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系統識別號 U0002-2502202014210500
中文論文名稱 單雙向張應變對不織布開孔徑與透水能力的影響
英文論文名稱 Influence of uniaxial and biaxial strain on pore size and flow rate of 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 108
學期 1
出版年 109
研究生中文姓名 鍾子傑
研究生英文姓名 Tzu-Chieh Chung
學號 607380093
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2020-01-08
論文頁數 160頁
口試委員 指導教授-洪勇善
委員-吳朝賢
委員-楊國鑫
中文關鍵字 地工不織布  張應變  開孔徑  透水速率  毛細管流孔隙法  Giroud(1996)透水經驗式 
英文關鍵字 Nonwoven geotextiles  Tensile strain  Pore size  Flow velocity  Giroud(1996)permeability experiential formula  Capillary flow porometry 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 本研究主要探討地工織物受單軸或雙軸張應變時的過濾特性。對四種織物於未拉伸及5%、10%、20%、25%的單向應變,4%、10%、20%的雙向應變後,量取織物的厚度以求孔隙率,再放入定水頭儀器中量測透水能力,再以Giroud(1996)經驗式與本實驗結果比較。開孔徑分佈試驗採用毛細管流孔隙法量測,須先了解浸泡溶液對開孔徑的影響、再探討單雙向拉伸對不織布開孔徑的影響,並將毛細管流孔隙法與溼篩法的開孔徑分佈曲線比較,探討兩種試驗方法的差異性。
單雙向張應變對不織布滲透性及孔隙率影響結果顯示,k值與n值呈現正比關係。水頭升高會使k值下降,若不織布的透水性若高於0.33 1/s時必須要考慮非層流的問題發生,避免高估織物的透水性。
透水能力試驗之結果與Giroud (1996)的預測式比較後可得,相同的孔隙率下k值會隨水頭升高而降低,表示在高水力梯度的狀況下若使用Giroud (1996) 經驗式,會使誤差較低水力梯度時來的更大。
將Wu & Hong (2016)的形狀修正因子β帶入Giroud (1996)的預測式中,修正β後預測式的結果相較Giroud (1996)的預測式更加準確,表示將β修正後Giroud (1996)的預測式用於以拉伸應變改變n值的狀況下是可行的,但必須考慮水頭對預測式的影響,因此本實驗依不同水頭提出新的β值與n值的關係式。
Galwick較水具有更佳的重覆性,且測量範圍也更加廣泛。水為浸泡液施作毛細管流孔隙法試驗時,需先測量不織布的乾曲線才可量測溼曲線,以免液體存於較小的織物纖維孔隙中難以排除,導致後測的乾曲線產生誤差。
量測開孔徑大於80 μm的不織布,考量飽和度流失問題,應採用相同試體下各開孔徑分佈曲線中最大開孔徑值為最大者,作為此試體最具代表性的開孔徑分佈曲線。
毛細管流孔隙法與溼篩法的開孔徑分佈曲線比較可得,O80以上溼篩法與Galwick的實驗結果是一致的,隨著O80逐漸降低至O50,溼篩法的開孔徑值將介於水與Galwick之間,由O50降至O15時溼篩法的開孔徑值,會逐漸靠近水的試驗結果。
英文摘要 This study mainly explores the filtering characteristics of geotextiles under uniaxial or biaxial tensile strain. For the four kinds of fabrics under unstretched and uniaxial strains of 5%, 10%, 20%, and 25%, and biaxial strains of 4%, 10%, and 20%, measure the thickness of the fabrics to obtain porosity. The water permeability was measured in a constant head test, and the results of this experiment were compared with Giroud's (1996) empirical formula. The opening pore size distribution test is measured by capillary flow porometry.It is necessary to understand the influence of the soaking solution on the open pore size, then explore the effect of uniaxial and biaxial stretching on the opening size of the nonwoven geotextiles, and compare the pore size distribution curves of the capillary flow pore method and the wet sieve method to explore the differences between the two test methods.
The effects of uniaxial and biaxial tensile strains on the permeability and porosity of the non-woven geotextile show that the k value and the n value are in direct relationship. Raising the water head will reduce the value of k. If the water permeability of the non-woven geotextile is higher than 0.33 1/s, non-laminar flow must be considered to avoid overestimating the permeability of the geotextile.
The results of the permeability test are compared with the prediction formula of Giroud (1996). It can be obtained that the k value will decrease with the increase of the water head under the same porosity, which means that if Giroud (1996) prediction formula is used under the condition of high hydraulic gradient, This will make the error larger at lower hydraulic gradients.The shape correction factor β of Wu & Hong (2016) is brought into the prediction formula of Giroud (1996), and the result of the modified β prediction formula is more accurate than the prediction formula of Giroud (1996). The predictive formula is feasible under the condition that the n value is changed by tensile strain, but the influence of the water head on the predictive formula must be considered. Therefore, a new relationship between β value and n value is proposed in this experiment according to different water heads.
Galwick has better repeatability than water and has a wider measurement range. When the capillary flow porometry is performed with water as the immersion liquid, the dry curve of the non-woven fabric must be measured before the wet curve can be measured, so as to prevent the liquid from being difficult to be excluded in the small pores of the fabric fibers, which will cause errors in the dry curve after measurement.
Measure non-woven fabrics with an opening size greater than 80 μm. Considering the problem of saturation loss, the largest opening size of each pore size distribution curve under the same sample should be used as the most representative pore size distribution curve for this sample.
The comparison of the pore size distribution curves between the capillary flow porometry and the wet sieve method shows that the wet sieve method above O80 is consistent with Galwick's experimental results. The opening size of the wet sieve method which is gradually reduced from O80 to O50 will be between water and Galwick. From O50 to O15, the opening size of the wet sieve method will gradually approach the test results of water.
論文目次 目錄 I
圖目錄 IV
表目錄 IX
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 論文組織與研究內容 3
第二章 文獻回顧 4
2.1 地工織物簡介 4
2.2 織物孔徑結構的定義 6
2.3 毛細管流孔隙法之織物開孔徑量測 7
2.4 毛細管流孔隙法之開孔徑分佈測量 8
2.5 層流與紊流 9
2.6 地工織物之水力特性 11
2.7 張應力-應變對地工合成材影響之相關研究 12
2.8 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 23
3.1 研究計畫 23
3.2 試驗材料基本性質 23
3.3 試驗設備 25
3.3.1 地工織物單向拉伸試驗 25
3.3.2 地工織物雙向拉伸試驗 26
3.3.3 地工織物厚度測量試驗 26
3.3.4 地工織物定水頭試驗 27
3.3.5 溶液表面張力測定 28
3.3.6 毛細管流法不織布開孔徑分佈試驗 29
3.3.7 圖像應變分析 30
3.4 試驗簡介與試驗方法 31
3.4.1地工織物單向拉伸試驗 31
3.4.2 地工織物雙向伸張試驗與取樣 32
3.4.3地工織物厚度測量試驗 33
3.4.4地工織物定水頭試驗 34
3.4.5 溶液表面張力測定 35
3.4.6毛細管流法不織布開孔徑分佈試驗 36
3.4.7 圖像應變分析 37
第四章 實驗結果分析與討論 51
4.1單雙向拉伸對不織布透水能力及孔隙率的影響 51
4.1.1單雙向拉伸使不織布孔隙率產生的變化 53
4.1.2單向拉伸對不織布滲透性的影響 55
4.1.3單向拉伸對不織布透水性的影響 63
4.1.4雙向拉伸對不織布滲透性的影響 70
4.1.3雙向拉伸對不織布透水性的影響 77
4.1.4試驗結果與經驗式比較 83
4.2單雙向拉伸對不織布開孔徑分佈影響 95
4.2.1不同浸泡溶液對開孔徑試驗影響 95
4.2.2不織布開孔徑分佈曲線之重覆試驗結果 101
4.2.3雙向拉伸對不織布開孔徑影響 109
4.2.4單軸拉伸應變對不織布應變與開孔徑影響 116
4.2.5單向拉伸對不織布開孔徑特徵值的影響 142
4.3不織布開孔徑分佈曲線之溼篩法與毛細管流孔隙法試驗結果比較 148
第五章 結論與建議 154
5.1結論 154
5.2建議 156
參考文獻 157




圖目錄
圖1.1 沙腸管受力方向(Leshchinsky et al.,1996) 2
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) 5
圖2.2 不織布織造方式(地工合成材料加勁擋土結構設計與施工手冊, 2001) 5
圖2.3土壤顆粒與地工織物孔隙通道示意圖(Fischer, 1994) 6
圖2.4織物孔隙通道示意圖(王瑞鴻,2006) 6
圖2.5毛細管流法之壓力與流率圖 (Halisch,2013) 8
圖2.6層流與紊流示意圖 (Gourc et al., 2012) 9
圖2.7水力梯度與流速之關係(Gourc et al., 2012) 10
圖2.8水力梯度與透水速率之關係(Gourc et al., 2012) 10
圖2.9 織物受單向與雙向拉伸應力-應變曲線初始直線段(Giroud, 1992) 12
圖2.10地工織布應力-應變曲線(Rawal et al,2010) 13
圖2.11 織物拉伸及未拉伸之流率變化圖(織布)( Fourie and Kuchena, 1995) 17
圖2.12織物拉伸及未拉伸之流率變化圖(不織布)(Fourie and Kuchena, 1995) 18
圖2.13針軋不織布單位面積重量對滲透率與滲透係數之影響(Hwang et al., 1998) 18
圖2.14 雙向張應力與織布W1 有效開孔徑之變化(Fourie and Addis, 1999) 19
圖 2.15 雙向張應力對玻璃珠通過織布W1百分比之影響(Fourie and Addis,1999) 19
圖2. 16開孔徑與應變關係圖(Horace and Ochola, 1999) 20
圖2.17經驗式與試驗結果之滲透係數關係 (Wu and Hong 2016) 20
圖2.18張應變與Ox關係圖 (Wu and Hong 2016) 21
圖2.19張應變對Ox縮小百分比關係圖 (Wu and Hong 2016) 22
圖3.1 研究流程 24
圖3.2 多功能力學拉伸機示意圖(王瑞鴻,2009) 38
圖3.3 多功能力學拉伸機 (王瑞鴻,2009) 38
圖3.4不織布固定環(D=10 cm) 39
圖3.5不織布雙向拉伸尺寸示意圖 39
圖3.6不織布雙向拉伸儀器示意圖 40
圖3.7不織布雙向拉伸固定環(D=10 cm) 40
圖3.9測微計與2 kpa砝碼 41
圖3.10定水頭試驗示意圖 42
圖3.11定水頭試驗儀器 42
圖3.12表面張力測定儀 43
圖3.13白金環與試料頂台 43
圖3.14各部件示意圖與編號 44
圖3.15 CFP-1100AXNC(毛細管流試驗儀器) 45
圖3.16夾持固定環與定位環 45
圖3.17夾持固定環 46
圖3.18夾持固定環取樣 46
圖3.19浸泡溶液 47
圖3.20清潔溶液酒精 47
圖3.21空壓機 48
圖3.22空氣乾燥機 48
圖3.23攝影儀器架設位置 49
圖3.24織布取樣位置圖 50
圖3.25 Matlab程式碼 50
圖4.1砂管施工不同高寬比與對應織布應力示意圖 (陳金台,2002) 52
圖4.2不織布受單軸拉伸後面積計算方式 54
圖4.3不織布受雙軸拉伸後面積計算方式 54
圖4.4單向拉伸下不織布GT1之滲透性與水頭關係圖 59
圖4.5 單向拉伸下不織布GT2之滲透性與水頭關係圖 60
圖4.6 單向拉伸下不織布GT3之滲透性與水頭關係圖 61
圖4.7 單向拉伸下不織布GT4之滲透性與水頭關係圖 62
圖4.8 單向拉伸下不織布GT1之透水性與水頭關係圖 66
圖4.9 單向拉伸下不織布GT2之透水性與水頭關係圖 67
圖4.10 單向拉伸下不織布GT3之透水性與水頭關係圖 68
圖4.11 單向拉伸下不織布GT4之透水性與水頭關係圖 69
圖4.12 雙向拉伸下不織布GT1之滲透性與水頭關係圖 73
圖4.13 雙向拉伸下不織布GT2之滲透性與水頭關係圖 74
圖4.14 雙向拉伸下不織布GT3之滲透性與水頭關係圖 75
圖4.15 雙向拉伸下不織布GT4之滲透性與水頭關係圖 76
圖4.16 雙向拉伸下不織布GT1之透水性與水頭關係圖 79
圖4.17 雙向拉伸下不織布GT2之透水性與水頭關係圖 80
圖4.18 雙向拉伸下不織布GT3之透水性與水頭關係圖 81
圖4.19 雙向拉伸下不織布GT4之透水性與水頭關係圖 82
圖4.20 孔隙率與形狀因子之關係(Giroud,1996) 84
圖4.21單軸拉伸下滲透性實驗結果與經驗式比較 88
圖4.22雙軸拉伸下滲透性實驗結果與經驗式比較 89
圖4.23形狀修正因子β與不織布孔隙率的關係(Wu & Hong 2016) 90
圖4.24 單軸拉伸下滲透性實驗結果與β修正經驗式比較 91
圖4.25 雙軸拉伸下滲透性實驗結果與β修正經驗式比較 92
圖4.26 水頭10 cm、20 cm下形狀修正因子β與孔隙率的關係 93
圖4.27不同水頭下形狀修正因子β與孔隙率的關係 94
圖4.28 不同浸泡溶液下不織布GT3之開孔徑分佈曲線 97
圖4.29 不同浸泡溶液下不織布GT4之開孔徑分佈曲線 98
圖4.30 GT2空氣流量與氣體壓力關係圖 99
圖4.31 GT4空氣流量與氣體壓力關係圖 100
圖4.32 固定環取樣位置示意圖 104
圖4.33 未拉伸下的GT1開孔徑分佈曲線 105
圖4.34 未拉伸下GT2的開孔徑分佈曲線 106
圖4.35 未拉伸下GT3的開孔徑分佈曲線 107
圖4.36 未拉伸下GT4的開孔徑分佈曲線 108
圖4.37 GT1開孔徑分佈曲線之雙向拉伸 112
圖4.38 GT2開孔徑分佈曲線之雙向拉伸 113
圖4.39 GT3開孔徑分佈曲線之雙向拉伸 114
圖4.40 GT4開孔徑分佈曲線之雙向拉伸 115
圖4.41 5%單軸拉伸應變時GT1各取樣位置的應變與開孔徑分佈曲線 122
圖4.42 10%單軸拉伸應變時GT1各取樣位置的應變與開孔徑分佈曲線 123
圖4.43 20%單軸拉伸應變時GT1各取樣位置的應變與開孔徑分佈曲線 124
圖4.44 25%單軸拉伸應變時GT1各取樣位置的應變與開孔徑分佈曲線 125
圖4.45 25%單軸拉伸應變GT1橫軸網格位置與伸張及收縮應變關係圖 126
圖4.46 GT1橫軸網格位置示意圖 126
圖4.47 5%單軸拉伸應變時GT2各取樣位置的應變與開孔徑分佈曲線 127
圖4.48 10%單軸拉伸應變時GT2各取樣位置的應變與開孔徑分佈曲線 128
圖4.49 20%單軸拉伸應變時GT2各取樣位置的應變與開孔徑分佈曲線 129
圖4.50 25%單軸拉伸應變時GT2各取樣位置的應變與開孔徑分佈曲線 130
圖4.51 25%單軸拉伸應變GT2橫軸網格位置與伸張及收縮應變關係圖 131
圖4.52 GT2橫軸網格位置示意圖 131
圖4.53 5%單軸拉伸應變時GT3各取樣位置的應變與開孔徑分佈曲線 132
圖4.54 10%單軸拉伸應變時GT3各取樣位置的應變與開孔徑分佈曲線 133
圖4.55 20%單軸拉伸應變時GT3各取樣位置的應變與開孔徑分佈曲線 134
圖4.56 25%單軸拉伸應變時GT3各取樣位置的應變與開孔徑分佈曲線 135
圖4.57 25%單軸拉伸應變GT3橫軸網格位置與伸張及收縮應變關係圖 136
圖4.58 GT3橫軸網格位置示意圖 136
圖4.59 5%單軸拉伸應變時GT4各取樣位置的應變與開孔徑分佈曲線 137
圖4.60 10%單軸拉伸應變時GT4各取樣位置的應變與開孔徑分佈曲線 138
圖4.61 20%單軸拉伸應變時GT4各取樣位置的應變與開孔徑分佈曲線 139
圖4.62 25%單軸拉伸應變時GT4各取樣位置的應變與開孔徑分佈曲線 140
圖4.63 25%單軸拉伸應變GT4橫軸網格位置與伸張及收縮應變關係圖 141
圖4.64 GT4橫軸網格位置示意圖 141
圖4.65 GT1單向拉伸應變與Ox關係圖 144
圖4.66 GT2單向拉伸應變與Ox關係圖 145
圖4.67 GT3單向拉伸應變與Ox關係圖 146
圖4.68 GT4單向拉伸應變與Ox關係圖 147
圖4.69 溼篩法與毛細管流孔隙法量測GT1開孔徑分佈曲線之結果比較 150
圖4.70溼篩法與毛細管流孔隙法量測GT2開孔徑分佈曲線之結果比較 151
圖4.71溼篩法與毛細管流孔隙法量測GT4開孔徑分佈曲線之結果比較 152
圖4.72溼篩法與毛細管流孔隙法量測GT4開孔徑分佈曲線之結果比較 153


表目錄
表2.1 針軋不織布的有效開孔徑(Hwang et al., 1998) 17
表3.1 不織布的基本性質 23
表3.2攝影器材規格 30


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論文使用權限
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