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研究生:王翊光
研究生(外文):Wang Yi-Kuan
論文名稱:沉泥質黏土電滲透化學灌漿改良之研究
論文名稱(外文):A Study of Ground Improvement Using Electro-Osmotic Chemical Grouting in Silty Clay
指導教授:歐章煜歐章煜引用關係
指導教授(外文):Chang-Yu Ou
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:營建工程系
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:108
中文關鍵詞:沉泥質黏土電滲化學灌漿化學硬化
外文關鍵詞:Silty ClayElectro-Osmotic Chemical GroutingChemical Harding
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本研究旨在探討電滲透化學(灌漿)工法改良軟弱黏土剪力強度之效果。實驗室中,將軟弱黏土壓密至欲模擬之現地應力,通以直流電並同時在正極灌入以鹽類為主之化學藥劑,藉著改變化學藥劑種類及其濃度、不同壓密應力、電壓大小、處理時間等影響因子,探討各項因子對軟弱黏土剪力強度改良效果之影響。研究結果顯示:氯化鈣、高濃度、高電壓及壓密應力之增加,均可以使黏土之剪力強度有明顯之提高。其次本研究也針對試驗中土體內之孔隙水壓、PH值、溫度、電壓、電流等變化情形進行監測,以了解電滲化學(灌漿)試驗進行中
,黏性土壤化學性質及顆粒組構之變化。
The purpose of this research is to investigate the effect of elecrto-osmotic chemical grouting on improving the shear strength of soft clay. The soft clay was consolidated to a state simulating the in-situ condition and then direct current was applied to the electric poles while saline chemicals were injected into the soil through the anode. Effect of influencing factors on soil improvement, such as types of chemicals and its concentration, consolidation pressure, voltage, and time, was studied. Results of this study indicate that the use of calcium chloride with high-concentration can effectively increase the soil strength. The higher are the voltage and consolidation pressure, the higher is the soil strength. This study also observes the variation of porewater pressure, pH value, and electric current to understand the chemical properties and structure of soil particles during the tests.
目 錄
中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
誌謝 Ⅲ
目錄 Ⅳ
表目錄 Ⅵ
圖目錄 Ⅶ
照片目錄 Ⅹ
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 研究方法 2
1.3 論文內容 2
第二章 文獻回顧 3
2.1 電滲化學(灌漿)之發展歷史及應用 3
2.2電滲化學機制 5
2.2.1 電力滲透現象 5
2.2.2 電滲化學反應 6
2.3電雙層理論 8
2.3.1 Helmholtz電雙層理論 8
2.3.2 Gouy-Chapman電雙層理論 9
2.3.3 Stern電雙層理論 11
2.4電力滲透理論 12
2.4.1 電力滲透流量理論 12
2.4.2 電力滲透壓密理論 15
2.5 電滲化學灌漿之影響因子 18
2.5.1 化學藥劑之影響 18
2.5.2 土壤種類、離子交換能力與含水量之影響 20
2.5.3 pH值之影響 21
2.6 電滲化學灌漿之優缺點 21
2.6.1 電滲化學灌漿之優點 21
2.6.2 電滲化學灌漿之缺點 22
第三章 試驗計劃、儀器設備及試驗方法 23
3.1 試驗計劃與目的 23
3.2 土樣描述 24
3.3 試驗設備 24
3.3.1 壓密電滲灌漿儀主體設備 25
3.3.2 加壓設備 26
3.3.3 電力系統 27
3.3.4 灌漿設備 27
3.3.5 電動薄管取樣器 28
3.3.6 即時監測計讀設備 28
3.3.7 儀器系統校正 30
3.4 試驗內容 31
3.4.1 基本物理性質及微觀試驗 31
3.4.1.1 基本物理性質試驗 31
3.4.1.2 微觀試驗 31
3.4.2 電滲化學灌漿試驗 32
3.4.2.1 化學藥劑成分與準備 32
3.4.2.2 灌漿速率之決定 32
3.4.2.3 重模試體之製作與電滲化學灌漿試驗 32
3.4.3 強度改良效果評估試驗 35
3.4.3.1 實驗室十字片剪試驗 35
3.4.3.2 不壓密不排水(UU)三軸試驗 36
3.4.3.3 含水量試驗 37
第四章 試驗結果與分析 38
4.1 基本物理性質 38
4.2 微觀試驗結果 38
4.3 電滲化學灌漿試驗結果 39
4.3.1 不排水剪力強度 40
4.3.2 應力-應變行為 43
4.3.3 電壓、電流之變化 44
4.3.4 負孔隙水壓現象 45
4.3.5 電滲灌漿過程中PH值變化 45
4.3.6 溫度變化 46
4.3.7 陽離子交換作用(C.E.C) 46
4.3.8 孔隙水排出量 47
4.3.9 平均沉陷量 48
4.3.10 電極棒之變化 48
4.4 時間效應之影響 49
第五章 結論與建議 52
5.1 結論 52
5.2 建議 54
參考文獻 55
內文附表 59
內文附圖 70
內文附照片 109
表目錄
表2.1 電滲化學(灌漿)改良工法案例 59
表2.1 電滲化學(灌漿)改良工法案例 60
表2.2 電滲透化學(灌漿)改良工法案例 61
表2.3 電力滲透係數 62
表4.1 試驗土壤基本物理性質 63
表4.2 試驗土壤之基本礦物含量百分比 63
表4.3 電滲化學(灌漿)不同控制因素試驗之剪力強度與含水表 64
表4.3 電滲化學(灌漿)不同控制因素試驗之剪力強度與含水表 65
表4.4 電滲化學灌漿結果總表 66
表4.4 電滲化學灌漿結果總表 67
表4.5 電滲化學(灌漿)排出水之離子檢測 68
表4.6 電滲化學(灌漿)試驗短期與長時間效應比較表 69
圖目錄
圖2.1 電滲透壓密儀 70
圖2.2 電滲透試驗儀 70
圖2.3 電滲透三軸試驗壓密儀 71
圖2.4 電雙層模式及陽離子水化作用 72
圖2.5 電雙層之簡單電容器(Helmholtz)模式 73
圖2.6 Helmholtz電雙層模式 73
圖2.7 黏土顆粒與溶液界面之電位變化 73
圖2.8 Stern Model 電位分佈 74
圖2.9 Helmholtz-Smoluchowski 電力滲透模式 74
圖2.10 Schmid 電力滲透模式 75
圖2.11 電力滲透電位梯度圖 75
圖2.12 孔隙水壓與電力滲透距離關係圖 76
圖2.13 電力滲透壓密度與時間因素關係圖 76
圖2.14 不同化學藥劑對剪力強度的影響 77
圖2.15 不同化學藥劑對剪力強度的影響 77
圖2.16 不同濃度藥劑對剪力強度的影響 78
圖2.17 通電時間與流量關係 78
圖3.1 電滲化學灌漿試驗流程圖 79
圖3.2 電滲化學灌漿系統之整體配置圖 80
圖3.3(a) 電滲化學灌漿試驗儀 81
圖3.3(b) 電滲化學灌漿試驗儀 82
圖3.3(c) 電滲化學灌漿儀之底板儀器佈置 83
圖3.4(a) 變位計校正結果 84
圖3.4(b) 水壓計(1)校正結果 84
圖3.4(c) 水壓計(2)校正結果 85
圖3.4(d) 水壓計(3)校正結果 85
圖3.4(e) PH計(1)校正結果 86
圖3.4(f) PH計(2)校正結果 86
圖3.4(g) 溫度計校正結果 87
圖3.5(a) 強度試驗取樣位置 88
圖3.5(b) 強度試驗取樣位置剖面圖 88
圖4.1 粒徑分佈曲線 89
圖4.2(a) X-ray繞射分析結果(室溫) 89
圖4.2(b) X-ray繞射分析結果(110度) 90
圖4.2(c) X-ray繞射分析結果(250度) 90
圖4.2(d) X-ray繞射分析結果(350度) 91
圖4.2(e) X-ray繞射分析結果(450度) 91
圖4.2(f) X-ray繞射分析結果(550度) 92
圖4.3 原始強度曲線 92
圖4.4(a) 電滲化學(灌漿)改良前後剪力強度與位置之關係圖 93
圖4.4(b) 電滲化學(灌漿)改良前後含水量與位置之關係圖 93
圖4.4(c) 電滲化學(灌漿)改良前後剪力強度與含水量關係圖 93
圖4.5(a) 不同化學藥劑改良後強度與位置之關係圖 94
圖4.5(b) 不同化學藥劑改良後之含水量與位置之關係圖 94
圖4.5(c) 不同化學藥劑改良後強度與含水量之關係圖 94
圖4.6(a) 不同化學藥劑濃度改良後強度與位置之關係圖 95
圖4.6(b) 不同化學藥劑濃度改良後之含水量與位置之關係圖 95
圖4.6(c) 不同化學藥劑濃度改良後強度與含水之關係圖 95
圖4.7(a) 不同電壓改良後強度與位置之關係圖 96
圖4.7(b) 不同電壓改良後之含水量與位置之關係圖 96
圖4.7(c) 不同電壓改良後強度與含水量之關係圖 96
圖4.8(a) 不同壓密應力改良後強度與位置之關後圖 97
圖4.8(b) 不同壓密應力改良後之含水量與位置之關係圖 97
圖4.8(c) 不同壓密應力改良後強度與含水量之關係圖 97
圖4.9 電滲化學(灌漿)改良後之應力應變曲線圖 98
圖4.10(a) 純電滲試驗之電位梯度圖 99
圖4.10(b) 電滲化學灌漿試驗之電位梯度 99
圖4.11 電場之均勻性(10V,1kg/cm2壓應力,0.1N ) 100
(a)450 Min (b)900 Min (c)1350 Min
圖4.12 電場之均勻性(12V,1kg/cm2壓密應力,0.1N ) 101
(a)450 Min (b)900 Min (c)1350 Min
圖4.13 電壓量測位置圖 102
圖4.14 電流與時間之關係圖 102
(1 壓密應力,10 V)
圖4.15(a) 純電滲試驗之孔隙水壓力與位置關係圖 103
(10V, 1 壓密應力)
圖4.15(b) 電滲化學灌漿試驗之孔隙水壓與位置關係圖 103
(10V , 1 壓密應力,0.1N )
圖4.16 電滲化學灌漿試驗之PH值與位置關係圖 104
(10V, 1 壓密應力,0.1N )
圖4.17 電滲化學灌漿試驗之溫度與時間關係圖 104
(10V, 1 壓密應力)
圖4.18(a) 長時間效應之改良強度與位置關係圖 105
圖4.18(b) 長時間效應之改良後含水量與位置關係圖 105
圖4.18(c) 長時間效應之改良強度與含水量關係圖 105
圖4.19(a) 純電滲長時問效應試驗之電位梯度圖 106
(10V, 1 壓密應力,通電歷時9天)
圖4.19(b) 電滲化學灌漿長時間效應試驗之電位梯度圖 106
(10V, 1 壓密應力,0.1N , 通電歷時9天)
圖4.20 電滲化學(灌漿)長時間效應之電流與時間之關係圖 107
(10V, 1 壓密應力,通電歷時9天)
圖4.21(a) 純電滲試驗之孔隙水壓力與位置關係圖 108
(10V, 1 壓密應力,通電歷時9天)
圖4.21(b) 電滲化學灌試驗之孔隙水壓與位置關係圖 108
(10V, 1 壓密應力,0.1N , 通電歷時9天)
照片目錄
照片3.1 電滲化學(灌漿)主體設備 109
照片3.2 壓密電滲化學(灌漿)儀 109
照片3.3 蓋板上之透水石 110
照片3.4 上蓋板之排水閥門 110
照片3.5 監測儀器之孔位 111
照片3.6 孔隙水壓計排空氣快速接頭 111
照片3.7 濾紙之鋪設情形 112
照片3.8 以不織布包裹之灌漿棒 112
照片3.9 加壓氣室 113
照片3.10 電源供應器 113
照片3.11 電壓錶頭 114
照片3.12 電流錶頭 114
照片3.13 電壓擷取棒 115
照片3.14 電極灌漿棒 115
照片3.15 灌漿孔 116
照片3.16 馬達式灌漿管 116
照片3.17 油壓式取樣器 117
照片3.18 置入泥漿及分層搗實 117
照片3.19 儀器組裝完成圖 118
照片3.20 強度試驗取樣位置 118
照片3.21 室內十字片剪 119
照片4.1(a) 純壓密後黏土顆粒電子顯微鏡成像 120
照片4.1(b) 電滲化學灌漿後黏土顆粒電子顯微鏡成像 120
照片4.2 電極棒腐蝕之情形 121
參考文獻
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