臺灣博碩士論文加值系統

台灣位處板塊交界帶，由於板塊互相擠壓而形成相當多的斷層。因此許多山嶺隧道、水壩、及公路等土木工程經常遭遇斷層破碎帶而發生施工上的困難，以隧道而言，斷層泥往往造成嚴重擠壓、膨脹而導致隧道淨空不足。斷層帶中特有之斷層泥，為岩體中強度最弱的材料，外觀狀似土壤，但其性質卻有異於一般沉積土壤。
本文以新莊地表斷層泥為研究對象，研究重點在於進行一系列之單向度吸水回脹試驗、不排水三軸壓縮試驗、與不排水三軸潛變試驗，深入探討其變形行為。本研究將變形行為分類為無應力作用下的吸水回脹，受應力作用下的瞬時變形、依時變形，並依據試驗結果尋求能模擬斷層泥材料應力應變行為之組成模式。
單向度吸水回脹試驗結果顯示，在不同的初始含水量下，斷層泥皆有明顯的兩階段回脹，第一階段為主要回脹，其速率快、延時短且回脹量大。第二階段為次要回脹，其速率慢、延時長且回脹量小。在假設斷層泥含有兩種回脹材料的前提下，利用「遲延回脹」模式可良好地模擬回脹線形。
不排水三軸壓縮試驗結果顯示，新莊斷層泥的 = 93.6kPa、 = 16°、均向預壓密應力為814kPa，由本試驗壓密階段求出相當小的滲透係數，代表斷層泥的低透水性。經分析新莊斷層泥三軸試驗數據顯示，其塑性應變向量恰與modified Cam-Clay模式之降伏面略呈正交關係，亦與該模式所預測塑性應變向量的方向大致相同，因此， Modified Cam-Clay模式可以約略地模擬新莊斷層泥受力下的彈塑性變形行為。但試驗值顯示仍有些許塑性發生在此模式所預測的純彈性區。
不排水三軸潛變試驗顯示，以半經驗的潛變模式無法完整模擬新莊斷層泥的變形行為。新莊斷層泥受到未達其一半強度的應力作用之下即會發生潛變破壞，而破壞發生時，其有效應力路徑尚未接觸Kf-line。

誌謝I
摘要II
目錄III
表目錄VII
圖目錄VIII
第一章 導論1
1.1研究動機1
1.2 研究目的2
1.3 研究內容與方法3
1.4 試體來源及其區域地質4
第二章 文獻回顧6
2.1 斷層泥的生成6
2.2 斷層泥的定義及分類7
2.3 斷層泥的顯微構造9
2.4 斷層泥的礦物成分13
2.5 斷層泥的一般物理性質15
2.6 斷層泥的力學性質18
2.7 斷層泥的回脹機制21
2.7.1 一般材料的回脹因素21
2.7.2 成岩作用與回脹的關係22
2.8 單向度吸水回脹模式24
2.9 狀態邊界面29
2.10 應力─應變模式30
2.11 三軸應力下之變形模式32
2.11.1 瞬時變形模式32
2.11.2 依時變形模式34
第三章 實驗項目36
3.1 基本物性試驗36
3.2 單向度自由回脹試驗36
3.2.1 試驗方法36
3.2.2 試體處理37
3.3 壓密不排水三軸壓縮試驗38
3.3.1 試驗方法38
3.3.2應變速率的決定與其影響39
3.3.3 試體處理42
3.4 不排水三軸潛變試驗43
3.4.1 試驗目的43
3.4.2 試驗方法43
3.4.3 試體處理44
3.5 X-RAY繞射試驗44
3.6掃瞄式電子顯微鏡（SEM）試驗46
3.7 試驗儀器48
3.7.1 單向度壓密試驗儀器48
3.7.2 三軸試驗設備48
第四章 試驗結果與討論51
4.1 基本物理性質試驗結果51
4.2 斷層泥之黏土礦物成分54
4.3 電子顯微鏡分析54
4.4 單向度自由回脹試驗結果56
4.4.1不同初始含水量下的回脹行為56
4.4.2兩階段回脹與初始含水量的關係58
4.4.3 新莊斷層泥的回脹潛能59
4.5 壓密不排水三軸試驗結果60
4.5.1不排水剪力強度60
4.5.2狀態邊界面62
4.5.3應力─應變行為64
4.5.4三軸壓密參數之求取68
4.6 壓密不排水三軸潛變試驗結果73
4.6.1斷層泥的潛變行為73
4.6.2影響新莊斷層泥不排水潛變行為的因素76
第五章 變形模式之探討79
5.1 回脹模式之探討79
5.1.1 新莊斷層泥的回脹參數79
5.1.2 模式適用性之探討82
5.2 三軸應力下之變形模式的探討85
5.2.1 Modified Cam-Clay模式之適用性85
5.2.2 Singh and Mitchell模式之適用性89
5.2.3 以有效應力觀點描述潛變行為90
第六章 結論與建議91
6.1 結論91
6.2 建議93
參考文獻95

1. 李錫堤（1996），斷層泥物理及力學性質基本研究（一），國立中央大學應用地質研究所，中興工程科技研究發展基金會，台北。
2. 沈建志（1995），斷層泥力學特性之初步研究，國立中央大學應用地質研究所碩士論文，中壢。
3. 洪清琳（1996），斷層泥力學性質與微組構觀察之研究，國立中央大學應用地質研究所碩士論文，中壢。
4. 蔣振宇（1995），金盈斷層泥組構及組織特性之研究，國立台灣大學地質研究所碩士論文，台北。
5. 許麗芬（1993），斷層泥之微組構分析，國立中央大學應用地質研究所碩士論文，中壢。
6. 吳富洵（1993），新店斷層及其在隧道工程上之影響，國立中央大學應用地質研究所碩士論文，中壢。
7. 劉俊杰（1993），新莊斷層及其斷層泥特性之研究，國立中央大學應用地質研究所碩士論文，中壢。
8. 陳正興（1978），斷層泥力學性質之初步研究，國立台灣大學土木工程研究所碩士論文，台北。
9. 田永銘（1992），大地材料之吸水回脹行為，國立成功大學土木工程研究所博士論文，台南。
10. 王建智（1997），深開挖引致之軟弱黏土不排水潛變行為之研究，國立台灣科技大學營建工程技術研究所博士論文，台北。
11. 白朝金（1990），台北沉泥質黏土之應力─應變─時間行為，國立台灣工業技術學院工程技術研究所碩士論文，台北。
12. 張世忠（1996），以有效應力觀點探討土壤之潛變行為，國立台灣工業技術學院工程技術研究所碩士論文，台北。
13. 蔡宗良（1996），黏土潛變及剪力強度試驗之應力─應變─應變速率之相關性探討，國立台灣工業技術學院工程技術研究所碩士論文，台北。
14. 張聰耀（1996），台北沉泥質黏土之變形特性研究，國立台灣工業技術學院工程技術研究所碩士論文，台北。
15. 鄒子廉（1993），台灣地區隧道地質災害模式之研究，國立中央大學應用地質研究所碩士論文，中壢。
16. 洪如江（1992），土力學試驗，科技圖書股份有限公司，第17版，台北。
17. 國立台灣大學土木工程學系土壤力學實驗手冊（1999），實驗講義系列之四，台北。
18. 趙杏媛、張有瑜（1990），黏土礦物與黏土礦物分析，海洋出版社，北京。
19. ASTM (1991), Designation D4546-90: Standard Test Methods for One-dimensional Swelling or Settlement Potential of Cohesive Soil: Annual Book of ASTM Standards, Vol.0408, ASTM., Philadelphia.
20. Desai, C. S. and Siriwardane, H. J. (1984), Constitutive Laws for Engineering Materials, Rainbow-Bridge books Co., Ltd., Taipei.
21. Atkinson, J. H. and Bransby, P. L. (1978), The Mechanics of Soils — An Introduction to Critical State Soil Mechanics, McGraw-Hill, London.
22. Wood, D. M. (1990), Soil Behaviour and Critical State Soil Mechanics, Cambridge University, London.
23. Chen, W. F. and Saleeb, A. F. (1982), Constitutive Equations for Engineering Materials, John Wiley & Sons, New York.
24. Chen, W. F. and Han, D. J. (1991), Plasticity for Structural Engineers, Springer-Verlag, New York.
25. Schofield, A. and Wroth, P. (1968), Critical State Soil Mechanics, McGraw-Hill, London.
26. Head, K. H. (1986), Manual of Soil Laboratory Testing volume 3, Pentech press, London.
27. Mitchell, J. K. (1993), Foundamentals of Soil Behavior, John Wiley & Sons, New York.
28. Lambe, T. W. and Whitman, R. V. (1979), Soil Mechanics（土壤力學）, 科技圖書股份有限公司出版，台北。
29. Kezdi, A. (1980), Handbook of Soil Mechanics, Elsevier Scientific Publishing Company, Oxford.
30. Crank, J. (1955), Mathematics of Diffusion, Brunel University, Uxbridge, 豪華書局有限公司代理，台北。
31. Singh, A. and Mitchell, J. K. (1968), “General Stress-Strain-Time Function for Siol,” Journal of the Soil Mechanics and Foundation Engineering Division, ASCE, Vol. 94, No. SM1, pp. 22-46.
32. Duncan, J. M. and Chang, C. Y. (1970), “Nonlinear Analysis of Stress and Strain in Soils,” Journal of the Soil Mechanics and Foundation Division, ASCE, Vol. 96, No. SM5, pp. 1653-1692.
33. Kondner, R. L. (1963), “Hyperbolic Stress-Strain Response: Cohesive Soils,” Journal of the Soil Mechanics and Foundation Engineering Division, ASCE, Vol. 89, No. SM1, pp. 115-143.
34. Singh, A. and Mitchell, J. K. (1969), “Creep Potencial ane Creep Rupture of Soils,” Proceedings of 7th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Mexico, Vol. 1, pp. 379-394.
35. Sheahan, T. C. (1995), “Interpretation of Undrained Creep Tests in Terms of Effective Stresses,” Canadian Geotechnical Journal, Vol. 32, pp. 373-379.
36. Skempton, A. W. and LaRochelle, P. (1963), “The Bradwell Slip : a Short-Term Failure in London Clay,” Geotechincal, Vol. 13, No. 4, pp. 221-242.
37. Richardson, A. M. and Whitman, R. V. (1963), “Effect of Strain Rate Upon Undrained Shear Resistance of a Saturated Remoulded Fat Clay,” Geotechincal, Vol. 13, No. 4, pp. 310-324.
38. Mesri, G. and Godlewski, P. M. (1977), “Time and Stress Compressibility Interrelationship,” Journal of the Geotechincal Engineering Division, ASCE, Vol. 103, No. GT5, pp. 417-430.
39. Campanella, R. G. and Vaid, Y. P. (1974), “Triaxial and Plane Strain Creep Rupture of an Undisturbed Clay,” Canadian Geotechincal Journal, Vol. 11, No. 1, pp. 1-10.
40. Roscoe, K. H. and Burland, J. B. (1968), “On the Generalized Stress Strain Behavior of “Wet Clay”,” Engineering in Plasticity, Cambridge, pp. 535-609.
41. Holzer, T. L., K. Hoeg, and Arulananadan, K. (1973), “Excess Pore Pressure During Undrained Caly Creep,” Canadian Geotechnical Journal, Vol. 10, No. 12, pp. 12-24.