臺灣博碩士論文加值系統

本研究首先採用2007年南投縣道131線道路災修復建工程中之現地加勁擋土結構監測資料，進行三維有限元素數值模擬，並比對傾斜管側向變位之模擬值與現場監測值之吻合度，以檢核數值程序對加勁擋土結構之有效性。
隨之，建立一組典型加勁擋土結構，並針對各項結構設計參數進行力學變形行為及穩定性分析。參數研究中，所採用之數值變數包括：加勁材之配置長度(Ld)、配置間距(Sv)、加勁材配置方式、加勁材之軸向勁度及加勁擋土結構體表面斜度。同時，針對各類水力數值變數包括：不同設計雨型以及不同初始地下水水位(hwo)，進行降雨入滲參數研究，以檢核水力數值變數在降雨期間，對邊坡飽和度S(%)、孔隙水壓Pwater以及穩定性之影響。最後，探討特定降雨條件下，進行加勁擋土結構內部排水系統配置之參數研究，以研究其對整體結構穩定機制之影響。
現地加勁擋土結構之數值驗證模擬結果顯示：傾斜管側向變位之模擬值與監測值相當吻合，因此可確認所採用數值程序之有效性。另外，在參數研究方面，由數值試驗結果可知：(1)若將加勁材配置長度增加(Ld=3.75→4.00→5.00 m)，則穩定性安全係數FS值將隨之增加(FS=2.219→2.224→2.381)，且其結構表面側向位移有微降之趨勢。(2)若將加勁材配置間距增大(Sv=0.4→0.5→1.0 m)，則穩定性安全係數FS值將隨之降低(FS=2.557→2.224→1.563)，且其結構表面之側向位移量有明顯上升之趨勢。(3)若改變加勁材配置位置(與牆趾之距離Z=0.0→0.5→1.0→1.5 m)時，則穩定性安全係數FS值呈現先升後降之結果(FS=1.028→1.197→1.485→1.317)，並於距離牆趾高1.0 m處配置加勁材時，即加勁材設置在牆頂及牆趾正中間，其穩定性安全係數FS值達最大值。(4)若將加勁材軸向勁度降低(EA=200→150→100 kN)時，穩定性安全係數FS有微降之趨勢(FS=2.199→2.140→2.103)，且由於加勁材與土壤界面的摩擦束制力降低，因此結構表面之側向位移量相對增大。(5)若將加勁擋土結構之表面斜度降低(=84.3°→73.3°→63.4°)時，則穩定性安全係數FS值有上升之趨勢(FS=1.737→2.199→2.543)，其加勁擋土結構之側向位移量逐漸減小。
再者，由降雨滲流水力數值變數分析結果顯示：(1)當設計降雨之重現期距較高(重現期距2年→5年→20年)，即降雨強度較大時，加勁擋土結構整體之穩定性安全係數FS值將會降低(FS=5.345→4.079→2.296)。(2)當初始地下水水位較高時，整體之穩定性安全係數FS值相對較高(高水位hwo=6→低水位hwo=10 m，FS=3.829→4.841)。最後，由降雨期間加勁擋土結構內部排水系統(排水管及排水墊)配置分析結果說明，內部排水系統之總體積將影響加勁擋土結構，結構內部入滲水之消散速度。若配置排水管時，則加勁區內土體飽和度上升較快，穩定性安全係數FS值降低較快(t=0→24hr，FS=6.189→3.584)。若配置排水板時，則加勁區內土體飽和度上升較慢，其相應之穩定性安全係數FS值亦降低較慢(t=0→24hr，FS=6.224→4.079)。

Firstly, using the inclinometer monitoring data of a road repair project at Nantou, Taiwan, this study carried out a 3-D numerical simulation to investigate the stabilization mechanism of geogrid reinforcement. Comparing the lateral displacement of geogrid reinforcement from simulation with those from measurement, one can verify the validities of the numerical procedures and material model parameters used in the simulation.
Subsequently, a model geogrid reinforcement consists of colluviums was set up for carrying out a series of parametric studies to investigate their effects on the deformation behavior, mechanical properties, and slope stability. In numerical experiments, the numerical variables consist of material and geometry types encompass: geogrid length Ld, geogrid spacing Sv, geogrid configuration, geogrid stiffness, and the angle of reinforcement.
Meanwhile, a model geogrid reinforcement consists of colluviums was set up for carrying out a series of rainfall induced seepage analyses and parametric studies on various hydraulic numerical variables to investigate their effects on the degree of saturation S(%), pore water pressure Pwater, and slope stability during rainfall. The numerical variables adopted in parametric studies include: design rainfall pattern, and initial groundwater level (hwo).
At last, a model geogrid reinforcement was set up for carrying out a certain rainfall induced seepage analysis to investigate their effects on the degree of saturation S(%), pore water pressure Pwater, and slope stability during rainfall. The numerical variable adopted in parametric studies is drainage configuration.
For calibrated and verified simulations, the numerical results of slope stabilized by geogrid reinforcement demonstrate that the lateral displacement shaft from simulations are fairly coincident with those from observations.
According to the numerical results of a homogeneous slope stabilized by geogrid reinforcement, following conclusions can be drawn:
(1) For a slope with geogrid reinforcement, the FS value increases with the increasing geogrid length (Ld=3.75  4.00  5.00 m).
(2) For a slope with geogrid reinforcement, the FS value reduces with the increasing geogrid length (Sv=0.4  0.5  1.0 m).
(3) For a slope with geogrid reinforcement, the FS value goes up then down with the increasing distance from toe (Z=0.0→0.5→1.0→1.5 m). In addition, when the distance from toe Z=1.0 m, the FS value will reach the maximun.
(4) For a slope with geogrid reinforcement, the FS value reduces with the reducing geogrid stiffness (EA=200→150→100 kN).
(5) For a slope with geogrid reinforcement, the FS value increases with the reducing slope degree (=84.3°→73.3°→63.4°).
Based on the numerical experiments of rainfall induced seepage analyses for a geogrid reinforcement model, several conclusions are made:
(1) For a designated duration of rainfall, the FS value of the slope with geogrid reinforcement is relatively low for a high-intensity rainfall (return period 2 years rainfall  return period 20 years rainfall, FS=5.345  2.296).
(2) For a specific duration of rainfall, the FS value tends to be lower when the initial groundwater level becomes higher. For example, a high groundwater level hwo=6 m  low groundwater level hwo=10 m, the factor of safety FS=3.829→4.841.
At last, the result of a certain rainfall induced seepage analysis to investigate drainage configuration shows that the drainage volume will effects the dissipation rate of precipitation. As the saturation increases less with the larger drainage volume, the FS value reduces less.

Keywords: geogrid reinforcement, rainfall infiltration, degree of saturation, pore water pressure, compaction, drainage, factor of safety (FS value)

摘要 i
Abstract ii
第一章 緒論 1
1.1研究動機 ……………………………………………………………………1
1.2研究目的 ……………………………………………………………………1
第二章 文獻回顧 2
2.1 加勁擋土結構 2
2.1.1 加勁擋土結構之發展 2
2.1.2 加勁材與土壤互制力學行為 2
2.1.3 加勁擋土結構設計方法 4
2.2未飽和土壤 11
2.2.1未飽和土壤強度 12
2.2.2未飽和土壤基質吸力 12
2.2.3未飽和土壤滲透係數 14
2.3崩積土……………………………………………………………………….15
2.3.1崩積土之特性與工程性質 15
2.4夯實土壤…………………………………………………………………….18
2.4.1 夯實原理及夯實曲線 18
2.4.2夯實土壤工程性質 20
2.5土壤水分特性曲線(SWCC) 22
2.5.1崩積土壤之水分特性曲線 25
2.5.2夯實土壤之水分特性曲線 27
2.5.3水分特性曲線之推估 28
2.5.4土壤水分特性曲線之擬合參數 32
2.6 降雨導致加勁擋土結構破壞之機制 35
2.6.1 降雨入滲對浸潤帶之發展 35
2.6.2 降雨對地下水水位之影響 37
2.6.3 降雨頻率分析與設計雨型 39
2.6數值分析程式─PLAXIS 3D 45
2.6.1 土壤材料模式 45
2.6.2元素模式 48
2.6.3有限元素法 49
2.6.4穩定分析法─強度折減法 49
2.6.5 地下水滲流理論 49
2.7加勁擋土結構數值模擬相關研究 51
2.7.1 Benmebarek (2015) 51
2.7.2盧樹盛(2012) 54
2.7.3 Chaiyaput (2014) 56
2.8現地加勁擋土結構資料彙整─以南投縣道131線災修復建工程為例 60
2.8.1 地理位置 60
2.8.2地質鑽探狀況 61
2.8.3 監測資料 63
第三章 研究方法 64
3.1 研究流程……………………………………………………………………..64
3.2 現地加勁擋土結構穩定邊坡之數值模擬以南投縣道131線災修復建工程為例…………………………………………………………………………………..65
3.2.1 數值模型建立 65
3.2.2數值模擬執行 71
3.3 典型加勁擋土結構各項配置對力學行為及穩定性之影響 72
3.3.1數值模型建立 72
3.3.2加勁擋土結構參數研究數值變數 75
3.3.3數值模擬執行 77
3.4 加勁擋土結構在降雨情況下之水文參數研究及穩定分析 78
3.4.1數值模型建立 78
3.4.2降雨入滲分析參數研究所採用之數值變數 80
3.4.3數值模擬執行 84
3.5 特定降雨條件下加勁擋土結構之穩定性分析 85
3.5.1數值模型建立 85
3.5.2參數設定 85
3.5.3數值模擬執行 86
第四章 結果與討論 87
4.1 現地加勁擋土結構數值驗證 87
4.1.1 現地加勁擋土結構之穩定性分析 87
4.1.2 側向位移之變化 88
4.2典型加勁擋土結構各項配置對力學行為及穩定性之影響 90
4.2.1 加勁材配置長度及配置間距 90
4.2.2加勁材配置方式 94
4.2.3加勁材軸向勁度 97
4.2.4結構體表面斜度 99
4.3加勁擋土結構配置排水板之降雨滲流穩定分析 101
4.3.1 設計降雨 101
4.3.2初始地下水水位 108
4.4特定降雨條件下加勁擋土結構之穩定性分析 114
4.4.1排水系統 114
第五章 結論與建議 120
5.1 結論 ……………………………………………………………………….120
5.1.1現地加勁擋土結構數值驗證 120
5.1.2典型加勁擋土結構各項配置對力學行為及穩定性之影響 120
5.1.3加勁擋土結構之降雨滲流穩定分析 121
5.1.4特定降雨條件下加勁擋土結構之穩定性分析 121
5.2建議 ……………………………………………………………………….122
參考文獻 123

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