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研究生:呂盛清
研究生(外文):Sheng Ching Lu
論文名稱:軟弱地盤深開挖之數值分析研究
論文名稱(外文):Numerical Analysis of Deep Excavation in Soft Ground
指導教授:熊彬成
指導教授(外文):B.C.Hsiung
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄應用科技大學
系所名稱:土木工程與防災科技研究所
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:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:93
中文關鍵詞:深開挖樁式地中樑J.S.GPLAXIS壁體變位地表沉陷
外文關鍵詞:deep excavationpile-type cross-wallJ.S.GPLAXISwall displacementground settlements.
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深開挖目前已成為都會區內所常運用的地下施工方式。然而,在地盤軟弱的情形下,隨著深開挖而造成的土體移除,常導致大量之土體與結構物變位,更甚而導致建物損害的問題。因此,如何在深開挖工程前,有效地預測施工引致的地盤沉陷和壁體變形之趨勢、大小及範圍,是維護工程本身及鄰房安全所不可或缺的。
有鑑於此,為了能合理預估因深開挖所造成的壁體變位及地表沉陷範圍,與施作地盤改良的效果。本研究先就大台北地區某深開挖工地之地盤改良結果,以二維有限元素法分析程式PLAXIS進行回饋分析,分析結果顯示,以等效水平樑方式進行模擬樁式 (Jumbo Jet Special Grouting Pile, J.S.G)地中樑改良成效,可以得到較佳效果。
再者,以高雄捷運系統CO2區段標SUO06車站工程為例,進行二維回饋分析,分析結果顯示,於各階開挖次要影響區地表沉陷皆有高估之現象,且影響範圍較實際大,其原因可能為於開挖施工前,土壤之彈性勁度應由小應變行為所控制,而且開挖後各階段之土壤勁度並非定值,而是隨著開挖引致之土壤變行增加而迅速衰減(王建智,1999),換言之,土壤之勁度應為應變量之函數,但由於本研究缺乏高雄地區小應變相關試驗結果,現階段無法建立勁度模數與應變量的函數關係,以致無法將土壤在小應變下之行為考慮其中,且並未考慮開挖後主要影響區與次要影響區之地盤特性,而是將同一土層的土壤參數設定為均一值。有鑑於此,建議後續研究應對高雄地區砂土小應變時之彈性模數及劣化(degradation)行為,進行一系列小應變試驗情形下土壤性質的量測,求得砂土彈性模數與應變量之函數關係。以建立合理的砂土小應變行為分析模式。
Deep excavations now are commonly used for underground construction in urban area. However, the earth removal caused by the deep excavation in soft ground generally induces unfavourable ground and structure movements and even generates the damage of the building. Thus, there is a need to fully understand ground and structure deformations induced by the excavation.

In order to reasonably predict lateral wall movements and ground settlements as well as influences from ground improvement, a feedback analysis based an excavation in Taipei was delivered using two-dimensional finite element program PLAXIS in this study. It was indicated that the use of horizontal-beam-element method performs better in the simulation of an excavation having ground improvement with jumbo jet special grouting piles (JSG.)

Further, an additional feedback analysis was carried out associated with an excavation at SUO06 station in Contract CO2, Kaohsiung rapid transit system. It was seen that a greater ground subsidence was predicted at far end from the excavation and the excavation-induced influence zone is larger from the numerical analysis rather than observations. It is suggested that soil stiffness is various during the excavation in reality but it remains a constant in the numerical analysis. This is expected to be the main reason to lead to the difference. Therefore, it is also recommended that more works regarding small strain behaviours of sand in Kaohsiung should be continued in the future.
總 目 錄

摘要 I
ABSTRACT III
誌謝 IV
總目錄 Ⅴ
表目錄 VII
圖目錄 VIII
符號表 X


第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 研究內容 2

第二章 文獻回顧 4
2.1 深開挖過程中引致行為之影響因素 4
2.1.1 連續壁變形 4
2.1.2 地表沉陷 5
2.2 深開挖工程中的土壤改良與建物保護措施 7
2.3 化學高壓噴射灌漿 7
2.4 樁式高壓噴射灌漿於深開挖工程之應用 8
2.5 數值模擬在開挖分析之運用 9

第三章 深開挖數值模式之建立 18
3.1 PLAXIS分析架構 18
3.2 土壤參數決定 18
3.2.1 Mohr-Coulomb模式 19
3.2.2 Soft Soil 模式 21
3.3 平面應變 22
3.4 土壤與擋土結構互制行為 22
3.5 擋土結構元素 22
3.6 開挖模擬 23

第四章 台北地區樁式地中壁案例分析 33
4.1 基地現況 33
4.2 簡化土層剖面與土壤參數 33
4.3 擋土結構材料參數 33
4.4 安全監測系統 34
4.5 車站開挖分析 34
4.6 現地監測結果與數值分析結果比較 36
4.7 綜合討論 38

第五章 高雄地區砂質土壤深開挖案例分析 57
5.1 基地現況 57
5.2 簡化土層剖面與土壤參數 58
5.3 擋土結構材料參數 58
5.4 安全監測系統 59
5.5 O6車站開挖分析 59
5.6 O6車站分析結果比較 60
5.7 參數研究 63

第六章 結論與建議 87
6.1 結論 87
6.2 建議 88

參考文獻 89



表 目 錄

表4-1 現地土層參數表 39
表4-2 簡化土層與回饋分析土壤輸入參數 40
表4-3 擋土結構輸入參數 41
表4-4 地盤改良(樁式高壓噴射灌漿)輸入參數 42
表4-5 加入地盤改良模擬抑制壁體變位之成效 43
表4-6 加入地盤改良模擬抑制地表沉陷之成效 43
表5-1 O6車站基本資料 65
表5-2 O6車站開挖及檔土支撐施工順序表 65
表5-3 O6車站簡化土層 66
表5-4 O6車站回饋分析土壤輸入參數 66
表5-5 O6車站回饋分析擋土結構輸入參數 67
表5-6 O6車站數值回饋分析參數研究輸入參數 68



圖 目 錄

圖1-1 研究分析流程圖 3
圖2-1 擋土壁體變形形狀 12
圖2-2 台北捷運連續壁變形曲線類型 12
圖2-3 最大壁體變位與開挖深度之關係 13
圖2-4 地表沉陷型態 13
圖2-5 最大地表沉陷量與最大擋土壁之關係 14
圖2-6 典型的高挖之地盤改良方式(a)塊狀(b)柱狀(c)壁狀 14
圖2-7 三種高壓噴射灌漿工法之比較 15
圖2-8 地表沉陷典型的分析和觀測結果比較 15
圖2-9 黏土彈性模數劣化行為示意圖 16
圖2-10 重模與未重模砂土試體彈性模數比較 16
圖2-11 預壓影響示意圖 17
圖3-1 數值分析流程圖 26
圖3-2 理想彈性-完全塑性模式應力-應變關係 27
圖3-3 平面應變模型示意 27
圖3-4 等效E值模擬示意圖 28
圖3-5 模擬改良樁體折減示意圖 29
圖3-6 樁式地中壁與連續壁交界面模擬示意圖 29
圖3-7 等效支撐結構示意圖 30
圖3-8 等效水平樑模擬示意圖 31
圖3-9 等效垂直樑模擬示意圖 32
圖4-1 建物與基地相關位置圖 44
圖4-2 基地開挖分區示意圖 44
圖4-3 車站開挖支撐剖面圖 45
圖4-4 改良樁徑樁位示意圖 46
圖4-5 現場監測儀器佈置圖 46
圖4-6 本案例PLAXIS數值模擬網格圖 47
圖4-7 改良樁徑與改良率計算示意圖 47
圖4-8 未改良數值分析結果與現地監測SID1壁體變位比較圖 48
圖4-9(a) 地盤改良數值分析結果與現地監測SID1壁體變位比較圖 49
圖4-9(b) 地盤改良數值分析結果與現地監測SID1壁體變位比較圖 50
圖4-10 未改良數值分析結果與現地監測A剖面地表沉陷比較圖 51
圖4-11(a) 地盤改良數值分析結果與現地監測A剖面地表沉陷比較圖 52
圖4-11(b) 地盤改良數值分析結果與現地監測A剖面地表沉陷比較圖 53
圖4-12 未改良與三種化學改良方式Axial Forces / Shear Forces / Bending moment 比較圖 56
圖5-1 O6車站與相關建物位置圖 69
圖5-2 O6車站開挖支撐剖面圖 70
圖5-3 O6車站地層剖面圖 71
圖5-4 O6車站監測配置圖 72
圖5-5 O6車站PLAXIS數值模擬網格圖 73
圖5-6 O6車站PLAXIS數值模擬開挖完成示意圖(分析結果放大100倍) 73
圖5-7 O6車站數值分析結果與現地監測資料SID5比較圖 74
圖5-8(a) 未修正一階支撐預力分析結果與現地監測資料比較圖 75
圖5-8(b) 未修正一階支撐預力分析結果與現地監測資料比較圖 76
圖5-9(a) 修正一階支撐預力分析結果與現地監測資料比較圖 77
圖5-9(b) 修正一階支撐預力分析結果與現地監測資料比較圖 78
圖5-10 O6車站數值分析結果(修正一階預力)與現地監測資料SID5比較圖 79
圖5-11 O6車站數值分析結果(修正一階預力)與A剖面地表沉陷比較圖 80
圖5-12 中等至緊密堅硬土壤應變範圍建議值 81
圖5-13 最大地表沉陷與最大壁體變位量之關係 81
圖5-14 連續壁壁體厚度對側向壁體變位及地表沉陷之影響 82
圖5-15 無支撐深度對側向壁體變位及地表沉陷之影響 83
圖5-16 支撐勁度對側向壁體變位及地表沉陷之影響 84
圖5-17 連續壁貫入深度對側向壁體變位及地表沉陷之影響 85
圖5-18 連續壁體與土壤之間介面係數(Rinter)對側向壁體變位及地表沉陷之影響 86
參考文獻
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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