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研究生:林俊儀
研究生(外文):LIN CHUN YI
論文名稱:以數值方法分析樁-筏基礎之壓密沉陷行為
論文名稱(外文):Settlement Analysis of Piled-RaftFoundation using Numerical Method
指導教授:劉文宗
學位類別:碩士
校院名稱:高苑科技大學
系所名稱:土木工程研究所
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:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:98
中文關鍵詞:有限元素法壓密沉陷二次壓縮沉陷參數敏感度樁-筏基礎
外文關鍵詞:Finite Element Method、Compaction Subsidence、Secondary
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根據研究顯示台灣西南部部分區域的土壤具有較高的壓縮性,致使工程興建完成後仍持續進行壓密沉陷,如嘉義布袋港、麥寮台塑六輕廠等,因此如何於設計階段就考量壓密沉陷對結構物的影響就成了一個重要的課題。
本研究針對國道三號竹田系統交流道橋墩沉陷為案例,配合現場監測資料,利用有限元素法「Plaxis8.2」進行施工順序、地下水位變化、地盤改良等對樁-筏基礎的壓密沉陷行為作一探討,並進行後期沉陷預測。經由分析結果顯示:
(1)利用土壤鑽探資料所估得之土壤材料參數,並以此作為建立土壤壓密沉陷的模式,其沉陷量的計算值與監測值大致吻合;
(2)利用所建立的土壤壓密模式模擬基樁與路堤不同的工序,先完成路堤後再施作橋墩及先做橋墩後完成路堤兩者工序後期的沉陷相差9.5公分,有此可知路堤的預壓密將可減少橋墩的沉陷;
(3) 模擬連續豪雨造成地下水位上升1 m 時橋墩會有微升0.1cm 的現象,但當地下水位回降至原來平常水位後將導致橋墩下陷1.2 cm;
(4)地盤改良對橋墩沉陷僅在初期發揮效果,但隨著時間的增加成效則相對的遞減,其安全性增益不大;
(5)經由橋墩沉陷歷時曲線可發現該橋墩經過1,785 天之後才壓密完成,顯示該地區於工程設計時應特別考慮壓密沉陷問題,本研究預測8 年後(2117 年4 月)的累積沉陷量共為2.1 cm,經判斷該區域應已完成壓密。
According to the studying, the soil in some areas of the southwest Taiwan gets higher compression. The finished new-built constructions still continue in the consolidation settlement condition, such as Budai in Chiayi and Formosa Plastics sixth naphtha cracker plant in Mailiao. That considerations of consolidation settlement affect the building structures in the design stage becomes an important issue.
The study is aimed about the sinking pier case at C386 intersection system of Freeway NO.3. Based on monitoring data, using finite element method 「Plaxis8.2」 to do the research about construction procedure, water table change and soil improvement. These conditions affect the consolidation settlement of piled-raft foundation and settlement prediction in the future.
Analytic results are shown as follows:
(1)The soil consolidation settlement model is built by the stimated soil parameters using the data of soil exploration. The calculation value of settlement and the measured value almost match.
( 2 ) Utilizing the soil consolidation settlement model to simulate the constructing procedure of the pile and the embankment, the difference in the settlement between the embankment and pier finished first is 9.5 cm. Therefore the consolidation settlement in case of the embankment finished first can reduce sinking value at the pier.
(3)Simulation of continuous heavy rain causes the 1 m rise of water table. Then the pier will heave slightly about 0.1cm. The pier will sink about 1.2 cm after the normal water level.
(4)Soil improvement only shows effective in initial stage but the influence is progressively decreased by the time. However, increasing safety is not enough.
(5)Based on the curve of settlement at pier, it is found that the consolidation has been completed through 1785 days. Therefore, in the design stage considering the consolidation settlement in this area is an important issue. The prediction value of cumulative settlement will reach 2.1 cm after 8 years (April, 2117). According to the evaluation, the consolidation settlement should have been almost completed in the area.
目 錄 ............................................. I
圖目錄 ............................................ IV
表目錄 ............................................ VI
第一章 緒論 ........................................ 1
1-1 前言 .......................................... 1
1-2 研究背景與動機 ................................. 1
1-3 研究方法與流程 ................................. 2
第二章 文獻回顧..................................... 4
2-1 樁-筏基礎 ..................................... 4
2-1-1 樁基礎受力行為與沉陷速率 ...................... 4
2-1-2 樁-筏基礎分析方法介紹 ......................... 4
2-2 壓密沉陷理論 ................................... 5
2-2-1Terzaghi 單向度壓密理論 ........................6
2-2-2 立即沉陷 .....................................7
2-2-3 壓密沉陷 .................................... 7
2-2-4 二次壓密沉陷 ................................ 8
2-2-5 土壤壓密參數介紹 ............................. 8
一、壓縮指數(compression index)Cc ................. 8
二、再壓指數(recompression index)Cr ............... 11
三、膨脹指數(swelling index)Cs .................... 11
四、二次壓密指數(secondary compression index)Cα ... 12
五、壓密係數Cv .................................... 13
六、體積壓縮係數mv ................................ 13
七、壓縮係數(coefficient of compressibility)av .... 13
2-3 土壤壓密行為 .................................. 13
2-3-1 砂性土壤壓密行為 ............................. 14
2-3-2 複合土壤壓密行為 ............................. 15
2-4 有限元素程式PLAXIS ............................ 16
2-4-1 元素類型 .................................... 16
2-4-2 分析功能 .................................... 16
2-5 大地工程之反算分析 ............................. 18
2-5-1 模式參數與實驗室參數 ......................... 18
2-5-2 最小平方差法 ................................ 19
2-5-3 參數敏感度 .................................. 20
第三章 現況與監測資料說明 ........................... 23
3-1 地理位置 ...................................... 23
3-2 研究區域地形地質地貌 ........................... 24
3-2-1 地形地貌 .................................... 24
3-2-2 工程地質 .................................... 24
3-2-3 地層剖面 .................................... 24
3-3 研究區域結構配置 ............................... 29
3-4 工地結構物受損情況調查 .......................... 31
3-4-1 上部結構物 .................................. 32
3-4-2 下部結構物 .................................. 32
3-4-3 路堤填土沉陷與墩柱沉陷 ........................ 33
3-5 現地監測與分析 ................................. 41
3-5-1 PR6-10 沉陷監測 ............................. 42
3-5-2 地下水位監測 ................................. 43
第四章 數值模擬..................................... 44
4-1 本研究所執行之模擬分析 .......................... 44
4-1-1 基樁參數轉換 ................................. 44
4-1-2 樁帽上部載重計算 ............................. 46
4-1-3 分析範圍率定 ................................. 47
4-1-3-1 分析深度 .................................. 48
4-1-3-2 分析寬度 .................................. 49
4-1-4 有限元素法分析模型建立 ........................ 49
4-2 分析土層參數之種類及輸入值 ...................... 50
4-3 數值模擬分析之工序 .............................. 52
4-4 數值模擬分析結果 ................................ 54
第五章 結果與討論 ................................... 56
5-1 壓密沉陷模式之建立 .............................. 56
5-1-1 原始土壤參數的追溯 ............................ 56
5-1-2 主要壓密及次要壓密的分析 ....................... 60
5-1-3 路堤安全係數的探討 ............................ 64
5-1-4 路堤變位與基樁結構應力探討 ..................... 64
5-2 土壤參數敏感度 ................................. 75
5-2-1 主要壓密期參數敏感度 .......................... 76
5-2-2 次要壓密期參數敏感度 .......................... 86
5-3 不同工序 ...................................... 90
5-4 地下水位變化與沉陷之相關性 ...................... 91
5-5 地盤改良對沉陷的影響 ........................... 92
5-6 後期沉陷的預測 ................................. 93
第六章 結論與建議 .................................. 94
6-1 結論 .......................................... 94
6-2 建議 .......................................... 95
第七章 參考文獻..................................... 96
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