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研究生:劉鐙蔚
研究生(外文):Deng-Wei Liu
論文名稱:擋土牆後排水管之排水機制探討
論文名稱(外文):Study of the Drainage Mechanism of Drain Pipes Behind Retaining Wall
指導教授:陳志南陳志南引用關係
指導教授(外文):Chee-Nan Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:營建工程系
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:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:115
中文關鍵詞:排水管排水機制特徵等壓曲面
外文關鍵詞:drain pipemechanisms of drainagecharacterized equalized surface
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防範山坡地或道路崩坍的工程措施中,設置擋土牆和埋設排水管是目前最常使用之方式。通常擋土牆之設計是不考慮水壓力作用,因此排水管如何有效配置及發揮排水功能,是確保擋土牆安全之重要手段,因此本研究之目標即是針對擋土牆背後排水管之排水機制作一深入探討,利用三維程式FEMWATER來模擬及分析擋土牆背面排水管之排水行為,於影響排水之重要因子包含土壤滲透性、排水管管徑、長度、地下水位面下之埋設深度等,予以組合分析。研究發現有一圍繞於水平排水管週圍即牆後土體中的等水壓面存在,並將之稱為特徵排水曲面。此一排水特徵曲面其形狀近似竹筍狀,可以作為反映排水機制的良好標的,而擋土牆後多根排水管於不同間距配置下之特徵壓力曲面也予延伸探討。
Using retaining wall and drain pipe system is very common for increasing slope stability. In general water pressure is excluded from retaining wall loading. Therefore how to dispose the drainage system and drain effectively become very important issues to assure the safety of retaining wall. The aim of this research is tried to find the mechanisms of drainage by using a numerical program FEMWATER. The three-dimensional pore water pressure distribution through the soil mass with retaining wall and drain pipe system analyzed. The analyses are based on the combination of important influential factors including the permeability of soil, size, length and depth below the groundwater table of the drain pipe. A equalized water pressure contour surrounding the horizontal drain pipe and whole soil mass was found and named characterized pressure surface. The characterized equalized pressure surface forms a shape of the bamboo shoot and seems to be a very good objective to reflect the drain mechanisms. The characterized equalized pressure surface of multiple drain pipes behind the retaining wall are also analyzed.
論 文 摘 要 I
ABSTRCT II
誌 謝 III
目錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 VIII
符號索引 XI
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 2
1.3 研究方法 3
1.4 本文架構 6
第二章 文獻回顧 7
2.1 擋土牆之排水設施型式 7
2.2 常見排水材料之比較 10
2.3 排水設計之理論與數值解析 11
2.3.1 Hooghoudt排水理論 12
2.3.2 排水設計之數值解析 13
2.3.3 排水材料設計及配置相關研究 14
2.4 砂箱試驗與數值分析之對比驗證 18
第三章 理論背景與分析工具 29
3.1 GMS系統及FEMWATER模式介紹 29
3.1.1 GMS系統介紹 29
3.1.2 FEMWATER模式介紹 31
3.2 三維地下水運動方程式 32
3.3 FEMWATER模式之地下水流控制方程式 39
3.4 數值分析解法 41
3.4.1 葛爾金(Galerkin)有限元素法處理空間離散 41
3.5 土壤模式特性定義 43
3.6 初始條件和邊界條件 45
3.6.1 初始條件 45
3.6.2 邊界條件 45
3.7 FEMWATER程式注意事項 49
第四章 單支水平排水管數值模式建立與分析探討 57
4.1 水平單支排水管之三維排水機制探討 58
4.1.1水平單支排水管之三維數值模式建置 58
4.1.2水平單支排水管之三維模擬區域設置 59
4.1.3水平單支排水管之三維網格劃分與模型建置 60
4.1.4水平單支排水管數值模擬之相關輸入參數設定 61
4.2 初始情況與邊界條件設定 62
4.3 水平單支排水管之水壓分佈與特徵排水曲面 63
4.3.1特徵排水曲面 63
4.3.2 特徵等壓曲面之量化評估模式 68
4.3.3 特徵排水曲面內部土體之水壓分佈細化評估 70
4.4 水平單支排水管之排水降壓效能之影響因子 74
4.4.1 土壤滲透係數Ks與排水管滲透性Kd(集水能力) 78
4.4.2 地下水位Dw不同對水平單支排水管之排水影響 83
4.4.3 水平單支排水管之排水管之管長及其有效範圍 85
第五章 多支排水管數值分析與探討 97
5.1 水平兩支排水管之三維排水分析與探討 97
5.2 水平三支排水管之三維排水分析與探討 99
5.3 水平五支排水管之三維排水分析與探討 101
5.4 垂直兩支排水管之三維排水分析與探討 104
第六章 結論與建議 107
6.1 結論 107
6.2 建議 110
參考文獻 111
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