………………24
圖2.5 水力動力濕篩量測開孔徑分佈之儀器圖示(改繪自Fayoux, 1977)……………………………………………………………… 25
圖2.6 濕篩法試驗儀器圖示(改繪自Saathoff and Kohlhase , 1986)……………………………………………………………………… 25
圖2.7 六種不同方法量測孔徑分佈結果比較(摘自Bhatia , 1994)……………………………………………………………………… 26
圖2.8 織物受單向與雙向拉伸應力-應變曲線初始直線段(摘自Giroud, 1992)…………………………………………………… …26
圖2.9 地工格網單、雙向拉伸潛變試驗之時間-應變量比較(摘自 Kupec and McGown, 2004)……………………………………… 27
圖2.10 織物伸張及未伸張之流率變化圖(織布) (摘自Fourie and Kuchena , 1995)………………………………………………… 27
圖2.11 織物伸張及未伸張之流率變化圖(不織布) (摘自Fourie and Kuchena , 1995)………………………………………………… 28
圖2.12 針軋不織布單位面積重量對滲透率與滲透係數之影響(摘自Hwang et al., 1998)…………………………………………… 28
圖2.13 織布受雙向拉伸過濾孔徑之變化(摘自Fourie and Addis, 1997)…………………………………………………………………29
圖2.14 阻塞及遮蔽機制圖(摘自Rollin et al., 1988)……………………………………………………………………… 29
圖2.15 雙向張應力與織布W1有效開孔徑之變化(摘自Fourie and Addis, 1999)……………………………………………………… 30
圖2.16 雙向張應力對玻璃珠通過織布W1百分比之影響(摘自Fourie and Addis, 1999)………………………………………………… 30
圖2.17 有效開孔徑與應變關係圖(摘自Horace Horace and Ochola, 1999)…………………………………………………… 31
圖2.18 動力載重試驗裝置示意圖(摘自Glynn and Cochrane, 1987)……………………………………………………………………… 31
圖2.19 織布張應變與開孔徑關係(摘自Wu. et al., 2008)……32
圖2.20 不織布張應變與開孔徑關係(摘自Wu. et al., 2008)…33
圖2.21 織物有效開孔徑與平均透水速率(摘自Wu. et al., 2008)……………………………………………………………………… 34
圖3.1 研究流程……………………………………………………52
圖3.2 試驗項目圖…………………………………………………53
圖3.3 改繪自ASTM D4595規範之地工織物寬幅拉伸試驗示意圖. (摘自 王瑞鴻, 2006)………………………………………………… 54
圖3.4 地工織物單向拉伸試體……………………………………54
圖3.5 織物拉伸試驗機示意圖 (摘自 王瑞鴻, 2006)…………55
圖3.6 織物拉伸試驗機照片(摘自 王瑞鴻, 2006)…………… 55
圖3.7 地工織物雙向拉伸儀器示意圖……………………………56
圖3.8 地工織物雙向拉伸儀器照片………………………………56
圖3.9 地工織物透水速率試驗設備照片…………………………57
圖3.10 地工織物透水速率試驗設備示意圖………………………57
圖3.11 地工織物開孔徑分佈量測試驗設備示意圖(摘自 王瑞鴻, 2006)…………………………………………………………………58
圖3.12 地工織物開孔徑分佈量測試驗設備照片…………………58
圖3.13 迷你拉伸試驗儀示意圖……………………………………59
圖3.14 織物拉伸顯微鏡觀察儀器設備……………………………59
圖3.15 地工織物單向拉伸試驗流程………………………………60
圖3.16 地工織物單向拉伸透水速率試驗流程……………………61
圖3.17 地工織物伸張後之試體取樣過程照片……………………62
圖3.18 地工織物之開孔徑量測試驗流程…………………………63
圖3.19 顯微鏡下放大50倍之玻璃珠顆粒…………………………64
圖3.20 地工織物之顯微鏡觀察……………………………………65
圖3.21 地工織物雙向拉伸試驗流程………………………………66
圖3.22 雙向拉伸不織布示意圖……………………………………67
圖3.23 雙向拉伸不織布試體………………………………………67
圖3.24 地工織物雙向拉伸透水速率試驗流程……………………68
圖3.25 地工織物伸張後之試體取樣過程照片……………………69
圖4.1 針軋不織布(經向、緯向)單向拉伸之張力與張應變關係…………………………………………………………………… 97
圖4.2 針軋不織布(經向、緯向)雙向拉伸之張力與張應變關係……………………………………………………………………100
圖4.3 針軋不織布(經向、緯向)單、雙向拉伸至相同應變對張力之影響…………………………………………………………………101
圖4.4 針軋不織布(經向、緯向)以相同張力進行單、雙向拉伸對張應變之影響…………………………………………………………102
圖4.5 針軋不織布之平均流速與單向拉伸應變的關係圖…… 103
圖4.6 針軋不織布之平均流速與雙向拉伸應變的關係圖…… 104
圖4.7 針軋不織布A的單向與雙向拉伸之透水速率圖…………105
圖4.8 針軋不織布B的單向與雙向拉伸之透水速率圖…………106
圖4.9 針軋不織布C的單向與雙向拉伸之透水速率圖…………107
圖4.10 針軋不織布A單向拉伸下之開孔徑分佈曲線……………108
圖4.11 針軋不織布A在單向拉伸下之O95與張應變關係……… 109
圖4.12 針軋不織布B單向拉伸下之開孔徑分佈曲線……………110
圖4.13 針軋不織布B在單向拉伸下之O95與張應變關係……… 111
圖4.14 針軋不織布C單向拉伸下之開孔徑分佈曲線……………112
圖4.15 針軋不織布C在單向拉伸下之O95與張應變關係……… 113
圖4.16 針軋不織布A雙向拉伸下之開孔徑分佈曲線……………114
圖4.17 針軋不織布A在雙向拉伸下之O95與張應變關係……… 115
圖4.18 針軋不織布B雙向拉伸下之開孔徑分佈曲線……………116
圖4.19 針軋不織布B在雙向拉伸下之O95與張應變關係……… 117
圖4.20 針軋不織布C雙向拉伸下之開孔徑分佈曲線……………118
圖4.21 針軋不織布C在雙向拉伸下之O95與張應變關係……… 119
圖4.22 針軋不織布單向拉伸O95與張應變關係…………………120
圖4.23 針軋不織布雙向拉伸O95與張應變關係…………………121
圖4.24 針軋不織布A單、雙向拉伸應變2%之開孔徑分佈曲線…122
圖4.25 針軋不織布A單、雙向拉伸應變5%之開孔徑分佈曲線…123
圖4.26 針軋不織布A單、雙向拉伸應變7.5%之開孔徑分佈曲線124
圖4.27 針軋不織布A單、雙向拉伸應變10%之開孔徑分佈曲線 125
圖4.28 針軋不織布A單、雙向拉伸應變20%之開孔徑分佈曲線 126
圖4.29 針軋不織布A 單、雙向拉伸之O95及透水速率與張應變關係……………………………………………………………………127
圖4.30 針軋不織布A 單、雙向拉伸之O95及透水速率與張力關係……………………………………………………………………128
圖4.31 針軋不織布B 單、雙向拉伸應變2%之開孔徑分佈曲線 129
圖4.32 針軋不織布B 單、雙向拉伸應變5%之開孔徑分佈曲線 130
圖4.33 針軋不織布B 單、雙向拉伸應變7.5%之開孔徑分佈曲線……………………………………………………………………131
圖4.34 針軋不織布B 單、雙向拉伸應變10%之開孔徑分佈曲線……………………………………………………………………132
圖4.35 針軋不織布B 單、雙向拉伸應變20%之開孔徑分佈曲線……………………………………………………………………133
圖4.36 針軋不織布B 單、雙向拉伸之O95及透水速率與張應變關係……………………………………………………………………134
圖4.37 針軋不織布B 單、雙向拉伸之O95及透水速率與張力關係……………………………………………………………………135
圖4.38 針軋不織布C 單、雙向拉伸應變2%之開孔徑分佈曲線 136
圖4.39 針軋不織布C 單、雙向拉伸應變5%之開孔徑分佈曲線 137
圖4.40 針軋不織布C 單、雙向拉伸應變7.5%之開孔徑分佈曲線……………………………………………………………………138
圖4.41 針軋不織布C 單、雙向拉伸應變10%之開孔徑分佈曲線……………………………………………………………………139
圖4.42 針軋不織布C 單、雙向拉伸應變20%之開孔徑分佈曲線……………………………………………………………………140
圖4.43 針軋不織布C 單、雙向拉伸之O95及透水速率與張應變關係………………………………………………………………… 141
圖4.44 針軋不織布C 單、雙向拉伸之O95及透水速率與張力關係……………………………………………………………………142
圖4.45 不同應變下的不織布照片……………………………… 148

參考文獻 參考文獻

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