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研究生:顏清輝
研究生(外文):Ching-Huei Yan
論文名稱:SPT之貫入阻抗及其能量量測
論文名稱(外文):Penetration Resistance and Energy Measurement of SPT
指導教授:許 琦
指導教授(外文):Chyi Sheu
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:70
中文關鍵詞:標準貫入試驗N值能量檢測
外文關鍵詞:Standard Penetration TestN valueenergy measurement
相關次數:
  • 被引用被引用:2
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標準貫入試驗(Standard Penetration Test , SPT)已被土木工程界廣泛使用,但由於現場操作不正確及使用設備不精密,導致以N值判斷土層時產生誤差,必須經由修正,N值才能使用。本研究旨在以能量檢測桿來評估SPT打擊能量損失,以提供N值修正之依據。研究方法係自行設計、組裝荷重計及加速度計於能量檢測桿上,並以IPC與快速ADC擷取及紀錄試驗資料,而且提出MSS模式以探討純以荷重計來推估鑽桿位移、速度和加速度之關係。研究結果顯示接桿接合處會影響第一壓力波形,而且手動式打擊能量通常比自動落鎚打擊式高,因而低估N值。另外,MSS系統模式需藉由滑元(Slider)來控制變形,否則解算得位移量會有持續增加之非合理情況。此外,最大能量通常會發生於第一壓力波結束點附近。
Standard Penetration Test(SPT) has been extensively used in civil engineering. Due to wrong operation performed and inexact equipment, the judgment of formation of soil layers lead to error or imperfections by using SPT N-value. Therefore, it generally needs to many different ways to modify so that N value can be used in geotechnical applications. The purpose of this study is to estimate the energy loss using energy measurement system for SPT and for providing SPT N- value correction for reference. The research methods are focused on design and setup the load cell and the accelerometer on the energy measurement rod. In addition, the industrial panel computer (IPC) and high-speed analogy-to-digital converter (ADC) card are used to acquisite and record the test data. Moreover, the Mass-Spring-Slider (MSS) model is proposed to estimate the relationship among the displacement, velocity, and acceleration of drill rod. The result showed that the joint of drill rod influenced the shape of first pressure wave and measurement energy of manual hammer was little higher than that of automatic hammer. In other words, the N-value will be underestimated. Besides, the MSS model should be needed to limit the deformation by Slider element otherwise the displacement of model should continue to increase with force. In addition, the maximum energy occurred most frequently on, or near, the first pressure wave in load cell response.
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
第一章 前言--------------------------------------------------------------------- 1
1.1 研究動機--------------------------------------------------------------- 1
1.2 研究目的--------------------------------------------------------------- 1
1.3 研究內容及流程------------------------------------------------------ 1
第二章 相關研究--------------------------------------------------------------- 4
2.1 能量檢測之目的------------------------------------------------------ 4
2.2 打擊土層能量之傳遞機制------------------------------------------ 5
2.3 SPT能量檢測系統相關研究--------------------------------------- 5
2.4 土壤現地應力量測方法--------------------------------------------- 6
第三章 研究方法--------------------------------------------------------------- 16
3.1 試驗設備--------------------------------------------------------------- 16
3.1.1 能量檢測桿------------------------------------------------------------ 16
3.1.2 動態放大器------------------------------------------------------------ 18
3.1.3 示波器------------------------------------------------------------------ 18
3.1.4 控制箱------------------------------------------------------------------ 18
3.1.5 擷取系統--------------------------------------------------------------- 18
3.2 試驗步驟--------------------------------------------------------------- 19
3.3 計算方法--------------------------------------------------------------- 19
3.3.1 力量平方法(Force Square Method,F2M)----------------------- 19
3.3.2 力量速度法(Force Velocity Method,FVM)----------------- 21
3.3.3 力量位移法(Force Displacement Method,FDM)--------------- 21
3.3.4 質量(mass)-彈簧(spring)-滑元(slider)模式------------------- 21
3.4 檢測桿率定------------------------------------------------------------ 23
第四章 結果與討論------------------------------------------------------------ 35
4.1 SPT打擊力的歷時特徵--------------------------------------------- 35
4.2 F2M分析結果與討論------------------------------------------------ 35
4.3 MSS模式分析結果--------------------------------------------------- 36
4.4 貫入阻力分析--------------------------------------------------------- 37
4.5 加速度分析------------------------------------------------------------ 37
第五章 結論與建議------------------------------------------------------------ 60
5.1 結論--------------------------------------------------------------------- 60
5.2 建議--------------------------------------------------------------------- 60
參考文獻 --------------------------------------------------------------------------- 61
附錄A --------------------------------------------------------------------------- 63
作者簡歷 --------------------------------------------------------------------------- 70


表 目 錄
表2-1 SPT 試驗設備相關規範-------------------------------------------- 9
表2-2 不同階段之傳遞能量------------------------------------------------ 10
表3-1 儀器功能--------------------------------------------------------------- 24
表4-1 自動落鎚式(ASPT)之計算分析成果(岡山)---------------------- 38
表4-2 手動落鎚式(HSPT)之計算分析成果(鼎金)---------------------- 39
表4-3 孔底貫入阻抗力及貫入比------------------------------------------ 40













圖 目 錄
圖1-1 研究流程圖------------------------------------------------------------ 3
圖2-1 荷重計量測法示意圖------------------------------------------------ 11
圖2-2 SPT 打擊應力波之傳遞機制-------------------------------------- 12
圖2-3 四種接頭組合之力量歷時疊合比對------------------------------ 13
圖2-4 Kelley的試驗裝置---------------------------------------------------- 13
圖2-5 不同土壤其α值與N60的關係------------------------------------- 14
圖2-6 貝克錘貫入試驗(BPT) ---------------------------------------------- 14
圖2-7 考慮總摩擦阻抗修正之BPT-Nb30與SPT-N60 轉換------------- 15
圖2-8 DCP 試驗儀器示意-------------------------------------------------- 15
圖3-1 能量檢測系統方塊圖------------------------------------------------ 25
圖3-2 導線長度與電阻之關係--------------------------------------------- 25
圖3-3 應變計之構造--------------------------------------------------------- 26
圖3-4 橋式電路示意圖------------------------------------------------------ 26
圖3-5 能量檢測桿------------------------------------------------------------ 27
圖3-6 動態放大器------------------------------------------------------------ 27
圖3-7 示波器於SPT打擊試驗其力量歷時波形------------------------ 28
圖3-8 控制箱------------------------------------------------------------------ 28
圖3-9 擷取及分析系統------------------------------------------------------ 29
圖3-10 現場施作情形--------------------------------------------------------- 30
圖3-11 擷取系統及相關設備------------------------------------------------ 31
圖3-12 校內試打--------------------------------------------------------------- 31
圖3-13 打擊力量歷時波形--------------------------------------------------- 32
圖3-14 SPT能量傳遞與土壤互制之理想模式--------------------------- 33
圖3-15 能量桿率定------------------------------------------------------------ 34
圖3-16 阻抗檢測桿率定------------------------------------------------------ 34
圖4-1 自動式SPT打擊力歷時波形--------------------------------------- 41
圖4-2 手動式SPT打擊力歷時波形--------------------------------------- 46
圖4-3 能量-N值-深度之關係------------------------------------------- 51
圖4-4 手動式SPT打擊力歷時波形(局部放大)------------------------- 52
圖4-5 MSS分析結果(以ASPT-120為例)-------------------------------- 54
圖4-6 黏土層孔頂打擊力及孔底貫入阻力之歷時波形--------------- 56
圖4-7 砂土層孔頂打擊力及孔底貫入阻力之歷時波形--------------- 57
圖4-8 打擊力及加速度歷時波形------------------------------------------ 58
圖4-9 速度及能量歷時波形------------------------------------------------ 59
1.ASTM D1586-99 Standard Practice for Determining the Normalized PenetrationResistance of Sands for Evaluation of Liquefaction Potential(D 1586-99),AnnualBook of ASTM Standards,Vol.04.08,American Society of Testing and Material, Philadelphia,1999。
2.ASTM D4633-84 Standard Practice for Determining the Normalized PenetrationResistance of Sands for Evaluation of Liquefaction Potential(D4633-84),Annual Book of ASTM Standards,Vol.04.08,American Society of Testing and Material,Philadelphia,1984。
3.ASTM D6066-00 Standard Practice for Determining the Normalized PenetrationResistance of Sands for Evaluation of Liquefaction Potential(D 6066-00),Annual Book of ASTM Standards,Vol.04.09,American Society of Testing and Material, Philadelphia,2000。
4.Elliott E. Drumright, Charles W. Pfingsten, and Robert G. Lukas., “Influence of Hammer Type on SPT Results J. Geotech. Engrg. 122, 598 (1996)
5.Kelley, Shawn P and Lutenegger, Alan J.(2004), Unit skin friction from the standard penetration test supplemented with the measurement of torque, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, v 130, n 5, May, p 540-543.
6.Abou-matar, H. and Goble, G.G., “SPT Dynamic Analysis and Measurements,” J. of Geotech. and Geoenvironmental Engrg., ASCE, Vol.123, No.10, pp.921-928 (1997).
7.蔡錦松、劉衍志、周立德、劉福鎮,“標準貫入試驗與能量檢測”,地工技術,第83期,民國90年2月,第27~38 頁,1991。
8.蔡錦松、陳建隆、周立德、賴建名,“標準貫入試驗之打擊能量”,地工技術,第62 期,民國86 年8 月,第53~64 頁,1997。
9.王進忠,2004,現地土層貫入試驗能量檢測之研究,國立高雄應用科技大學土木工程與防災科技研究所碩士論文。
10.王依偉,2003,接頭對標準貫入試驗打擊能量之影響,國立成功大學土木工程研究所碩士論文。
11.劉衍志,2005,標準貫入試驗系統對打擊能量之影響,國立成功大學土木工程研究所博士論文。
12.鄭向高,2002,貝克錘貫入試驗應用於礫石土液化潛能分析之研究國立中興大學土木工程學系碩士論文。
13.鄭郁志,2003,路基土層性質之簡易調查法-動態圓錐貫入儀,台灣公路工程第三十一卷第二期。
14.郭雲龍,工程量測,全華科技圖書,台北,1990。
15.吳朗,感測器原理與應用,全華科技圖書,台北,1993。
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