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研究生:曾脩夫
研究生(外文):Hsiu-Fu Tseng
論文名稱:錨版尺寸與水平間距對鬆砂中垂直錨版曳阻力之研究
論文名稱(外文):Effects of Spacing and Size of Vertical Anchor on Resistance Force in Loose Sand
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:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:149
中文關鍵詞:錨版鬆砂間距尺寸
外文關鍵詞:AnchorLoose SandSpacingSize
相關次數:
  • 被引用被引用:3
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本研究以室內模型試驗,探討不同B/h垂直錨版尺寸(4"*4"、4"*8"、4"*12"、4"*16")在不同埋入比H/h下,於鬆砂中水平移動所受土壤阻抗力之行為;另外進行三根4"*4"方形群錨於不同間距比(S/B)下之試驗,分析群錨間距比(S/B)對群錨效應的影響。本研究同時將前人鄭志宏部分試驗數據一倂分析,探討錨版尺寸效應對土壤阻抗力之影響。
分析結果顯示錨版無因次阻抗力Nq值及破壞位移隨著錨版寬高比(B/h)增加而減少,且隨著埋入比(H/h)增加Nq值的差異也愈為明顯。而群錨在不同間距比下,其極限阻抗力隨間距比(S/B)增加而增加,但增加的幅度隨間距比增加而減少,直至間距比達到臨界間距比,錨版間破壞土楔無重疊(overlap)的現象,其阻抗力不再增加,此時錨版群組之每根錨版可獨立視為單根錨版。根據試驗結果顯示,當埋入比為2和3時,其臨界間距比約為2.5~3之間;埋入比為4和5時,其臨界間距比約為3~3.5之間;埋入比為6時,其臨界間距比約大於3.5。
尺寸效應的研究結果發現,錨版尺寸愈小,其無因次阻抗力Nq值愈大,Nq值的差值隨著埋入比增加亦愈為明顯。
本文以修正二維並延伸至三維對數螺旋破壞理論和Murray and Geddes極限分析法之理論解與不同B/h長條形錨版以及群錨的中間錨版與兩邊錨版無因次土壤阻抗力之試驗數據相比較,結果發現試驗值較接近δ= ~ 的對數螺旋理論值與δ= 的Murray and Geddes極限分析理論值。
目錄
摘要 i
目錄ii
表目錄 iv
圖目錄 v

第一章 緒 論 1
1-1 背景 1
1-2 研究目的 1
1-3 研究方法 2
第二章 文 獻 回 顧 5
2-1 垂直錨版 5
2-2 水平錨版 12
2-3 傾斜錨版 15
2-4 臨界埋入比 16
2-5 尺寸效應與形狀因子 18
2-6 群錨效應 19
第三章 試 驗 設 備 介 紹 42
3-1 直接剪力試驗設備 42
3-2 錨版荷重試驗設備 42
3-2-1 試驗模型箱動力設備 43
3-2-2砂土輸送設備 44
3-2-3砂土密度控制及檢驗設備 44
3-2-4錨版材料及尺寸 45
3-2-5數據擷取系統 45
第四章 試 驗 程 序 49
4-1 試驗用砂之基本物理性質 49
4-2 直接剪力試驗進行步驟 49
4-3 錨版荷重試驗進行步驟 50
4-3-1 實驗流程 50
4-3-2 應力量測圓桿的校正(Calibration) 51
4-3-3 砂土之密度控制 51
4-3-4 砂土之密度檢驗 52
第五章 試 驗 結 果 58
5-1 錨版荷重試驗結果 58
5-2 最大阻抗力與破壞位移 58
5-3 錨版埋入比之探討 59
5-4 錨版尺寸對Nq值的影響 60
5-5 間距比對極限阻抗力之影響 60
5-6 錨版阻抗力與位移間之數學關係式 61
第六章 理 論 分 析 106
6-1 對數螺旋破壞理論(Log-spiral failure surface) 106
6-2 Murray and Geddes極限分析之上限解理論 110
6-3 延伸並修正前述二維對數螺旋破壞理論以及Murray and Geddes極限分析以預測正方形錨版的極限阻抗力 112
6-3-1 三維對數螺旋破壞理論(Log-spiral failure surface) 113
6-3-2 三維Murray and Geddes極限分析之上限解理論 117
6-4 理論預測與實驗量測值之比較與分析 119
第七章 結 論 與 建 議 141
7-1 結論 141
7-2 建議 143
參 考 文 獻 144

表目錄
表4-1 試驗用大肚溪河砂基本性質表 53
表4-2 砂土相對密度及描述表[22] 54
表4-3 試驗用砂土與錨版間的摩擦角 54
表5-1 單根錨版在鬆砂中荷重試驗項目及結果表 64
表5-2 三根4"*4"錨版並排在鬆砂中荷重試驗項目及結果表(中間錨版) 65
表5-3 三根4"*4"錨版並排在鬆砂中荷重試驗項目及結果表(兩邊錨版平均值) 66
表5-4 單根錨版阻抗力與位移正規化後的參數值 67
表5-5 三根錨版阻抗力與位移正規化後的參數值 68
表6-1 對數螺旋破壞理論 121
表6-2 Murray and Geddes極限分析破壞理論 122
表6-3 三根錨版實驗值與理論值之比較 123

圖目錄
圖1-1 錨版用於版樁之示意圖 4
圖1-2 錨版幾何定義圖 4
圖2-1 Dickin and Leung破壞機制圖 [11] 22
圖2-2 Ovesen and Stromann基本情況-在砂土中連續之垂直錨版 [34] 23
圖2-3 (a) Ka之變化(針對δ=ψ時) 24
圖2-3 (b)根據Ovesen and Stromann之分析Kpcosδ與Kpsinδ之變化 [34] 24
圖2-4 條狀情況時之垂直錨版 [34] 25
圖2-5 (a)實際情況中錨版之排列26
圖2-5 (b)Ovesen and Stromann之分析,(Be-B)/(H+h)與(S''-B)/(H+h)之變化 [34] 26
圖2-6 Surcharge method [32] 27
圖2-7 Equivalent free surface method [32] 27
圖2-8 採用Surcharge method之Mrq與H/h關係圖 [32] 28
圖2-9 Equivalent free surface method之Mrq與H/h關係圖 [32] 28
圖2-10 Kb與ψ之關係圖 [27] 29
圖2-11 極限分析破壞機制 [28] 30
圖2-12 Rao and Kumar 水平錨版破壞機制 [35] 30
圖2-13 Ghaly and Hanna之淺層破壞機制 [15] 31
圖2-14 Ghaly and Hanna之深層破壞機制圖 [15] 32
圖2-15 極限分析-下限法之破壞機制 [29] 33
圖2-16 極限分析-上限法之破壞機制(一) [29] 34
圖2-17 極限分析-上限法之破壞機制(二) [29] 35
圖2-18 臨界埋入比之定義 36
圖2-19 Biarez,Boucraut and Negre深層破壞機制 [3] 36
圖2-20 Wang and Wu 深層破壞機制圖 [45] 37
圖2-21 地下工程遭遇的尺寸效應問題[18] 38
圖2-22 錨版在不同埋入比與形狀因子關係圖 [50] 39
圖2-23 線狀排列水平錨版效率圖[17] 40
圖2-24 影子效應與邊樁效應 41
圖3-1 錨版荷重試驗模型箱動力設備 46
圖3-2 砂土輸送設備 47
圖3-3 密度檢驗筒 47
圖3-4 錨版材料及尺寸 48
圖3-5 室內模型試驗之錨版裝置圖 48
圖4-1 試驗用大肚溪河粒徑分佈曲線圖 55
圖4-2 錨版荷重實驗流程圖 56
圖4-3 砂土密度與降落高度關係圖 57
圖5-1(a) 4"*4"單根錨版在鬆砂中之位移-阻抗力關係圖 69
圖5-1(b) 4"*8"單根錨版在鬆砂中之位移-阻抗力關係圖 69
圖5-1(c) 4"*12"單根錨版在鬆砂中之位移-阻抗力關係圖 70
圖5-1(d) 4"*16"單根錨版在鬆砂中之位移-阻抗力關係圖 70
圖5-2(a) 4"*4"三根錨版在間距比0.5中之位移-阻抗力關係圖 (中間錨版) 71
圖5-2(b) 4"*4"三根錨版在間距比0.5中之位移-阻抗力關係圖 (兩邊錨版平均值) 71
圖5-2(c) 4"*4"三根錨版在間距比1中之位移-阻抗力關係圖 (中間錨版) 72
圖5-2(d) 4"*4"三根錨版在間距比1中之位移-阻抗力關係圖 (兩邊錨版平均值) 72
圖5-2(e) 4"*4"三根錨版在間距比1.5中之位移-阻抗力關係圖 (中間錨版) 73
圖5-2(f) 4"*4"三根錨版在間距比1.5中之位移-阻抗力關係圖 (兩邊錨版平均值) 73
圖5-2(g) 4"*4"三根錨版在間距比2中之位移-阻抗力關係圖 (中間錨版) 74
圖5-2(h) 4"*4"三根錨版在間距比2中之位移-阻抗力關係圖 (兩邊錨版平均值) 74
圖5-2(i) 4"*4"三根錨版在間距比2.5中之位移-阻抗力關係圖 (中間錨版) 75
圖5-2(j) 4"*4"三根錨版在間距比2.5中之位移-阻抗力關係圖 (兩邊錨版平均值) 75
圖5-2(k) 4"*4"三根錨版在間距比3中之位移-阻抗力關係圖 (中間錨版) 76
圖5-2(l) 4"*4"三根錨版在間距比3中之位移-阻抗力關係圖 (兩邊錨版平均值) 76
圖5-2(m) 4"*4"三根錨版在間距比3.5中之位移-阻抗力關係圖 (中間錨版) 77
圖5-2(n) 4"*4"三根錨版在間距比3.5中之位移-阻抗力關係圖 (兩邊錨版平均值) 77
圖5-3單根錨版Nq值與埋入比之關係 78
圖5-4(a) 三根錨版Nq值與埋入比之關係(間距比0.5) 78
圖5-4(b) 三根錨版Nq值與埋入比之關係(間距比1) 79
圖5-4(c) 三根錨版Nq值與埋入比之關係(間距比1.5) 79
圖5-4(d) 三根錨版Nq值與埋入比之關係(間距比2) 80
圖5-4(e) 三根錨版Nq值與埋入比之關係(間距比2.5) 80
圖5-4(f) 三根錨版Nq值與埋入比之關係(間距比3) 81
圖5-4(g) 三根錨版Nq值與埋入比之關係(間距比3.5) 81
圖5-5長條錨版Nq值與埋入比之關係 82
圖5-6 Ovesen and Stromann[34]之光滑錨版 理論預測關係圖 82
圖5-7(a) Nq與埋入比之關係(間距比0.5) 83
圖5-7(b) Nq與埋入比之關係(間距比1) 83
圖5-7(c) Nq與埋入比之關係(間距比1.5) 84
圖5-7(d) Nq與埋入比之關係(間距比2) 84
圖5-7(e) Nq與埋入比之關係(間距比2.5) 85
圖5-7(f) Nq與埋入比之關係(間距比3) 85
圖5-7(g) Nq與埋入比之關係(間距比3.5) 86
圖5-8 (a) 雙曲線之應力-應變關係[Kondner,1963] 87
圖5-8 (c) 本試驗正規化阻抗力與位移雙曲線圖 87
圖5-8(b)(d) 座標轉換後之關係圖 87
圖5-9(a) 長寬比為1之正規化阻抗力與位移圖 88
圖5-9(b) 座標轉化後正規化之阻抗力與位移圖 88
圖5-10(a) 長寬比為2之正規化阻抗力與位移圖 89
圖5.10(b) 座標轉化後正規化之阻抗力與位移圖 89
圖5-11(a) 長寬比為3之正規化阻抗力與位移圖 90
圖5-11(b) 座標轉化後正規化之阻抗力與位移圖 90
圖5-12(a) 長寬比為4之正規化阻抗力與位移圖 91
圖5-12(b) 座標轉化後正規化之阻抗力與位移圖 91
圖5-13(a) 間距比為0.5之正規化阻抗力與位移圖 (中間錨版) 92
圖5-13(b) 座標轉化後正規化之阻抗力與位移圖 (中間錨版) 92
圖5-14(a) 間距比為0.5之正規化阻抗力與位移圖 (兩邊錨版) 93
圖5-14(b) 座標轉化後正規化之阻抗力與位移圖 (兩邊錨版) 93
圖5-15(a) 間距比為1之正規化阻抗力與位移圖 (中間錨版) 94
圖5-15(b) 座標轉化後正規化之阻抗力與位移圖 (中間錨版) 94
圖5-16(a) 間距比為1之正規化阻抗力與位移圖 (兩邊錨版) 95
圖5-16(b) 座標轉化後正規化之阻抗力與位移圖 (兩邊錨版) 95
圖5-17(a) 間距比為1.5之正規化阻抗力與位移圖 (中間錨版) 96
圖5-17(b) 座標轉化後正規化之阻抗力與位移圖 (中間錨版) 96
圖5-18(a) 間距比為1.5之正規化阻抗力與位移圖 (兩邊錨版) 97
圖5-18(b) 座標轉化後正規化之阻抗力與位移圖 (兩邊錨版) 97
圖5-19(a) 間距比為2之正規化阻抗力與位移圖 (中間錨版) 98
圖5-19(b) 座標轉化後正規化之阻抗力與位移圖 (中間錨版) 98
圖5-20(a) 間距比為2之正規化阻抗力與位移圖 (兩邊錨版) 99
圖5-20(b) 座標轉化後正規化之阻抗力與位移圖 (兩邊錨版) 99
圖5-21(a) 間距比為2.5之正規化阻抗力與位移圖 (中間錨版) 100
圖5-21(b) 座標轉化後正規化之阻抗力與位移圖 (中間錨版) 100
圖5-22(a) 間距比為2.5之正規化阻抗力與位移圖 (兩邊錨版) 101
圖5-22(b) 座標轉化後正規化之阻抗力與位移圖 (兩邊錨版) 101
圖5-23(a) 間距比為3之正規化阻抗力與位移圖 (中間錨版) 102
圖5-23(b) 座標轉化後正規化之阻抗力與位移圖 (中間錨版) 102
圖5-24(a) 間距比為3之正規化阻抗力與位移圖 (兩邊錨版) 103
圖5-24(b) 座標轉化後正規化之阻抗力與位移圖 (兩邊錨版) 103
圖5-25(a) 間距比為3.5之正規化阻抗力與位移圖 (中間錨版) 104
圖5-25(b) 座標轉化後正規化之阻抗力與位移圖 (中間錨版) 104
圖5-26(a) 間距比為3.5之正規化阻抗力與位移圖 (兩邊錨版) 105
圖5-26(b) 座標轉化後正規化之阻抗力與位移圖 (兩邊錨版) 105
圖6-1對數螺旋線破壞面示意圖 126
圖6-2(a)、(b)、(c)、(d)破壞機構自由體圖 127
圖6-3(a) 極限分析示意圖 128
圖6-3(b)、(c) 極限分析示意圖 129
圖6-4三維對數螺旋破壞土楔示意圖 130
圖6-5(a)、(b)、(c)、(d)破壞機構自由體圖 131
圖6-6 三維對數螺旋破壞土楔重疊示意圖 132
圖6-7 三維Murray and Geddes極限分析土楔示意圖 133
圖6-8 三維Murray and Geddes極限分析土楔重疊示意圖 134
圖6-9(a) 寬高比(B/h)1時,理論值與實驗值之比較圖 135
圖6-9(b) 寬高比(B/h)2時,理論值與實驗值之比較圖 135
圖6-9(c) 寬高比(B/h)3時,理論值與實驗值之比較圖 136
圖6-9(d) 寬高比(B/h)4時,理論值與實驗值之比較圖 136
圖6-10(a) 間距比(S/B)3時,理論值與實驗值之比較圖(中間錨版) 137
圖6-10(b) 間距比(S/B)3時,理論值與實驗值之比較圖(兩邊錨版) 137
圖6-10(c) 間距比(S/B)3時,理論值與實驗值之比較圖(三根錨版) 138
圖6-11(a) 埋入比2時,整體效率與間距比之比較關係圖 138
圖6-11(b) 埋入比3時,整體效率與間距比之比較關係圖 139
圖6-11(c) 埋入比4時,整體效率與間距比之比較關係圖 139
圖6-11(d) 埋入比5時,整體效率與間距比之比較關係圖 140
圖6-11(e) 埋入比6時,整體效率與間距比之比較關係圖 140
[1]Akinmusuru, J. O., “Horizontally Loaded Vertical Plate Anchor in Sand,” Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 104, No. 2, 1978, pp. 283-286.
[2]Audibert, J. M. E. and Nyman, K. J., “Soil Restraint against Horizontal Motion of Pipes,” Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 103, No. 10, 1977, pp. 1119-1142.
[3]Biarez, I., Boucraut, L. M. and Negre, R., “Limiting Equilibrium of Vertical Barriers Subjected to Translation and Rotation Forces,” Proceedings of the Sixth International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Montreal, Canada, No. 2, 1965, pp. 386-372.
[4]Chen, S. C. and Su, J. J., “A Method for Passive Pressure Earth Computation on Sands,” Proceedings of the Eighth International Conference on Methods and Adv. in Geomechanics, Siriwardane and Zamam. Eds., Vol. 3, Balkema, Rotterdam, The Netherlands, 1994, pp. 2441-2445.
[5]Caquot, A. and Kerisel, L., Traite De Macanique Des Sols. Gauthier- Villars, Paris, France, 1949.
[6]Dan, A. B., Clark, M., and Lymon, C. R., “Lateral Load Behavior of Pile Group in Sand,” Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 114, No. 11, 1988, pp. 1261-1276.
[7]Das, B.M., “Pullout Resistance of Vertical Anchor,” Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 101, No. 1, 1975, pp. 87-91.
[8]Das, B. M. and Seeley, G. R., “Load-Displacement Relationship for Vertical Anchor Plates,” Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 101, No. 7, 1975, pp. 711-715.
[9]Das, B.M., Seeley, G.R., and Das, S.C., “Breakout Resistance of Shallow Horizontal Anchors,” Journal of Geotechnical Engineering Division, Vol. 101, No. GT9, 1975, pp. 999-1003.
[10]Das, B.M., Seeley, G.R., and Das, S.C., “Ultimate Resistance of Deep Vertical Anchor in Sand,” Soils and Foundations, Vol. 17, No. 2, 1977, pp. 52-56.
[11]Dickin, E. A. and Leung, C. F., ”Evaluation of Design Methods for Vertical Anchor Plates,” Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 111, No. 4, 1985, pp. 500-520.
[12]Dickin, E. A., “Uplift Behavior of Horizontal Anchor Plates in Sand,” Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 114, No. 11, 1988, pp. 1300-1317.
[13]Duncan, J. M. and Mokwa, R. L., “Passive Earth Pressures: Theories and Tests,” Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE, Vol. 127, No. 3, 2001, pp. 248-257.
[14]Gabr, M. A. and Borden, A. H., “Lateral Analyses of Piers Constructed on Slopes,” Journal of Geotechnical Engineering, Vol. 116, No. 12, 1990, pp. 1831-1849.
[15]Ghaly, A. and Hanna, A., “Ultimate Pullout Resistance of Single Vertical Anchors,” Canadian Geotechnical Journal, Vol. 31, No. 5, 1994, pp. 661-672.
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[23]Meyerhof, G. G., “The Ultimate Bearing Capacity of Foundations,” Geotechnique, No. 2, 1951, pp. 301-332.
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[25]Meyerhof, G. G. and Adams, J. L., “The Ultimate Uplift Capacity of Foundations,” Canadian Geotechnical Journal, Vol. 5, No. 4, 1968, pp. 225-244.
[26]Meyerhof, G. G., “Some Recent Research on the Bearing Capacity of Foundations,” Canadian Geotechnical Journal, Vol. 1, No. 1, 1968, pp. 16-26.
[27]Meyerhof, G. G., “Uplift Resistance of Inclined Anchors and Piles,” Proceedings of the Eighth International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Moscow, USSR, No. 2.1, 1973, pp. 167-172.
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