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研究生:陳聰嘉
研究生(外文):Tsung-Chia Chen
論文名稱:以大型直接剪力試驗探討聚酯(PET)格網/土壤界面剪力行為之研究
論文名稱(外文):A study of interface shear behavior between PET geogrid and soil by conducting large-scale direct shear test
指導教授:劉家男劉家男引用關係
指導教授(外文):Chia-Nan Liu
學位類別:碩士
校院名稱:國立暨南國際大學
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:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:149
中文關鍵詞:地工格網直剪試驗剪力強度摩擦角
外文關鍵詞:geogriddirect shear testshear strengthfriction angle
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加勁工法由於有施工快速價格低廉等優點,近年來已廣泛推廣應用在工程上,目前在台灣,最普遍使用之加勁材料為聚酯(PET)格網,而到目前為止,利用大型直剪試驗探討格網界面摩擦角所採用之材質,多為高密度聚乙烯(HDPE)或聚丙烯(PP)製成之格網,對於聚酯(PET)格網之試驗探討則相當少,因此本研究針對PET格網進行試驗,研究其界面摩擦特性。地工格網由於在設計使用上,常因現場施工需要而有不同改變,本研究將利用大型直接剪力試驗,來探討不同PET格網變因與三種不同土壤(渥太華砂土、礫石及紅土)間之介面摩擦特性,並且探討礫石粒徑與格網開孔大小之關係及不同下盒型式對試驗結果之影響,以及利用不同儀器下盒進行探討直剪是否有土壤互制存在。
由試驗結果得知在渥太華砂土試驗中,改變格網強度對試驗結果無太大影響,對於試驗影響最大的變因為格網的開孔大小,格網網目越小,越能增加界面摩擦角角度,且砂土在界面加入地工合成材料後,界面摩擦角會高於純土壤,而礫石及紅土的試驗中,則可觀察到在界面加入地工合成材料後之土壤試體,其界面摩擦角會低於純土壤。在探討礫石粒徑與格網開孔大小關係,由試驗結果顯示粒徑與格網開孔比值超過20,在界面加入格網不會影響顆粒互鎖情形。
在本研究中探討直剪試驗中是否有土壤互鎖存在,結果顯示三種不同土壤進行試驗時,都可以發現有土壤互鎖情形下,界面摩擦角均較高,此結果說明了直剪試驗中土壤互鎖情形是存在的。而進行探討不同下盒對試驗結果之影響,由結果顯示較大下盒由於土壤受擾動影響,而下盒為鋼板之試驗結果由於缺少土壤互鎖的情形,使得試驗所得結果偏低。
The reinforcing technique which has many advantages like high workability and low cost has been widely used in recent years.And the PET geogrid is the most prevailing reinforcing material in Taiwan nowadays. So far, HDPE or PP geogrid are often selected to discuss the interface friction angle in the large-scale direct shear test. However, the PET geogrid tests are relatively rare, so this study uses PET geogrids to test and discuss its interface friction properties. Because geogrid’s design applicability varies with field condition, this study uses large-scale direct shear test to discuss the interface friction properties between different factors of PET geogrids and three kinds of soil (Ottawa sand, gravel and laterite).Also, the relationship of gravel diameter and geogrid opening size, the influence of different lower shear box to test result, and whether the interaction between soil and geogrid using various lower box of the device exists or not are discussed in this article.
From the test of Ottawa sand, the result shows that the geogrid's strength is not very influential to the test, but the opening size is. The smaller the geogrid’s opening size, the higher the interface friction angle. And the angle would be higher in sand/geogrid interface than in sand/sand one, however, it would be lower in gravel and laterite test.As to the relationship between gravel size and geogrid opening size, the test results show that if the ratio of particle size to opening size is greater than 20, the interlocking of particles would not be affected by the intervention of geogrid on interface.
This study discuss if the interlocking exists in the soil of direct shear test, the result shows that under three different soil, the interlocking can be found, and the interface friction angle would be higher. This result demonstrates that the interlocking in the soil do exist in the direct shear test. When discussing the influence of different types of lower box to the test. The results show that soil disturbing would occur in the larger lower box, and the steel plate which replaces the lower box would lack interlocking mechanism. Thus the values from the test would be lower.
目錄
摘要 I
ABSTRACT III
誌謝 V
目錄 VI
表目錄 VIII
圖目錄 X
第1章 前言 1
1.1 研究目的及動機 1
1.2 研究方法 1
1.3 研究內容 2
第2章 文獻回顧 4
2.1 前言 4
2.2 地工格網介紹 4
2.2.1 地工格網種類 5
2.3 直剪試驗介紹 5
2.3.1 直剪盒尺寸影響 5
2.3.2 直剪承壓影響 6
2.3.3 直剪剪動速度影響 7
2.4 地工合成材料界面試驗相關研究 7
2.4.1 大型直剪試驗 7
2.4.1.1 地工織物 8
2.4.1.2 地工止水膜 10
2.4.1.3 地工格網 11
2.4.1.4 其他材料 13
2.4.2 拉出試驗 14
2.5 小結 16
第3章 試驗內容及試驗方法 30
3.1 試驗材料 30
3.2 試驗儀器 30
3.2.1 地工合成材料厚度試驗儀器 30
3.2.2 地工合成材料抗張力試驗儀器 31
3.2.3 大型直剪試驗儀器 31
3.3 試驗方法 32
3.3.1 土壤基本物理性質試驗方法 32
3.3.2 地工合成材料基本物理性質試驗方法 33
3.3.3 土壤試體準備方法 34
3.4 大型直剪試驗項目規劃 35
3.4.1 渥太華砂土試驗規劃 35
3.4.2 礫石試驗規劃 36
3.4.3 紅土試驗規劃 37
3.5 大型直剪試驗步驟 38
第4章 試驗結果與討論 57
4.1 土壤材料基本物理性質結果 57
4.2 地工合成材料基本物理性質結果 57
4.3 大型直剪試驗結果與討論 57
4.3.1 渥太華砂土試驗 58
4.3.2 礫石試驗 69
4.3.3 紅土試驗 74
4.4 綜合討論 77
第5章 結論與建議 108
5.1 結論 108
5.2 建議 109
參考文獻 110
附錄A 地工合成材料抗張試驗結果 114
附錄B 直剪試驗應力-位移關係圖 118

表目錄
表2.1 不同格網之直剪因子 19
表2.2 土壤界面摩擦角 19
表2.3 加勁土壤界面摩擦角 20
表2.4 直剪試驗整理 21
表2.5 前人研究之效率因子整理 24
表3.1 試驗用地工合成材料種類 39
表3.2 自行裁剪之地工格網種類 39
表3.3 渥太華砂土直剪試驗編號 40
表3.4 礫石直剪試驗編號 42
表3.5 紅土直剪試驗編號 44
表4.1 渥太華砂土基本物理性質 80
表4.2 礫石基本物理性質 80
表4.3 紅土基本物理性質 81
表4.4 地工合成材料基本物理性質 81
表4.5 渥太華砂土在不同格網條件之界面摩擦角 82
表4.6 渥太華砂土不同格網條件下5%應變之剪力模數 82
表4.7 渥太華砂土上下盒等面積試驗改變格網縱向強度之界面摩擦角 83
表4.8 渥太華砂土上下盒等面積試驗改變格網縱向強度5%應變之剪力模數 83
表4.9 渥太華砂土不同開孔率對試驗結果之影響 84
表4.10 渥太華砂土不同下盒試驗比較 84
表4.11 渥太華砂土不同下盒試驗5%應變之剪力模數 85
表4.12 礫石與不同加勁材料之摩擦角比較 85
表4.13 礫石與不同加勁材料5%應變之剪力模數 86
表4.14 2分石不同形式下盒結果比較 86
表4.15 2分石不同形式下盒5%應變之剪力模數 87
表4.16 礫石與自行裁剪不同開孔大小格網之界面摩擦角比較 87
表4.17 礫石與自行裁剪不同開孔大小格網在5%應變之剪力模數 88
表4.18 純紅土與紅土界面加入地工合成材料摩擦角比較 88
表4.19 純紅土與紅土界面加入地工合成材料5%應變量之剪力模數 88
表4.20 紅土不同形式下盒結果比較 89
表4.21 紅土不同形式下盒5%應變之剪力模數 89

圖目錄
圖1-1 研究流程圖 3
圖2-1 硬式地工格網製作過程 25
圖2-2 柔性地工格網製作過程 25
圖2-3 直剪試驗之剪應力-位移關係圖 26
圖2-4 破壞包絡線示意圖 26
圖2-5 地工合成材料用於直剪試驗示意圖 26
圖2-6 各種直剪盒型式示意圖 27
圖2-7 土壤界面直與界面材料張力強度關係圖 27
圖2-8 船型基座進行之改良式直剪 27
圖2-9 直接底部滑動剪力試驗 28
圖2-10 拉出試驗示意圖 28
圖2-11 格網受被動土壓處面積示意圖 29
圖3-1 試驗用土壤材料 45
圖3-2 試驗用地工合成材料 47
圖3-3 自行裁剪之地工格網 48
圖3-4 地工合成材料厚度試驗儀器 48
圖3-5 萬能試驗儀器 49
圖3-6 大型直接剪力試驗儀器 50
圖3-7 大型直剪試驗儀器配置圖 51
圖3-8 試體盒下盒 51
圖3-9 水平及垂直荷重元 52
圖3-10 水平及重直位移計 52
圖3-11 直剪試驗儀器控制台 53
圖3-12 試驗流程圖 54
圖3-13 大型直剪試驗步驟 56
圖4-1 土壤材料粒徑分佈曲線 90
圖4-2 紅土標準夯實曲線 90
圖4-3 比較不同格網縱向強度破壞包絡線(緊砂DR=80%) 91
圖4-4 比較不同格網縱向強度破壞包絡線(鬆砂DR=40%) 91
圖4-5 FLAC數值模擬盒內土壤位移情況 92
圖4-6 FLAC數值模擬後方砂土隆起高度 92
圖4-7 直剪試驗後方砂土隆起高度量測 93
圖4-8 格網材料在試驗過程中(正向應力187.31 )遭拉斷拉出 93
圖4-9 比較不同格網橫向強度破壞包絡線(緊砂DR=80%) 94
圖4-10 比較不同格網橫向強度破壞包絡線(鬆砂DR=40%) 94
圖4-11 比較不同格網開孔大小破壞包絡線(緊砂DR=80%) 95
圖4-12 比較不同格網開孔大小破壞包絡線(鬆砂DR=40%) 95
圖4-13 上下盒等面積試驗縱向強度比較破壞包絡線(緊砂DR=80%) 96
圖4-14 上下盒等面積試驗縱向強度比較破壞包絡線(鬆砂DR=40%) 96
圖4-15 材料P1在試驗過程中(正向應力187.31 )夾具處產生斷裂 97
圖4-16 材料P3在下盒為鋼板試驗過程中(正向應力187.31 )斷裂 97
圖4-17 比較不同格網開孔率破壞包絡線(緊砂DR=80%) 98
圖4-18 比較不同格網開孔率破壞包絡線(鬆砂DR=40%) 98
圖4-19 三種不同下盒直剪示意圖 99
圖4-20 上下盒等面積試驗破壞包絡線(緊砂DR=80%) 100
圖4-21 上下盒等面積試驗破壞包絡線(緊砂DR=40%) 100
圖4-22 1分石界面有無加入地工合成材料破壞包絡線 101
圖4-23 2分石界面有無加入地工合成材料破壞包絡線 101
圖4-24 O2格網在做完2分石之損傷照片 102
圖4-25 2分石較大直剪下盒及下盒為鋼板試驗破壞包絡線 102
圖4-26 礫石較大直剪下盒界面未加入地工合成材料試驗後方礫石冒出 103
圖4-27 礫石較大直剪下盒試驗界面加入地工合成材料後情形 103
圖4-28 1分石與裁剪格網界面破壞包絡線 104
圖4-29 2分石與裁剪格網界面破壞包絡線 104
圖4-30 開孔大小與粒徑大小關係圖 105
圖4-31 紅土界面有無加入地工合成材料破壞包絡線 105
圖4-32 紅土大型直剪與小型直剪試驗結果比較 106
圖4-33 紅土較大直剪下盒及下盒為鋼板試驗破壞包絡線 106
圖4-34 紅土較大直剪下盒界面加入地工合成材料試驗後方土壤遭擠出 107
參考文獻
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