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研究生:蔡宗翰
論文名稱:不同線性荷重速率下結合垂直與徑向壓密行為之研究
指導教授:徐登文徐登文引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:土木工程學系
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:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
中文關鍵詞:結合垂直與徑向壓密黏彈性理論
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本研究主要在探討線性荷重隨時間改變下結合垂直與徑向同時排水之壓密沉陷行為。由於黏土層所受外界之荷重大多是隨時間而逐漸增加且超額孔隙水壓消散是垂直向與徑向同時排出,因此對於荷重隨時間改變下黏土沉陷量之預測,須對不同有效壓力下土壤壓縮性之相關諸係數如kv、kh、mv、Cv、Ch等進行探討。另外在研究過程中透過黏彈性理論分析與Carrillo[1942]的方法將垂直壓密與徑向壓密結合,並比較在不同線性加載速率下,理論壓密沉陷量值和MTS實際量測值間之差異。
本研究採用三種不同PI值之黏土,首先對各土樣個別進行傳統單向度垂直壓密試驗與徑向壓密試驗兩階段作業,求得各級有效壓力與壓密沉陷量間之關係,用以分別求取體積壓縮性係數mv值 ;另外並經由變水頭滲透試驗分別量測其滲透係數kv與kh值,進而計算求得各級有效壓力下之壓密係數Cv與Ch值(此部份引用前人呂炫儕[2003]僅單向度垂直壓密試驗及劉惠傑[2002]僅徑向壓密試驗之資料)。再根據某一固定荷重速率下,將各級有效壓力P’與Cv及Ch值間之關係轉換為Cv及Ch值相對於加壓時間t之關係,並以此作為黏彈性理論分析之用,接著透過Carrillo[1942]的方法將垂直向壓密與徑向壓密結合,以預估不同線性荷重速率下結合垂直與徑向壓密試驗之理論沉陷量值。
經由壓密試驗結果發現在相同有效壓力下,滲透係數kv與kh值隨塑性指數PI之增大而變小;且PI值愈大之黏土其壓密係數Cv與Ch值愈小,而同一PI值之黏土在各級有效壓力下之Cv與Ch值也有相當程度的變化。另外經由一系列試驗與理論之分析,比較發現黏彈性理論所預估得之沉陷量值與MTS量測值極為接近,同時若固定有效壓力16kgf/cm2時之Cv與Ch值(即Cv與Ch皆為定值)進行黏彈性理論分析所得之沉陷量值與MTS量測值有明顯的差異,顯示在評估荷重隨時間改變下須注意Cv與Ch值隨外加有效壓力改變之重要性,同時也說明了荷重隨時間改變下之其它形式的壓密行為可經由黏彈性理論配合Carrillo[1942]的方法予以準確地預測。
另外,藉本研究之結合垂直與徑向壓密之結果與呂炫儕[2003]僅考慮垂直壓密試驗值及劉惠傑[2002]直徑比n=3.63之僅考慮徑向壓密試驗結果比較,在土樣及線性荷重施載方式相同的情況下,發現結合垂直與徑向壓密,在相同的線性加載速率下,在達到同一荷重時間時之壓密沉陷量皆較僅有垂直壓密沉陷量值或僅有徑向壓密沉陷量值為大,可見結合垂直與徑向的雙向排水路徑有明顯加速壓密速率的效果。
最後,本試驗後半階段改以大尺寸之壓密盒(直徑12.7cm,高2.54cm)進行四種不同線性荷重速率下結合垂直與徑向同時排水壓密之MTS量測,其結果再與原尺寸壓密環(直徑6.35cm,高2.54cm)MTS實際量測結果相比較;此外,為延續劉惠傑[2002]僅考慮徑向壓密中,不同排水濾管(砂樁)距離對試驗的影響,則再額外進行僅考慮徑向排水形式之大尺寸壓密盒(n=7.26)的MTS量測,並與先前劉惠傑[2002]原尺寸壓密盒(n=3.63)之MTS量測值相比較;同時再探討並比較呂炫儕[2003]僅考慮垂直壓密試驗中不同尺寸的試驗結果,藉此了解整個尺寸效應對各種不同壓密行為之影響。由試驗結果得知,尺寸效應對徑向壓密的影響較為顯著,主要是由不同排水濾管(砂樁)距離所導致,也就是取決於直徑比n大小,而n值的大小會激發不同的超額孔隙水壓及影響排除的速率,若n值愈大,其排水路徑變長,超額孔隙水壓較費時排出,壓密沉陷量因此較小,其壓密效果也就降低。
第 一 章 緒 論
1.1 研 究 背 景
1.2 研 究 目 的 與 方 法
第 二 章 文 獻 回 顧
2.1單向度垂直壓密行為
2.1.1單向度垂直壓密行為
2.1.2 荷重隨時間改變下垂直平均壓密度數學表示式
2.2徑向壓密行為
2.2.1徑向壓密的應變型態
2.2.2直徑比n之影響(diameter ratio effect)
2.2.3徑向壓密係數Ch
2.2.4荷重隨時間改變下徑向平均壓密度數學表示式
2.3徑向滲透係數Kh與垂直滲透係數Kv之關係
2.4荷重隨時間改變下同時具垂直向與徑向排水之平均壓密度數學表示式第 三 章 試 驗 設 備 及 程 序
3.1試 驗 項 目
3.2試 驗 設 備
3.2.l一般物理性質試驗設備
3.2.2 壓密試體的製作設備
3.2.3改良之垂直壓密儀
3.2.4改良之徑向壓密儀
3.2.5改良之結合垂直與徑向壓密儀
3.2.6材料試驗機MTS設備及資料擷取系統
3.3 試 驗 流 程
3.4 試 驗 程 序
3.4.1 材料的選定
3.4.2 進行一般物理性質試驗
3.4.3 試體的製作方法
3.4.3.1垂直壓密試驗與徑向壓密試驗及變水頭滲透試驗
3.4.4不同線性荷重速率下之結合垂直與徑向壓密試驗
第 四 章 試 驗 結 果 與 分 析
4.1 一般物理性質試驗結果
4.2垂直壓密實驗與徑向壓密實驗之結果
4.2.1滲透係數kv與kh值之量測
4.2.2壓密係數Cv及Ch值與有效壓力恩p''間之關係
4.3 黏彈性理論分析法(viscoelastic analysis)求其預測沉陷量
4.3.1黏彈性理論求孔隙水壓(垂直壓密)
4.3.2黏彈性理論求孔隙水壓(徑向壓密)
4.4黏彈性理論分析之預測值與壓密沉陷量測值之比較
4.5與垂直壓密試驗及徑向壓密試驗結果比較
4.6尺寸效應(不同直徑比n)之影響
第 五 章 結 論 與 建 議
5.1 結 論
5.2 建 議
參 考 文 獻
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