臺灣博碩士論文加值系統

中 文 摘 要

當土壤承受荷重，如興建結構物或填土時，會產生壓縮變形，此壓縮是來自於土壤顆粒之變形，顆粒重新排列，和孔隙中之水或空氣被擠出。而土壤壓縮量的主要來源是孔隙中的水或空氣排出和顆粒重新排列。當土壤受壓後會激發超額孔隙水壓，而超額孔隙水壓消散的過程稱為主要壓密。當超額孔隙水壓消散完畢後，所有外力增量會轉嫁在土壤顆粒上。此後有效應力保持不變下，隨著時間的過去，土壤顆粒會重新排列，造成沉陷，稱為二次壓縮。在討論土壤的壓縮性質時，常會利用到二次壓縮指數 與壓縮指數 ，對於同一土壤來說，二次壓縮指數 與壓縮指數 之比值為一常數之關係。
本研究使用二聯式單向度壓密儀和傳統壓密儀進行試驗，試樣分別為飽和試樣、冷凍乾燥試樣和粉末試樣，以探討土壤之壓縮性。試驗結果顯示，冷凍乾燥試樣之壓縮指數和二次壓縮指數，會隨著壓密應力之增加而增大，而粉末試樣之壓縮指數和二次壓縮指數初期會較大，隨著壓密應力之增加其值會下降或趨於平緩。 之比值在飽和試樣、冷凍乾燥試樣與粉末試樣中之差異不大，其值在0.01~0.04之範圍內。另外試驗結果顯示主要壓密時間之長短，對於主要壓密完成時之壓縮量影響不大。

ABSTRACT

When soil receives loading from the structure or the earth fill, it compresses and settles. The compression is mainly due to an expulsion of water or air from the voids in the soil. When saturated soil receives loading, excess pore water pressure is generated. The stage of dissipation of excess pore water pressure is called primary consolidation. When excess pore water pressure is completely dissipated, all of the loading is transferred to the soil structure as effective stress. Secondary compression is the compression of soil with time under a constant effective stress. Secondary compression index and compression index have been used, and it has been found that the ratio is a constant for any saturated soils.
This study used separated type oedometers and conventional edometers to measure the compression characteristics of saturated, freeze dried and powdered specimens. It is found from the test results that values of for the soils tested show only slight difference. The values of for the soils tested fall between 0.01 and 0.04. The test results further show that the end of primary compression is not affected by the duration of primary compression.

目 錄

中文摘要…………………………………………………………... Ⅰ
英文摘要…………………………………………………………... Ⅱ
誌謝………………………………………………………………...　 III
目錄………………………………………………………………...　 IV
表目錄……………………………………………………………... VIII
照片目錄…………………………………………………………... IX
圖目錄……………………………………………………………...　 X
符號表……………………………………………………………... XIX
第一章 緒論……………………………………………………... 1
1.1 前言……………………………………………………… 1
1.2 研究動機與目的………………………………………… 1
1.3 研究方法………………………………………………… 2
1.4 論文架構………………………………………………… 3
第二章 文獻回顧………………………………………………... 5
2.1 土壤壓密組合方程式…………………………………… 5
2.2 串聯式單向度壓密試驗………………………………… 6
2.3 傳統式單向度壓密試驗……….………………………... 7
2.3.1 單向度壓密試驗概述………………….…………… 7
2.3.2 壓縮指數………………………………………...….. 8
2.3.3 二次壓縮指數……………………………….……… 9
2.3.4 二次壓縮指數與壓縮指數之關係…………………. 9
第三章 試驗計畫………………………………………………... 15
3.1 試驗材料………………………………………………… 15
3.2 試驗項目………………………………………………… 15
3.3 土壤基本物理性質試驗………………………………… 15
3.4 傳統單向度壓密試驗…………………………………… 16
3.4.1 試驗步驟(飽和試樣)………………………………. 16
3.4.2 試驗步驟(粉末試樣)………………………………. 17
3.4.3 試驗步驟(冷凍乾燥試樣)……………………….…. 18
3.5 中型壓密試驗………………………………….………... 19
3.5.1 試驗計畫……………………………………………. 19
3.5.2 重製試驗製作步驟…………………………………. 20
3.6 串聯式單向度壓密試驗………………………………… 20
3.6.1 儀器簡介…………………………………………….. 21
3.6.2 主要機件…………………………………………….. 21
3.6.3 試驗步驟…………………………………………….. 22
3.7 試樣冷凍乾燥…………………………………………… 24
3.7.1 步驟………………………………………………….. 24
第四章 試驗結果………………………………………………... 33
4.1 一般物理性質試驗……………………………………… 33
4.2 單向度壓密試驗………………………………………… 33
4.2.1 沉陷量d與時間t之關係曲線……………………… 33
4.3 二聯式單向度壓密試驗…...………….………………… 34
第五章 試驗結果分析與討論…………………………………… 67
5.1 孔隙比與壓密應力之關係曲線…………………... 67
5.2 壓縮指數 與二次壓縮指數 之關係…………………
67
5.2.1 壓縮指數 與壓密應力 之關係………………….
67
5.2.2 二次壓縮指數 與壓密應力 之關係…………....
68
5.2.3 比值…………………………………………....
69
5.2.4 比值與液性限度LL和塑性指數PI之關係...
70
5.3 二聯式單向度壓密試驗………………………………… 70
5.3.1 主要壓密完成之沉陷與時間之關係………………. 70
5.3.2 孔隙比與壓密應力之關係曲線……………… 70
第六章 結論與建議……………………………………………... 94
6.1 結論……………………………………………………… 94
6.2 建議……………………………………………………… 95
參考文獻…………………………………………………………... 96
作者簡歷…………………………………………………………... 98


表 目 錄

表2-1 壓縮指數 之關係式……………………………………...
10
表2-1 土壤之 比值…………………………………………
10
表4-1 一般物理性質試驗結果…………………………………... 35
表4-2 單向度壓密試驗之試驗條件總表………………………... 36
表4-3 二聯式單向度壓密試驗之試驗條件……………………... 38


照片目錄


照片2-1 日本港灣空港技術研究所串聯式壓密儀……………... 11
照片2-2 中原大學串聯式單向度壓密儀…….………………….. 11
照片3-1 壓密盒.……………………………….…………………. 27
照片3-2 電腦自動計讀系統……………………………….…….. 27
照片3-3 中型壓密儀…….…….…………………………………. 28
照片3-4 冷凍乾燥機………………….………………………….. 28
照片3-5 中原大學串聯式單向度壓密儀………………………... 29


圖 目 錄


圖 1-1 研究流程圖……………………………………………….. 4
圖 2-1 黏土壓密階段..…………………….……………………... 12
圖 2-2 串聯式壓密儀之原理示意圖……………………….……. 12
圖 2-3 三軸室壓密儀及串聯示意圖…………………………….. 13
圖 2-4 分層試樣之孔隙水壓歷時曲線…………………………..
（a）Batiscan 粘土（應力增量62~83 kPa）
（b）Batiscan 粘土（應力增量97~138 kPa） 14
圖 3-1 試驗規劃與流程圖……………………….………………. 30
圖 3-2 單一儀器之試驗系統構想圖…………………………….. 31
圖 3-3 串聯式單向度壓密儀串聯圖….…………………………. 32
圖 4-1 試驗土樣之粒徑分佈曲線……………………………….. 39
圖 4-2 石牌T-1飽和試樣之LVDT讀值-時間t關係圖….……… 39
圖 4-3 石牌T-1冷凍乾燥試樣之LVDT讀值-時間t關係圖…… 39
圖 4-4 石牌T-10飽和試樣之LVDT讀值-時間t關係圖……… 40
圖 4-5 石牌T-10冷凍乾燥試樣之LVDT讀值-時間t關係圖… 40
圖 4-6 石門淤泥飽和試樣之LVDT讀值-時間t關係圖………... 40
圖 4-7 石門淤泥冷凍乾燥試樣之LVDT讀值-時間t關係圖…... 40
圖 4-8 石門淤泥粉末試樣w%=0%
之LVDT讀值-時間t關係圖…………………………….
41
圖 4-9 石門淤泥粉末試樣w%=5%
之LVDT讀值-時間t關係圖…………………………….
41
圖 4-10 石門淤泥粉末試樣w%=10%.
之LVDT讀值-時間t關係圖……………………………
41
圖 4-11 高嶺土飽和試樣之LVDT讀值-時間t關係圖…………. 41
圖 4-12 高嶺土冷凍乾燥試樣之LVDT讀值-時間t關係圖……. 42
圖 4-13 高嶺土粉末試樣w%=0%
之LVDT讀值-時間t關係圖……………………………
42
圖 4-14 高嶺土粉末試樣w%=6.8%
之LVDT讀值-時間t關係圖……………………………
42
圖 4-15 高嶺土粉末試樣w%=11.4%
之LVDT讀值-時間t關係圖……………………………
42
圖 4-16 高嶺土+5%皂土飽和試樣
之LVDT讀值-時間t關係圖……………………………
43
圖 4-17 高嶺土+5%皂土冷凍乾燥試樣
之LVDT讀值-時間t關係圖……………………………
43
圖 4-18 高嶺土+5%皂土粉末試樣w%=0%
之LVDT讀值-時間t關係圖……………………………
43
圖 4-19 高嶺土+5%皂土粉末試樣w%=6%
之LVDT讀值-時間t關係圖……………………………
43
圖 4-20 高嶺土+5%皂土粉末試樣w%=10%
之LVDT讀值-時間t關係圖……………………………
44
圖 4-21 高嶺土+10%皂土飽和試樣
之LVDT讀值-時間t關係圖……………………………
44
圖 4-22 高嶺土+10%皂土冷凍乾燥試樣
之LVDT讀值-時間t關係圖……………………………
44
圖 4-23 高嶺土+10%皂土粉末試樣w%=0%
之LVDT讀值-時間t關係圖……………………………
44
圖 4-24 高嶺土+10%皂土粉末試樣w%=5%
之LVDT讀值-時間t關係圖……………………………
45
圖 4-25 高嶺土+10%皂土粉末試樣w%=12%
之LVDT讀值-時間t關係圖……………………………
45
圖 4-26 中原紅土飽和試樣之LVDT讀值-時間t關係圖……… 45
圖 4-27 中原紅土粉末試樣w%=0%
之LVDT讀值-時間t關係圖……………………………
45
圖 4-28 中原紅土粉末試樣w%=5%
之LVDT讀值-時間t關係圖……………………………
46
圖 4-29 中原紅土粉末試樣w%=15%
之LVDT讀值-時間t關係圖……………………………
46
圖 4-30a 1號試樣之壓密曲線……………………………………
（ =20 kPa， =40 kPa）
47

圖 4-30b 1號試樣之孔隙水壓消散曲線…………………………
（ =20 kPa， =40 kPa）
47

圖 4-31a 1號試樣之壓密曲線……………………………………
（ =40 kPa， =80 kPa）
48

圖 4-31b 1號試樣之孔隙水壓消散曲線…………………………
（ =40 kPa， =80 kPa）
48
圖 4-32a 1號試樣之壓密曲線……………………………………
（ =80 kPa， =160 kPa）
49

圖 4-32b 1號試樣之孔隙水壓消散曲線…………………………
（ =80 kPa， =160 kPa）
49

圖 4-33a 1號試樣之壓密曲線……………………………………
（ =160 kPa， =320 kPa）
50

圖 4-33b 1號試樣之孔隙水壓消散曲線…………………………
（ =160 kPa， =320 kPa）
50

圖 4-34a 1號試樣之壓密曲線……………………………………
（ =256 kPa， =576 kPa）
51

圖 4-34b 1號試樣之孔隙水壓消散曲線…………………………
（ =256 kPa， =576 kPa）
51

圖 4-35a 2號試樣之壓密曲線……………………………………
（ =20 kPa， =40 kPa）
52

圖 4-35b 2號試樣之孔隙水壓消散曲線…………………………
（ =20 kPa， =40 kPa）
52

圖 4-36a 2號試樣之壓密曲線……………………………………
（ =40 kPa， =80 kPa）
53

圖 4-36b 2號試樣之孔隙水壓消散曲線…………………………
（ =40 kPa， =80 kPa）
53

圖 4-37a 2號試樣之壓密曲線……………………………………
（ =80 kPa， =160 kPa）
54

圖4-37b 2號試樣之孔隙水壓消散曲線…………………………..
（ =80 kPa， =160 kPa）
54
圖 4-38a 2號試樣之壓密曲線……………………………………
（ =160 kPa， =320 kPa）
55



圖 4-38b 2號試樣之孔隙水壓消散曲線…………………………
（ =160 kPa， =320 kPa）


55

圖 4-39a 2號試樣之壓密曲線……………………………………
（ =256 kPa， =576 kPa）
56

圖 4-39b 2號試樣之孔隙水壓消散曲線…………………………
（ =256 kPa， =576 kPa）
56

圖 4-40a 3號試樣之壓密曲線……………………………………
（ =20 kPa， =40 kPa）
57

圖 4-40b 3號試樣之孔隙水壓消散曲線…………………………
（ =20 kPa， =40 kPa）
57

圖 4-41a 3號試樣之壓密曲線……………………………………
（ =40 kPa， =80 kPa）
58

圖 4-41b 3號試樣之孔隙水壓消散曲線…………………………
（ =40 kPa， =80 kPa）
58

圖 4-42a 3號試樣之壓密曲線……………………………………
（ =80 kPa， =160 kPa）
59

圖 4-42b 3號試樣之孔隙水壓消散曲線…………………………
（ =80 kPa， =160 kPa）
59

圖 4-43a 3號試樣之壓密曲線……………………………………
（ =160 kPa， =320 kPa）
60

圖 4-43b 3號試樣之孔隙水壓消散曲線…………………………
（ =160 kPa， =320 kPa）
60

圖 4-44a 3號試樣之壓密曲線……………………………………
（ =256 kPa， =576 kPa）
61

圖 4-44b 3號試樣之孔隙水壓消散曲線…………………………
（ =256 kPa， =576 kPa）
61

圖 4-45a 4號試樣之壓密曲線……………………………………
（ =20 kPa， =40 kPa）
62

圖 4-45b 4號試樣之孔隙水壓消散曲線…………………………
（ =20 kPa， =40 kPa）
62

圖 4-46a 4號試樣之壓密曲線……………………………………
（ =40 kPa， =80 kPa）
63

圖 4-46b 4號試樣之孔隙水壓消散曲線…………………………
（ =40 kPa， =80 kPa）
63

圖 4-47a 4號試樣之壓密曲線……………………………………
（ =80 kPa， =160 kPa）
64

圖 4-47b 4號試樣之孔隙水壓消散曲線…………………………
（ =80 kPa， =160 kPa）
64

圖 4-48a 4號試樣之壓密曲線……………………………………
（ =160 kPa， =320 kPa）
65

圖 4-48b 4號試樣之孔隙水壓消散曲線…………………………
（ =160 kPa， =320 kPa）
65

圖 4-49a 4號試樣之壓密曲線……………………………………
（ =256 kPa， =576 kPa）
66

圖 4-49b 4號試樣之孔隙水壓消散曲線…………………………
（ =256 kPa， =576 kPa）
66

圖 5-1 石牌T-1試樣之壓縮曲線………………………………... 72
圖 5-2 石牌T-10試樣之壓縮曲線……………………………… 72
圖 5-3 石門淤泥試樣之壓縮曲線……………………………….. 73
圖 5-4 高嶺土試樣之壓縮曲線………………………………….. 73
圖 5-5 高嶺土+5%皂土試樣之壓縮曲線……………………….. 74
圖 5-6 高嶺土+10%皂土試樣之壓縮曲線……………………… 74
圖 5-7 中原紅土試樣之壓縮曲線……………………………….. 75
圖 5-8 石牌T-1試樣之 -壓密應力關係圖……………………
75
圖 5-9 石牌T-10試樣之 -壓密應力關係圖……………………
76
圖 5-10 石門淤泥試樣之 -壓密應力關係圖…………………..
76
圖 5-11 高嶺土試樣之 -壓密應力關係圖……………………..
77
圖 5-12 高嶺土+5%皂土試樣之 -壓密應力關係圖…………..
77
圖 5-13 高嶺土+10%皂土試樣之 -壓密應力關係圖…………
78
圖 5-14 中原紅土試樣之 -壓密應力關係圖…………………..
78
圖 5-15 石牌T-1試樣之 -壓密應力關係圖…………………...
79
圖 5-16 石牌T-10試樣之 -壓密應力關係圖………………….
79
圖 5-17 石門淤泥試樣之 -壓密應力關係圖………………….
80
圖 5-18 高嶺土試樣之 -壓密應力關係圖…………………….
80
圖 5-19 高嶺土+5%皂土試樣之 -壓密應力關係圖…………..
81
圖 5-20 高嶺土+10%皂土試樣之 -壓密應力關係圖…………
81
圖 5-21 中原紅土試樣之 -壓密應力關係圖………………….
82
圖 5-22 石牌T1試樣之 - 關係圖…………………………..
82
圖 5-23 石牌T10試樣之 - 關係圖………………………….
83
圖 5-24 石門淤泥試樣之 - 關係圖…………………………
83
圖 5-25 高嶺土試樣之 - 關係圖……………………………
84
圖 5-26 高嶺土+5%皂土試樣之 - 關係圖…………………
84
圖 5-27 高嶺土+10%皂土試樣之 - 關係圖………………..
85
圖 5-28 中原紅土試樣之 - 關係圖…………………………
85
圖 5-29 飽和試樣之 -液性限度(LL)關係圖…………….
86
圖 5-30 冷凍乾燥試樣之 -液性限度(LL)關係圖……….
86
圖 5-31 粉末試樣之 -液性限度(LL)關係圖w%=0%…...
87
圖 5-32 粉末試樣之 -液性限度(LL)關係圖w%=5%…...
87
圖 5-33 粉末試樣之 -液性限度(LL)關係圖w%=10%….
88
圖 5-34 飽和試樣之 -塑性指數(PI)關係圖……………..
88
圖 5-35 冷凍乾燥試樣之 -塑性指數(PI)關係圖………..
89
圖 5-36 粉末試樣之 -塑性指數(PI)關係圖w%=0%……
89
圖 5-37 粉末試樣之 -塑性指數(PI)關係圖w%=5%……
90
圖 5-38 粉末試樣之 -塑性指數(PI)關係圖w%=10%…..
90
圖 5-39 主要壓密完成之沉陷d與時間t之關係圖…………….
（ =20 kPa， =40 kPa）
91
圖 5-40 主要壓密完成之沉陷d與時間t之關係圖…………….
（ =40 kPa， =80 kPa）
91
圖 5-41 主要壓密完成之沉陷d與時間t之關係圖……………..
（ =80 kPa， =160 kPa）
92
圖 5-42 主要壓密完成之沉陷d與時間t之關係圖……………..
（ =160 kPa， =320 kPa）
92
圖 5-43 主要壓密完成之沉陷d與時間t之關係圖……………..
（ =256 kPa， =576 kPa）
93
圖 5-44 複合土樣之高嶺土之壓縮曲線………………………… 93

參考文獻

1.馮道偉，民國八十一年，"天然軟弱黏土壓縮性之研究"，中興工
程，第36期，第1-7頁。
2.李宜娟，民國九十年，"以分離式單向度壓密宜研究主壓密過程中
之壓縮性參數"，私立中原大學土木工程系碩士論文。
3.李宜娟、馮道偉，民國九十年，"以氣壓式壓密儀及傳統壓密儀測得之粘土壓密性質之比較"，九屆大地工程學術研討會論文，論文編號：A063。
4.曹力夫，民國九十一年，"軟弱黏土主要壓密中之壓縮性參數之研究"，私立中原大學土木工程系碩士論文。
5.馮道偉、李宜娟、曹力夫，民國九十一年，"以串聯之單向度壓密儀測定黏土壓縮性"，中原學報，第33卷第3期，第285-293頁。
6.魏子翔，民國九十四年，"石門水庫淤泥-砂土壓密性質之實驗研究"，私立中原大學土木工程系碩士論文。
7.Berre, T. and Iversen, K. (1972) " Oedometer Tests With Different
Specimen Heights on a Clay Exhibiting Large Secondary
Compression."Geotechnique, No. 22, pp. 53-70.
8.Das, B.M., "Principles of Geotechnical Engineering.",PWS-KENT Publishing Company,Boston.
9.Feng, T. W. (1991), " Compressibility and Permeability of Natural
Soft Clays, and Surcharging to Reduce Settlements." PhD
Dissertation,University of Illinois at Urbana-Champaign, I11.
10.Kang, M. S. and Tsuchida, T. (2000) " Consolidation Characteristics
of Osaka Pleistocene Clay by Separated-Type Consolidometer,"
Proceedings of the 10th International Offshore and Polar Engineering
Conference Seattle, pp. 444-447.
11.Mesri, G. and Choi, Y. K. (1985), " The Uniqueness of the
End-of-Primary（EOP）Void Ratio-Effective Stress Relationship."
Proceedings of 11th ICSMFE, San Francisco, pp. 587-590.
12.Mesri, G., Feng, T. W. and Shahien, M. (1995), "Compressibility
Parameters During Primary Consolidation." Proceedings of the
nternational symposium on compression and consolidation of clayey
soils, Vol (2), pp. 1021-1037.
13.Nagaraj, T., and Murty, B. R. S. (1985) " Prediction of the
Preconsoliation Pressure and Recompression Index of Soils,"
Geotechnical Testing Fournal, Vol. 8, No. 4, pp.199-202.
14.Rendon-Herrero, O. (1980) " Universal Compression Index
Equation," Fournal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE,
Vol. 106, No. GT11, pp.1179-1200.
15.Rendon-Herrero, O. (1983) " Universal Compression Index
Equation," Discussion, Fournal of the Geotechnical Engineering
ASCE, Vol. 109, No. 10, pp.1349.
16.Taylor, D. W. and Merchant, W. (1940), "A theory of Clay
Consolidation Accounting for Secondary Compression." Jour. of
Mathematics and Physics, 19 (3), pp. 167-185.
17.Terzaghi, K. (1925) " Erdbaumechanik auf Bodenphysikalischer
Grundlage, " Deutichke, Vienna.
18.Terzaghi, K., Peck, R. and Mesri, G. (1996) " Soil Mechanics in
Engineering Practice." A Wiley-Interscience publication.