臺灣博碩士論文加值系統

台北都會區寸土寸金，土地利用效率高，建築物密度高，更鑑於大多數建築物基礎開挖皆緊鄰其他建物或地下公共管線等，考量台北盆地地質帶更軟弱黏土層，為避免開挖解壓、側向變位過大及地表沉陷等問題，造成鄰房傾斜或損毀，深開挖多以連續壁施工為優先選擇的工法，而於台北盆地內基礎開挖以斜坡明挖工法施工者，實為少見；本研究係以坐落於基隆河北側及大屯火山群南側基隆河一區(K1)之斜坡明挖工法開挖基礎為例，利用二維更限元素法分析程式PLAXIS與現地觀測資料進行比對分析及驗證。
利用上述分析比對結果，探討該案例岩盤深度之變化對開挖破壞面之影響，並以排樁貫入深度、地下水位位置及擋土設施位置為變數，透過二維更限元素法分析程式PLAXIS模擬各因子對土層滑動之影響，進一步探究其主控因子。

The staggering price of a property in urban Taipei results in high efficiency of land use and extreme density of buildings. In light of the proximity of the foundations of most buildings to other buildings or underground utility and considering the soft and weak clay underlying the geologic formation of Taipei Basin, diaphragm wall is the preferred construction method for deep excavations, as to prevent inclining of or damage to neighboring structures due to soil decompression, excessive lateral displacement or ground settlement. Open cut slope is rarely seen as the foundation excavation method of choice in Taipei Basin. An open cut slope excavation at a site located in the Keelung River K1 zone north of Keelung River and south of Tatun volcano group was studied. PLAXIS, a 2D finite element analysis program, was combined with jobsite observation data for comparison and verification.
With the comparison result mentioned above, the effects of changes in the depth of bedrock at the studied jobsite to the failure surface of the excavation were investigated. The predominant control factors were explored to find out the influence of these factors to the soil slide through the simulation of PLAXIS with the penetration depth of soldier piles, groundwater table and the location of strutting as the variables.

中文摘要 ........................................................................................................................... i
英文摘要 .......................................................................................................................... ii
誌 謝 ............................................................................................................................... iii
目錄 ................................................................................................................................ iv
表目錄 .............................................................................................................................vii
圖目錄 ..............................................................................................................................ix
第一章 緒論 .................................................................................................................... 1
1.1研究動機與目的 .................................................................................................... 1
1.2 研究範圍與內容 .................................................................................................... 1
1.3 研究方法與流程 .................................................................................................... 2
第二章 文獻回顧 ............................................................................................................ 4
2.1邊坡土層坍塌問題 ................................................................................................ 4
2.1.1 邊坡土層坍塌發生影響因子 ........................................................................ 5
2.1.2邊坡破壞模式 ................................................................................................. 9
2.1.3邊坡破壞的防治與處理 ............................................................................... 11
2.2軟土潛變與壓密時間之關係 .............................................................................. 12
2.3台北盆地軟土分布狀況 ...................................................................................... 13
2.3.1台北盆地土層工程性質區分 ....................................................................... 17
2.4 台北盆地地下水位分佈 ...................................................................................... 23
2.5 傾斜計監測數據校正 .......................................................................................... 25
第三章 分析方法 .......................................................................................................... 27
3.1更限元素分析法 .................................................................................................. 27
3.2流動法則FLOW RULE .............................................................................................. 30
3.3 PLAXIS軟體簡介 ................................................................................................... 31
v
3.4土壤模式 SOIL MODEL ............................................................................................ 32
3.4.1土壤元素Soil element .................................................................................. 33
3.4.2莫爾庫倫模式The Mohr-Coulomb model ................................................... 33
3.4.3 黏土設置方式 .............................................................................................. 37
3.4.4軟土模式Soft Soil model .............................................................................. 40
3.4.5節理岩體模型 Jointed Rock model .............................................................. 43
3.5 土壤參數 .............................................................................................................. 48
3.5.1飽和單位重(γsat)、未飽和單位重(γunsat) ................................................. 48
3.5.2剪力強度Shear strength (τf)、摩擦角Friction angle (φ)與凝聚力Cohesion (c) ............................................................................................................................... 49
3.5.3楊氏模數Young’s modulus (E) ...................................................................... 53
3.5.4波松比Poisson’s ratio (ν) .............................................................................. 61
3.5.5膨脹角Concepts of dilatancy (ψ) ................................................................. 63
3.5.6滲透係數Coefficient of permeability (k) ...................................................... 63
3.5.7壓縮指數Compression index(Cc)、膨脹指數Swell .................................... 64
Index(Cs) .................................................................................................................. 64
3.6界面元素強度(RINTER) ............................................................................................. 65
3.7開挖之模擬SET PROCEDURES .................................................................................. 66
3.7.1初始應力(Initial effective stresses) K0方法(K0 procedure) ........................... 67
3.7.2重力加載(Gravity loading) ............................................................................ 68
第四章 研究分析 .......................................................................................................... 69
4.1 案例分析 .............................................................................................................. 69
4.1.1基地地層概述 ............................................................................................... 70
4.1.2本案開挖工法 ............................................................................................... 70
4.1.3數值模擬假設條件 ....................................................................................... 72
4.2模型建立及分析流程 .......................................................................................... 73
4.2.1 網格範圍及邊界條件 .................................................................................. 73
4.2.2擋土設施、施工時程、深度、步驟 ........................................................... 74
4.2.3土壤參數 ....................................................................................................... 77
vi
4.2.3.1 檢討單位重γ、孔隙比e、滲透係數k之設定 ................................ 78
4.2.3.2不排水剪力強度Su ................................................................................ 79
4.2.3.3彈性模數E、波松比ν ......................................................................... 83
4.2.3.4節理岩體模型的參數 ............................................................................ 83
4.2.4壁體參數 ....................................................................................................... 85
4.3分析結果 .............................................................................................................. 87
4.3.1現地監測結果與數值模擬分析結果 ........................................................... 87
第五章 結論與建議 .................................................................................................... 101
5.1 結論 .................................................................................................................... 101
5.2 建議 .................................................................................................................... 102
參考文獻 ...................................................................................................................... 104

[1]Atkinson, J. H., (1993).“An Introduction to the Mechanics of Soils and Foundations”, McGraw-Hill.
[2]Bjerrum,L.(1964). "Observed Versus Computed Settlement of Structures on Clay and Sand," presented at the Massachusetts Inst. of Tech.,Cambridge Mass March.
[3]Bowles, J.E.(1982).“Foundation Analysis and Design,” 3rd Edition, Mc Graw-Hill, New York.
[4]Cheng, T. Y. (1987). Geotechnical Characteristics of Sungshan Formation within Taipei City, M. E. Thesis of Asian Institute of Technology, Thailand, 1987. (間接引用自文獻吳偉特(1988))。
[5]D''Appolonia, D.J.(1970). "Settlement of Spread Footing and Design," Journal of the Soil Mechanics and Foundation Division, ASCE, Vol.94, SM3, May .
[6]Hsii-Sheng Hsieh, Yi-Chih Lu and Ting-Mei Lin. (2008). “Effects of Joint Details on the Behavior of Cross Walls,” Journal of GeoEngineering, Vol. 3, No. 2, pp. 55-60, August 2008.
[7]Mane, A. I. and Clough, G. W., (1981)“Prediction of Movements for Braced Cut in Clay,” Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE, Volume 107, No. 8, pp.759-777.
[8]Moh, Z. C. and Ou, C. D.,(1979).“Engineering Characteristic of Taipei Silt.” Proceeding of Sixth Asian Regional Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Singapore.(間接引用自文獻吳偉特(1988))
[9]Richard N. Hwang , Za-Chieh Moh , and C. H. Wang , (2007). Performance of Wall System During Excavation for Core Pacific City, Journal of GeoEngineering, Vol. 2, No. 2, pp. 53-60, August 2007.
[10]Richard N. Hwang and Za-Chieh Moh., (2008). “Evaluating Effectiveness of Buttresses and Cross Walls byReference Envelopes，” Journal of GeoEngineering, Vol. 3, No. 1, pp. 1-11, April 2008.
105
[11]Richard N. Hwang and Za-Chieh Moh., (2008). Performance of Floor Slabs Inexcavations Using Top-Down Method of Construction and Correction of Inclinometer Readings, Journal of GeoEngineering, Vol. 2, No. 3, pp. 111-121, December 2007.
[12]Richard N. Hwang, Za-Chieh Moh, and C. H. Wang, (2007). Toe Movements of Diaphragm Walls and Correction of F inclinometer Readings, Journal of GeoEngineering, Vol. 2, No. 2, pp. 61-71, August 2007.
[13]王建智(1998)，深開挖引致之軟弱粘土不排水潛變行為之研究，博士論文，國立台灣工業技術學院營建工程技術研究所，台北。
[14]王建智、林宏達(2001)，應用FLAC 程式進行深開挖分析之方法與實例，中英深開挖工程及結構物耐震設計研討會，國立台灣科技大學，台北。
[15]王建智、詹勳山、雷一明(2003)，高雄捷運紅線路段土層參數之分析，中國土木水利工程會刊，第三十卷，第三期，第101-104 頁。
[16]王建智、謝坤宏、李維峰、林宏達(2007)，考量連續壁瑕疵之深開挖壁體變位分析研究，第十二屆大地工程研討會，南投，第B1-17-01~B1-17-05頁。
[17]王執明，鄭穎敏，王源(1978)，台北盆地之地質及沉積物研究，臺灣礦業，第30卷，第4 期，第350-380 頁。
[18]王獻增(1999)，台北盆地黏性土壤不排水剪力強度之研究，碩士論文，國立中央大學土木工程研究所，桃園。
[19]何政道(2004)，軟弱土層之深開挖分析，碩士論文，國立臺北科技大學土木與防災研究所，台北。
[20]吳偉特(1988)，台北盆地地盤分區土壤之工程特性，地工技術雜誌，第22期，第5-27頁。
[21]吳偉特(1979)，台北盆地土壤之工程特性，中國土木水利學會，土木水利季刊，第5 卷，第4 期，第53-64 頁。
[22]李咸亨(1996)，台北市工程地質分區，地工技術，第54 期，第25-34 頁。
[23]李維峰，賴盈如，廖南華(2003)，土釘加勁邊坡二維數值分析方法，地工技
106
術，第98 期，第39-54 頁。
[24]亞新工程顧問股份更限公司(1987)，台北盆地地層大地工程性質調查分析與研究工作-台北市地下工程失敗實例探討及建議工作，報告編號：第347-1 號。
[25]周忠仁、莊孟翰、蘇鼎鈞、吳祖亮(2003)軟弱粘土層中之開挖潛變探討, THE 10TH CONFERENCE ON CURRENT RESEARCHES IN GEOTECHNICAL ENGINEERING IN TAIWAN, OCT.2-4 2003 SANSHIA。
[26]林宏達、白朝金(1995)，台北粉質粘土之潛變特性探討中國土木水利學刊，第七卷，第一期，35-44 。
[27]林澤仁(2005)，摻土水泥排樁擋土壁中攪拌樁強度與開挖變形之關係，碩士論文，國立台灣科技大學營建工程系，台北。
[28]邱志榮(2007)，三重-蘆洲地區深開挖參數研究，碩士論文，國立臺北科技大學土木與防災研究所，台北。
[29]俞清瀚 林永祥 侯仁傑(2003)，台北市區地下室深開挖抽水解壓井詴驗案例探討，第十屆大地工程研討會。
[30]洪如江，八十二年度台北盆地地下地質與工程環境綜合調查研究，地層分佈之研究，中央地質調查所報告，報告編號：第83-009 號，1994(間接引用自鄧屬予(2006))。
[31]洪如江，台北盆地各土壤之物理特性，國立台灣大學工程學刊，第10 期，1966，第194-217 頁(間接引用自鄧屬予(2006))。
[32]張吉佐、陳坤泉，設計參數對深開挖檔土支撐之敏感度評估，地工技術，第76 期，1999，第17-24 頁。
[33]廖南華(2002)，土壤經驗參數於數值分析之應用，碩士論文，國立成功大學土木工程學系，台南。
[34]羅于智(2005)，以數值程式PLAXIS分析垂直排水帶對地盤壓密之影響，碩士論文，中原大學土木工程研究所，桃園。
107
[35]經濟部水資會(1979)，台北盆地地層下陷檢測及防制之研究，民國六十八年 (轉錄自黃水添、陳景文，2001) 。
[36]經濟部水資源局國立成功大學水工詴驗所地層下陷防治服務團(2001)，地層下陷防治服務團九十年度工作計劃補助計劃期末報告 (轉錄自黃水添、陳景文，2001) 。
[37]經濟部水資源統一規劃委員會(1973~1986)，台北盆地水準網點檢測報告 (轉錄自黃水添、陳景文，2001) 。
[38]經濟部水資源統一規劃委員會(1969~1994)，台北盆地歷年地下水位與水質調查報告 (轉錄自黃水添、陳景文，2001) 。
[39]劉震隆(1994)，台北盆地之震度微區圖，碩士論文，國立中央大學土木工程研究所，桃園。
[40]歐章煜(2002)，深開挖工程分析設計理論與實務，科技圖書股份更限公司。
[41]歐章煜(2004)，深開挖工程理論分析之發展，地工技術，第100 期，第127-134頁。
[42]歐章煜、蕭文達（1994），Ｋo壓密及帄面應變下台北粉質黏土之不排水剪力強度，中國土木水利工程學刊，第六卷，第四期，第383-388 頁。
[43]歐章煜、蕭文達（1994），台北粉質黏土之不排水勁度特性，中國土木水利工程學刊，第六卷，第二期，第233-237 頁。
[44]歐章煜、蕭文達（1993），台北粉質黏土之壓密及強度特性，中國土木水利工程學刊，第五卷，第四期，第337-346 頁。
[45]鄧屬予(2006)，台北盆地之地質研究，西太帄洋地質科學，第6卷，第1-28頁，2006年12月。
[46]蕭文達(1991)，台北沉泥質粘土之強度特性研究，碩士論文，國立台灣工業技術學院，台北。
[47]賴慈華、陳瑞娥、陸挽中、林燕初、黃智昭 (2006) ，臺北盆地水文地質調查，95年度經濟部中央地質調查所年報，第50-51 頁。
108
[48]謝旭昇、程日晟、蔡宗煌、楊明洲(1996)，連續壁設計分析之實務考量，地工技術，第53 期，第35-44 頁。
[49]蘇泰維、邱禎龍、紀宗吉、劉桓吉、黃健政、呂學彥、朱家輝 (2001)，台北都會區地質深井鑽探結果─環境與工程地質調查研究。88下半年及89年度中央地質調查所年報，第85-86 頁。
[50]蘇泰維、劉桓吉、劉憲德、黃健政 (2003)，台北盆地西緣山腳斷層調查研究初步成果─環境與工程地質調查研究。91 年度經濟部中央地質調查所年報，第118-121 頁。
[51]丘達昌(1992)，三向度更限元素法深開挖分析，碩士論文，國立台灣科技大學工程技術研究所，台北。
[52]吳文隆、朱振宏(2008)，國內深開挖工程探討，技師月刊49，2008.06，地下開挖施工專輯。
[53]施國欽(1996)，大地工程學，文笙書局。
[54]張吉佐、陳坤泉，設計參數對深開挖檔土支撐支敏感度評估，地工技術，第76 期，1999，第17-24 頁。
[55]廖洪鈞等人(2002)，「臺灣地區道路邊坡崩塌發生機制及防治效益評估方法研究與應用(一)」，財團法人臺灣營建研究院研究報告。