臺灣博碩士論文加值系統

以大型直剪試驗各種土壤與地工材料相關介面摩擦係數以被廣泛的使用在各種加勁結構物設計介面參數，但大多數剪力試驗研究利用相同土壤材料與格網組合進行直剪試驗，在試驗上觀察剪力介面帶上之土壤顆粒變化研究仍然是缺乏的。因此本研究將利用透明大型直剪盒與五種近似方形開孔格網與四種不同粒徑土壤搭配觀察剪力帶介面間土壤顆粒流動特性，並在試驗過程中採用數位照相機拍攝剪力介面變化，分析不同格網特性與土壤顆粒之關係，與加勁土體間介面剪力帶變化之情形。
研究結果顯示，觀察三分石、一分礫石顆粒與格網有良好的互制行為，破壞面將會遠離格網，介面剪力帶寬約(9.2mm-26mm)、(8.7mm-13.4mm)。越南矽砂置入格網之介面剪力帶寬約(4mm-6mm)介於礫石與標準砂間。觀察標準砂介面剪力帶範圍約(1.2mm-2.6mm)受砂顆粒尺寸效應影響介面上剪力帶範圍最小。上述四種不同粒徑土壤與不同型式地工材料試驗之介面觀測結果，介面剪力帶大小依序為三分礫石＞一分礫石＞越南矽砂＞標準砂。可了解在不同粒徑土壤所呈現出不同之介面行為，不論是加勁土壤與未加勁土壤條件下，礫石試體皆比越南砂、標準砂有較明顯的剪力帶的發生，在相同的條件下礫石較越南砂、標準砂有較高之剪力強度，且土體膨脹量亦較大。
在本研究中探討剪力介面觀測來了解土壤在格網勒條間之發展，試驗中發現格網勒條表面與格網張力強度對介面上土壤顆粒流動是有相當大的影響。

The interface friction coefficient between different soils and geosynthetics by obtaining from large-scale direct shear test has been widely used in designing of reinforced earth structure. Most of the direct shear tests are usually performed the geogrid and same soil at upper and lower layer of shear box. The lack of research by using direct shear test to observe the shear band of soil particles. Therefore this study adopt a transparent large-scale direct shear box with five opening size of grid and four different soil particle size to observe the flow characeteristics of soil particle at interface shear band by using a digital camera. Recording interface friction changes and analyize the change of different geogrid characteristics and between soil particles.
The testing results show gravel particles and geogrid have good interaction behavior. Failure surface of shear band will be far away from the location of geogrid and interface area. The bandwidth is about (9.2mm-26mm)、(8.7mm-13.4mm) that is measured at Vietnam sand. The interface shear band bandwidth is about (4mm-6mm) at Ottawa sand and gravel. Observation of Ottawa sand interface shear band bandwidth about (1.2mm-2.6mm),effect of sand particle size on the interface shear band with the scope of the smallest. The result of interface shear observation use four different soil particle size and five different kinds of type geogrid of the above mentioned, the interface shear band ranked in descending order are as follows: gravel＞Vietnam sand＞Ottawa sand. Understandably, the different soil particle size can show the different interface behavior, despite in reinforced soil condition or in unreinforced soil condition, gravel specimen has more visible shear band than Vietnam sand and Ottawa sand. Under the same conditions, the gravel has the higher shear strength more than Vietnam sand and standard sand, soil dilation behavior also more pronounced.
This study is to explore Interface shear observation and to understand the soil in the geogrid rib development, in this test can found that geogrid surface and geogrid rib tensile strength with soil particle mobile has the quite Obviously influence.

目 錄
誌謝 I
中文摘要 II
英文摘要 III
目錄 V
表目錄 VIII
圖目錄 IX
第一章 緒論
1-1 前言 1
1-2 研究動機與目的 1
1-3 研究方法 1
1-4 研究內容 2
第二章 文獻回顧
2-1 前言 4
2-2 地工格網材料介紹 4
2-2-1 地工織物介紹 5
2-2-2 地工止水膜介紹 5
2-3 地工合成材料與土壤之互制行為 6
2-3-1 地工合成材料與土壤之互制能力評估 6
2-3-2 地工格網與土壤之互制作用評估 8
2-4 直剪試驗介紹 9
2-4-1 直剪試驗設備種類 9
2-4-2 直剪盒尺寸影響 10
2-4-3 正向應力影響 11
2-4-4 直剪剪動速度影響 11
2-5 地工合成材料介面試驗相關研究 12
2-5-1 地工材料介面及附近的觀測方法介紹 12
2-5-2 直剪試驗介面觀測 13
2-6 小結 15
第三章 實驗內容與試驗方法
3-1 試驗材料 29
3-2 試驗儀器 29
3-2-1 地工合成材料厚度試驗儀 29
3-2-2 地工合成材料抗張力試驗儀 30
3-2-3 大型直剪試驗儀 30
3-2-4 影像擷取 32
3-2-5 儀器荷重元率定 32
3-3 試驗方法 32
3-3-1 土壤基本物理性質試驗方法 33
3-3-2 地工合成材料基本物理性質試驗方法 33
3-3-3 土體試體準備方法 34
3-3-3 土體試體準備方法 34
3-4 大型直剪試驗介面觀測方法介紹 35
3-5 大型直剪試驗步驟 35
3-5-1 渥太華砂、礫石、紅土試驗規劃 35

第四章 實驗結果與討論
4-1 土讓材料物理性質試驗結果 56
4-2 地工合成材料物理性質試驗結果 56
4-3 大型剪力試驗結果 56
4-3-1 土讓直剪試驗 57
4-3-2 三分礫石介面觀測試驗 58
4-3-3 越南矽砂介面觀測試驗 63
4-3-4 標準渥太華砂介面觀測試驗 66
4-4 綜合討論 69
4-5 土壤剪脹行為 71
4-6 格網肋條被動阻抗之評估 72
4-6-1 格網肋條被動阻抗作用機制 72
4-6-2 三分礫石、越南砂、標準砂/地工格網被動阻抗評估 73
第五章 結論與建議
5-1 結論 96
5-2 建議 97
參考文獻 98
附錄A直剪試驗 應力－位移關係圖 100
附錄B直剪試驗 剪力模數－正向應力關係圖 108
附錄C直剪試驗 介面圖片分析結果 111
附錄D直剪試驗 介面流動層分析圖 143
附錄E直剪試驗 膨脹位移關係圖 159

表 目 錄
表3-1 地工合成材料試驗編號 54
表3-2 土壤材料試驗編號 54
表3-3 正向應力試驗編號 54
表3-4 直剪試驗項目 54
表4-1 土壤物理性質表 78
表4-2 地工合成材料基本物理性質試驗 80
表4-3 尖峰剪應力與殘餘剪應力 80
表4-4 三分礫石在圖片上各網格上之流動層厚度 80
表4-5 尖峰剪應力與殘餘剪應力 81
表4-6 越南砂在圖片上各網格上之流動層厚度 81
表4-7 標準砂尖峰剪應力與殘餘剪應力 84
表4-8 標準砂在圖片上各網格上之流動層厚度 84
表4-9 三分礫石介面置入不同地工合成材料之介面剪力強度係數(α) 87
表4-10 三分礫石介面摩擦阻抗預測值 87
表4-11 三分礫石/格網介面整體剪力阻抗貢獻比(β) 87
表4-12 越南砂介面置入不同地工合成材料之介面剪力強度係數(α) 90
表4-13 越南砂介面摩擦阻抗預測值 90
表4-14 越南砂/格網介面整體剪力阻抗貢獻比(β) 90
表4-15 標準砂介面置入不同地工合成材料之介面剪力強度係數(α) 93
表4-16 標準砂介面摩擦阻抗預測值 93
表4-17 標準砂/格網介面整體剪力阻抗貢獻比(β) 93
表4-17 標準砂/格網介面整體剪力阻抗貢獻比(β) 93
表4-18 標準砂/格網介面整體剪力阻抗貢獻比(β) 95

圖 目 錄
圖1-1 研究流程圖 3
圖2-1 地工格網製造過程(摘自Tansar型錄) 17
圖2-2 地工織物製造過程(Rankilor,1981) 17
圖2-3 土壤與格網互制作用示意圖(Shukla,2002) 17
圖2-4 土壤與地工格網互制作用示意圖（Jewell 1984） 18
圖2-5 土壤與格網剪力阻抗特性作用示意圖(Jewell,1984) 18
圖2-6 直接剪力試驗上盒部份置入加勁材料對土壤與地工材料間連結示意圖（Palmeira.2008) 19
圖2-7 加勁土壤之應力條件（a）自由膨脹條件下之片狀加勁土壤應力分佈情形；（b）限制膨脹條件下帶狀加勁土體應力分佈情形（Hayashi et al. 1996） 19
圖2-8 小顆粒土壤在(a)表面平滑止水膜；(b)表面粗糙止水膜作用示意圖(Vallejo與Zhou,2008) 20
圖2-9 大顆粒土壤在(a)表面平滑止水膜；(b)表面粗糙止水膜作用示意圖(Vallejo與Zhou,2008) 20
圖2-10 典型剪應力VS剪力位移關係圖(from Thiel 2001) 21
圖2-11 典型尖峰破壞包絡線與殘餘破壞包絡線(Fleming等人,2006) 21
圖2-12 直剪盒示意圖 (Richards與Scott,1985) (a)固定式剪力試驗；(b)部分固定式剪力試驗；(c)自由剪力式試驗 21
圖2-13 介面分析觀測範圍（J.Kuwano, J.Izawa＆Y.Hayash.2004) 22
圖2-14 SMA土壤移動介面試驗（u=2mm）(a)原點顆粒位置（b）u=2mm 之顆粒位移追蹤點（c）土壤顆粒移動之向量圖（d）試體盒移動與土壤顆粒移動比較.(Zhang et al. 2006) 22
圖2-15 PTA數位圖像分析 (a) u=0（b）u=6mm（c）u=13mm .(Zhang et al.2006) 23
圖2-16 土壤粒徑尺寸與格網孔徑介面滑動示意圖(Jewell ,1984) 23
圖2-17 利用直接剪力試驗進行介面分析結果（Dyer 1985） 24
圖2-18 加載條件對直接剪力試驗結果影響 24
圖2-19 未加勁土（豐浦砂）直接剪力試驗結果（Wu2003；吳博凱2005） 25
圖2-20 加勁土（礫石）直接剪力試驗結果（Wu2003；吳博凱2005） 25
圖2-21 未加勁豐浦砂（test CPT06） (a)剪力面樣式；(b)重繪後之剪力面樣式；(c)剪力面之剪應變等值圖（wu2003） 25
圖2-22 加勁豐浦砂（test CPT07） (a)剪力面樣式；(b)重繪後之剪力面樣式；(c)剪力面之剪應變等值圖（wu2003） 25
圖2-23 土壤與TYPE-A格網直剪試驗之土體體積變化 26
圖2-24 模擬試體盒內部顆粒變形(Ling Zhang and Colin Thornton, 2002） 26
圖2-25 （上剪力盒）邊界上之應力作用範圍(Ling Zhang and Colin Thornton,2002） 27
圖2-26 砂與加勁土體受剪三種剪力帶分佈Z1、Z2、Z3( Kazutoki and Robert.1991) 27
圖2-27 拉出試驗對格網橫向勒條行為影響(Teixeira2003) 28
圖3-1 試驗土壤材料（a）渥太華砂土；（b）三分礫石；（c）越南矽砂 38
圖3-2 圖3-2試驗用地工合成材料 38
圖3-3 地工材料厚度測試儀 40
圖3-4 萬能試驗儀 41
圖3-5 大型直剪試驗儀器 41
圖3-6 大型直剪試驗儀器配置圖(a)側視圖；(b)俯視圖 42
圖3-7 大型直剪試體盒觀測面範圍 42
圖3-8 大型直剪試驗儀器上下試體盒(a)下試體盒；（b）上試體盒 43
圖3-9 大型直剪試驗儀器夾具示意圖 43
圖3-10 空氣壓縮機 43
圖3-11 儲氣鋼瓶 44
圖3-12 應力接受器(a)剪力荷重元；(b)垂直荷重元 44
圖3-13 位移量測系統(a)水平位移計；(b)垂直位移計 44
圖3-14 直剪試驗儀器控制台 45
圖3-15 控制台觸控式面板 45
圖3-16 日本Nikon公司製造D90單眼數位相機與無線搖控器 46
圖3-17 日本Panasonic公司製造DMC-FX9數位相機 46
圖3-18 剪力試驗荷重元率定圖 47
圖3-19 水平剪力荷重元率定圖 47
圖3-20 垂直正向應力荷重元率定圖 48
圖3-21 試驗流程圖 48
圖3-22 大型直剪試驗轉換圖片RGB色階示意圖（a）原始彩色圖片（b）轉換灰階圖片（c）輸出圖片部份土壤移動呈現較深影像之圖片 49
圖3-23 大型直剪試驗步驟流程圖 50
圖4-1 砂土粒徑分佈曲線圖 78
圖4-2 地工格網外觀與開孔尺寸 79
圖4-3 越南砂之介面流動層的分佈範圍(a)原圖片；(b)分析圖片 82
圖4-4 標準砂之介面流動層的分佈範圍(a)原圖片；(b)分析圖片 83
圖4-5 三分礫石與加勁材料之土體膨脹-正向應力圖 85
圖4-6 越南矽砂與加勁材料之土體膨脹-正向應力圖 85
圖4-7 標準砂與加勁材料之土體膨脹-正向應力圖 85
圖4-8 三分石介面剪力強度係數(α) 86
圖4-9 三分石介面剪力阻抗貢獻比(β) 86
圖4-10 三分礫石剪力位移-格網被動阻抗比β(正向應力42kpa) 88
圖4-11 三分礫石剪力位移-格網被動阻抗比β(正向應力92kpa) 88
圖4-12 越南砂介面剪力強度係數(α) 89
圖4-13 越南砂介面剪力阻抗貢獻比(β) 89
圖4-14 越南矽砂剪力位移-格網被動阻抗比β(正向應力42kpa) 91
圖4-15 越南矽砂剪力位移-格網被動阻抗比β(正向應力92kpa) 91
圖4-16 標準砂介面剪力強度係數(α) 92
圖4-17 標準砂介面剪力阻抗貢獻比(β) 92
圖4-18 標準砂剪力位移-格網被動阻抗比β(正向應力42kpa) 94
圖4-19 標準砂剪力位移-格網被動阻抗比β(正向應力92kpa) 94
圖4-20 一分礫石剪力位移-格網被動阻抗比β(正向應力92kPa) 95

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