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研究生:蔡宗穎
研究生(外文):Tzung-Ying Tsai
論文名稱:台灣紅土濕陷後之力學行為
論文名稱(外文):Mechanical Behavior of Collapsed Laterites in Taiwan
指導教授:褚炳麟褚炳麟引用關係
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
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:113
中文關鍵詞:濕陷力學行為未飽和基質吸力
外文關鍵詞:collapsemechanical behaviorunsaturatedmatric suction
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台灣地區之紅土台地自北而南分佈範圍廣大,基於就近取材和物盡其用之目的,利用這些紅土來當作填土材料,自然十分經濟。一般而言,如以紅土作為路堤或基礎之回填材料,在平時大致都能維持良好的穩定性,但在持續性的颱風豪大雨侵襲或地下水位上升時,許多道路路基將因土壤吸水飽和而引發濕陷行為。有鑑於台灣夯實紅土的使用案例已日益增多,而台灣四面環海又是多雨的環境,因此如何針對現地紅土進行濕陷後的工程性質調查與評估,實為工程建設的重點工作之一。

本研究經由實地踏勘台灣中部地區,取得2種具有不同塑性指數之紅土,依重模方式製作初始含水量為OMC-6%,並於標準Proctor夯實能量下利用本實驗室自行研發成功的非均向壓縮三軸濕陷儀來進行未飽和三軸濕陷試驗及飽和非均向壓縮排水式三軸試驗,以探討不同主應力比對紅土濕陷前後力學行為之影響,並且比較在不同塑性指數下重模土樣之差異性,俾使本研究結果有利從事於紅土大地工程相關領域之設計及施工者參考。
試驗結果發現:(1) 不論紅土試體有無塑性,當主應力K=1.00時,體積濕陷量與垂直濕陷量皆不受圍壓影響;惟當主應力比K=1.15及1.30時,體積濕陷量與垂直濕陷量會隨圍壓之增加而遞減。(2) 整體而言,體積濕陷量與垂直濕陷量皆隨著主應力比K之增加而遞增,且主應力比K值越大,試體垂直濕陷量所佔體積濕陷量之比例亦隨之增加。(3) 若比較兩種不同PI值紅土之體積濕陷量與垂直濕陷量,則不論圍壓大小為何,具有塑性之紅土其體積濕陷量與垂直濕陷量皆大於無塑性之紅土。(4) 不論紅土試體有無塑性,乾密度增量比Δdst皆會隨著體積濕陷量的增加而遞增;當土壤在主應力比K=1.00時,乾密度增量比Δdst和體積濕陷量的變化量皆較小,此現象在無塑性指數的紅土上特別明顯。(5) 不論紅土試體有無塑性,強度增量比ΔS皆會隨著體積濕陷量的增加而呈一近似等比遞增之關係;而隨著塑性指數的增加,強度之增量比也較為顯著。(6) 不論紅土試體有無塑性,強度增量比ΔS皆隨著乾密度增量比
Δdst的增加而遞增,且隨著塑性指數的增加,強度增量比和乾密度增量比的增量也會較高。(7) 不論塑性指數為何,濕陷行為皆會造成土壤的初始切線彈性模數E值上升,且隨著主應力比的增加,E值也會隨之遞增。(8) 不論塑性指數為何,濕陷行為皆會增加土壤的凝聚力與內摩擦角。而凝聚力與內摩擦角皆會隨著主應力比的增加而遞增,但內摩擦角增量比Δψˊ的變化幅度較不明顯,顯示改變主應力比所提升的強度主要是來自於凝聚力cˊ之貢獻。(9) 由本文之試驗結果可得出,濕陷行為產生體積收縮,造成土壤乾密度上升,且本研究土壤試驗中皆呈現應變硬化的趨勢,無滑動面產生,因而提升土壤強度。(10) 由本文之試驗結果可知,土壤濕陷後將造成土壤之密度及強度上升,因此對於平面道路及大範圍平面土方工程施工期間,因降雨所造成的土壤濕陷時,似無需將現地土層挖除而可直接利用來進行後續工程。
第一章 緒論……………………………………… 1
1.1 研究背景……………………………… 1
1.2 研究動機與目的……………………… 6
1.3 研究範圍……………………………… 7


第二章 文獻回顧…………………………………8
2.1 紅土之成因……………………………8
2.1.1 紅土之生成環境………………… 8
2.1.2 紅土之形成過程……………… …10
2.1.3 影響紅土顏色之因素…………… 11
2.2 紅土之基本性質………………………11
2.2.1 紅土之物理性質………………… 11
2.2.2 紅土之化學性質………………… 12
2.3 游離氧化鐵……………………………13
2.4 紅土之工程特性………………………13
2.5 台灣紅土之組成礦物…………………16
2.6 夯實土壤………………………………16
2.6.1 夯實的基本理論………………… 16
2.6.2 凝聚性夯實土壤的性質與結構… 17
2.6.3 夯實土壤的滲透性……………… 18
2.6.4 夯實土壤的壓縮性……………… 19
2.6.5 夯實土壤的膨脹性……………… 19
2.7 濕陷破壞案例…………………………20
2.8 土壤之濕陷性…………………………22
2.8.1 濕陷性的定義…………………… 22
2.8.2 濕陷作用之機制………………… 22
2.8.3 影響土壤濕陷性的因素………… 22
2.8.3.1 土壤種類…………………… 23
2.8.3.2 荷重………………………… 24
2.8.3.3 含水量……………………… 26
2.8.3.4 相對夯實度………………… 28
2.8.3.5 夯實方法之影響…………… 29
2.8.3.6 主應力比之影響…………… 30
2.8.3.7 飽和度、基質吸力與土壤濕陷性的關係……………………… 31
2.8.3.8 土壤濕陷速率之探討……… 34
2.9 室內濕陷性試驗方法…………………36
2.10 濕陷量的計算………………………40


第三章 研究方法與試驗步驟……………………43
3.1 研究方法………………………………43
3.2 試驗方法………………………………45
3.2.1 現場取樣………………………… 45
3.2.2 工地密度試驗…………………… 46
3.2.3 一般物理性質試驗……………… 47
3.2.4 阿太堡限度試驗………………… 48
3.2.5 紅土之室內夯實試驗…………… 49
3.2.6 三軸濕陷試驗…………………… 53
3.2.7 飽和非均向壓縮排水式三軸試驗
(CAD Test)……………………… 57


第四章 試驗儀器與設備………………………… 58
4.1 夯錘及試體模…………………………58
4.2 三軸室…………………………………59
4.3 多孔陶板(Ceramic Disc)…………… 60
4.4 控制面板與加壓系統…………………62
4.5 總體積變化量測儀……………………64
4.6 水體積變化量測儀……………………65
4.7 測微錶(Dial Gage)……………………65
4.8 非均向壓縮荷重桿……………………65
4.9 壓力機…………………………………67
4.10 壓力量測環(Load Measuring Ring)…68
4.11 電子式孔隙水壓計………………… 68
4.12 孔隙水壓指示器…………………… 68


第五章 試驗結果之分析與討論…………………69
5.1 一般物理性質試驗……………………69
5.2 室內夯實試驗…………………………70
5.3 飽和非均向壓縮排水式三軸試驗……71
5.3.1 軸差應力~軸向應變曲線……… 71
5.4 三軸濕陷試驗結果……………………73
5.4.1 主應力比對濕陷行為之影響…… 74
5.4.1.1 主應力比對體積濕陷量(Ic)vol之影響…………………………74
5.4.1.2 主應力比對垂直濕陷量(Ic)vert
之影響………………………78
5.5 濕陷對紅土力學性質之影響……… 82
5.5.1 濕陷對試體乾密度之影響………82
5.5.2 濕陷前後紅土抗剪強度之影響…88
5.5.3 濕陷前後紅土初始切線彈性模數之影響………………………………98
5.5.4 濕陷前後紅土凝聚力cˊ與摩擦角ψˊ之影響………………………………….…100


第六章 結論與建議……………………………105
6.1 結論…………………………………105
6.2 建議…………………………………107


參考文獻…………………………………………108
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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