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研究生:陳宛婷
研究生(外文):Chen,Wan-Ting
論文名稱:不飽和土壤之直接剪力行為
論文名稱(外文):The Direct Shearing Behavior of Unsaturated Soils
指導教授:蘇世豐蘇世豐引用關係
指導教授(外文):Su,Shi-Fon
學位類別:碩士
校院名稱:東南技術學院
系所名稱: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:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:97
中文關鍵詞:不飽和土壤直接剪力試驗飽和度
外文關鍵詞:unsaturated soildirect shear testdegree of saturation.
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本實驗研究係以直接剪力儀取代傳統的三軸試驗儀,針對不同飽和度之土壤進行一連串試驗,針對不同飽和度的土壤試體,在不同載重條件下進行剪力試驗,並探討各種不飽和度試體間相互作用關係,求得不飽和土壤之剪力強度參數,和飽和土壤之剪力強度參數作比較,探討土壤從飽和狀態到不飽和狀態之力學行為。
一般來講有關力學試驗上之土壤飽和度控制方式,一般皆採用氣壓-反水壓系統來管理試體飽和度,同時兼作為量測空隙氣壓與水壓(或基質吸力)之用,但本研究基於低經濟成本考慮,乃採用烘箱恆溫烘乾方式,來使得試體之含水量達到預期狀態,隨後再執行直接剪力試驗,以求取土壤在不飽和狀態下之剪力強度參數。
經由試驗結果顯示:當飽和度於79.53~88.41%, u約=56゚,Cu約=27KPa,當飽和度於75.33~77.94%, u約=57゚,Cu約=15KPa。



關鍵字:不飽和土壤、直接剪力試驗、飽和度
This research uses conventional direct shear apparatus for proceeding direct shear test of unsaturated soil and for determining the relation between the degree of saturation and the shear strength. The shear strength parameters comparison between unsaturated soil and saturated soil can understand the shear behavior to relate to saturated state of soil.
In general, conventional triaxial and direct shear apparatuses require modifications prior to their use for unsaturated soils. The modifications must accommodate the independent measurement or control of the pore-air and pore-water pressures. Air pressure and back-water pressure systems can control the degree of saturation and measure matric suction of unsaturated soils. Limited expenses cause not to modify apparatuses in this research, but this research still uses constant temperature oven to control water content of soil up to anticipant conditions. Then the sample of unsaturated soil is proceeded direct shear tests.
The results obtained in this study show that angle of undrained friction is equal to 56゚and the undrained cohesion is equal to 27KPa when the degree of saturation is ranging between in 79.5 to 88.4. In addition, the angle of undrained
friction is equal to 57゚and the undrained cohesion is equal to 15KPa when the degree of saturation is ranging between in 75.3 to 77.9.
Keywords:unsaturated soil, direct shear test, degree of saturation.
中文摘要………………………………………………………………………i
英文摘要………………………………………………………………………ii
誌謝…………………………………………………………………………iii
目錄……………………………………………………………………………iv
表目錄…………………………………………………………………………v
圖目錄…………………………………………………………………………vi

第一章 緒論……………………………………………………………………1
1.1研究動機與目的 ……………………………………………………1
1.2研究方法與內容 ……………………………………………………1
第二章 文獻回顧……………………………………………………………3
2.1不飽和土壤的組成……………………………………………………3
2.2不飽和土壤的力學行為………………………………………………6
2.3不飽和土壤之應力狀態………………………………………………8
2.4不飽和土壤的剪力強度定理……………………………………10
2.5國內不飽和土壤之相關研究……………………………………13
第三章 飽和土壤之剪力行為…………………………………………28
3.1研究範圍………………………………………………………………28
3.2土壤物理性質試驗……………………………………………………28
3.3土樣重模壓密程序及取樣……………………………………………29
3.4試體裁切、上試體及試體飽和程序…………………………………31
3.5試體壓密程序…………………………………………………………34
3.6直接剪力試驗…………………………………………………………35
3.7飽和土壤之直接剪力試驗結果………………………………………3 6
第四章 不飽和土壤之剪力行為 ………………………………………44
4.1研究方法………………………………………………………44
4.2 試驗試體之飽和度控制………………………………………44
4.3 試體含水量均勻程度檢測……………………………………46
4.4不飽和土壤之直接剪力試驗…………………………………50
4. 5不飽和土壤之直接剪力試驗結果……………………………………51
第五章結論與建議……………………………………………………86
5.1 結論……………………………………………………………86
5.2 建議……………………………………………………………86
參考文獻…………………………………………………………………87
簡歷………………………………………………………………………90



















圖 目 錄

圖1.1研究流程圖……………………………………………………………2
圖2.1不飽和土壤之組成示意圖……………………………………………3
圖2.2土壤中空氣存在四種狀態………………………………………………6
圖2.3土壤中可能存在之飽和態………………………………………………8
圖2.4 三維抗剪破壞圖………………………………………………………11
圖2.5 b和基質吸力的關係圖………………………………………………12圖2.6非線性破壞包絡圖……………………………………………………13
圖2.7 不飽和三軸試驗用底座示意圖………………………………………14
圖2.8 不飽和三軸上蓋板示意圖……………………………………………15
圖2.9 改良式單向度壓密滲透儀……………………………………………16
圖2.10 三和溪土樣於不飽和三軸試驗中之破壞包絡線…………………17
圖2.11 壓力鍋之構造圖……………………………………………………20
圖2.12 土壤水份特性試驗結果圖…………………………………………20
圖2.13 濾紙法測定基質吸力示意圖………………………………………21
圖2.14鹽溶液試驗設置圖……………………………………………………21
圖2.15 桃園紅土不同夯實度與土壤吸力關係……………………………23
圖2.16 北二高竹南段路基土壤不同夯實度與土壤吸力關係 ……………23
圖2.17夯實紅土之土壤吸力與含水量關係………………………………25
圖2.18 夯實泥岩土壤之土壤吸力與含水量關係…………………………25
圖2.19 動力三軸儀器組合設備示意圖……………………………………27
圖3.1 內側襯有不織布之重模壓密儀………………………………………30
圖3.2 進行重模壓密…………………………………………………………30
圖3.3 將裁切完成的試體放置於防潮箱中保存……………………………31
圖3.4 修裁裁土環內的試體…………………………………………………32
圖3.5 剪力盒分解圖…………………………………………………………32
圖3.6 直接剪力儀……………………………………………………………33
圖3.7 在剪力盒四周加水以達飽和狀態……………………………………33
圖3.8 壓密正向位移-時間關係圖…………………………………………34
圖3.9不壓密佈排水(c=20kPa)之應力-應變圖………………………38
圖3.10不壓密不排水試驗(c=20kPa)之剪應力-正向應力圖…………38
圖3.11不壓密不排水試驗(c=40kPa)之應力-應變圖…………………40
圖3.12不壓密不排水試驗(c=40kPa)之剪應力-正向應力圖…………40
圖3.13不壓密不排水試驗(c=60kPa)之應力-應變圖…………………42
圖3.14不壓密不排水試驗(c=60kPa)之剪應力-正向應力圖…………42
圖3.15不壓密不排水試驗總圖………………………………………………43
圖4.1 烘乾時間-飽和度關係圖……………………………………………46
圖4.2 試體分割圖1…………………………………………………………47
圖4.3 試體分割圖2…………………………………………………………48
圖4.4 試體分割圖3…………………………………………………………48
圖4.5不飽和土壤之直接剪力試驗…………………………………………52
圖4.6不飽和土壤之直接剪力試驗結束後之破壞試體……………………53
圖4.7飽和度80%不壓密不排水試驗(c=20kPa)之應力-應變圖.....55
圖4.8 飽和度80%不壓密不排水試驗(c=20kPa)之剪應力-正向應力圖………………………………………………………………………………55
圖4.9飽和度80%不壓密不排水試驗(c=20kPa)之Sr圖………………56
圖4.10飽和度80%不壓密不排水試驗(c=20kPa)之e圖………………56
圖4.11飽和度80%不壓密不排水試驗(c=40kPa)之應力-應變圖………………………………………………………………………………58

圖4.12 飽和度80%不壓密不排水試驗(c=40kPa)之剪應力-正向應力圖………………………………………………………………………………58
圖4.13飽和度80%不壓密不排水試驗(c=40kPa)之Sr圖 ……………59
圖4.14飽和度80%不壓密不排水試驗(c=20kPa)之e圖………………59
圖4.15飽和度80%不壓密不排水試驗(c=60kPa)之應力-應力圖………………………………………………………………………………61
圖4.16飽和度80%不壓密不排水試驗(c=60kPa)之剪應力-正向應力圖………………………………………………………………………………61
圖4.17飽和度80%不壓密不排水試驗(c=40kPa)之Sr圖……………62
圖4.18飽和度80%不壓密不排水試驗(c=40kPa)之e圖……………62
圖4.19飽和度75%不壓密不排水試驗(c=20kPa)之應力-應力圖……65
圖4.20飽和度75%不壓密不排水試驗(c =20kPa)之剪應力-正向應力……………………………………………………………………………65
圖4.21飽和度75%不壓密不排水試驗(c=20kPa)Sr之圖……………66
圖4.22飽和度75%不壓密不排水試驗(c=20kPa)之e圖……………66
圖4.23飽和度75%不壓密不排水試驗(c=40kPa)應力-應變之圖……68
圖4.24飽和度75%不壓密不排水試驗(c=40kPa)之剪應力-正向應力圖………………………………………………………………………………68
圖4.25飽和度75%不壓密不排水試驗(c=40kPa)之Sr圖……………69
圖4.26飽和度75%不壓密不排水試驗(c=40kPa)之e圖………………69
圖4.27飽和度75%不壓密不排水試驗(c=60kPa)之應力-應變圖……71
圖4.28飽和度75%不壓密不排水試驗(c=60kPa)之剪應力-正向應力圖………………………………………………………………………………71
圖4.29飽和度75%不壓密不排水試驗(c=60kPa)之Sr圖……………72
圖4.30飽和度75%不壓密不排水試驗(c=60kPa)之e圖………………72
圖4.31飽和度70%不壓密不排水試驗(c=20kPa)之應力-應變圖………………………………………………………………………………75
圖4.32飽和度70%不壓密不排水試驗(c=60kPa)之剪應力-正向應力圖………………………………………………………………………………75
圖4.33飽和度70%不壓密不排水試驗(c=60kPa)之Sr圖……………76
圖4.34飽和度70%不壓密不排水試驗(c=60kPa)之e圖………………76
圖4.35飽和度70%不壓密不排水試驗(c=40kPa)之應力-應變圖……78
圖4.36飽和度70%不壓密不排水試驗(c=40kPa)之剪應力-正向應力圖………………………………………………………………………………78
圖4.37飽和度70%不壓密不排水試驗(c=40kPa)之Sr圖……………79
圖4.38飽和度70%不壓密不排水試驗(c=40kPa)之e圖………………79
圖4.39飽和度70%不壓密不排水試驗(c=60kPa)之應力-應變圖……81
圖4.40飽和度70%不壓密不排水試驗(c=60kPa)之剪應力-正向應圖………………………………………………………………………………81
圖4.41飽和度70%不壓密不排水試驗(c=60kPa)之Sr圖……………82
圖4.42飽和度70%不壓密不排水試驗(c=60kPa)之e圖………………82
圖4.43飽和度介於79%~88%之間的破壞包絡線……………………………84
圖4.44飽和度介於75%~77%之間的破壞包絡線……………………………84
圖4.45飽和度介於68%~73%之間的破壞包絡線……………………………85
圖4.46不排水凝聚力-飽和度關係圖………………………………………85




表目錄

表3.1土壤物理性質試驗結果及其分類表…………………………………28
表3.2 不壓密不排水試驗(c=20kPa)之數據表…………………………37
表3.3不壓密不排水試驗(c=40kPa)之數據表…………………………39
表3.4 不壓密不排水試驗(c=60kPa)之數據表…………………………41
表3.5飽和不壓密不排水試驗之Cu、 u值…………………………………43
表4.1試體飽和度控制試驗結果……………………………………………45
表4.2試體含水量均勻程度檢測結果………………………………………49
表4.3飽和度80%不壓密不排水(c=20kPa)之數據表……………………54
表4.4飽和度80%不壓密不排水(c=40kPa)之數據表……………………57
表4.5飽和度80%不壓密不排水(c=60kPa)之數據表……………………60
表4.6不飽和(80%)不壓密不排水試驗之Cu、 u值…………………………63
表4.7飽和度75%不壓密不排水試驗(c=20kPa)之數據表………………64
表4.8飽和度75%不壓密不排水試驗(c=40kPa)之數據表………………67
表4.9飽和度75%不壓密不排水試驗(c=60kPa)之數據表………………70
表4.10不飽和(75%)不壓密不排水試驗之Cu、 u值…………………………73
表4.11飽和度70%不壓密不排水試驗(c=20kPa)之數據表………………74
表4.12飽和度70%不壓密不排水試驗(c =40kPa)之數據表………………77
表4.13飽和度70%不壓密不排水試驗(c =60kPa)之數據表………………80
表4.14不飽和(70%)不壓密不排水試驗之Cu、 u值………………………83
表4.15破壞飽和度綜合整理…………………………………………………83
表4.16不同飽和度之強度參數結果…………………………………………83
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