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研究生:賴政揚
研究生(外文):Cheng-Yang Lai
論文名稱:牆上牆之擋土牆力學行為研究
論文名稱(外文):A Study on Mechanical Behavior of Retaining Wall with a Wall on Wall System
指導教授:黃添坤黃添坤引用關係
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:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:70
中文關鍵詞:牆上牆擋土牆施工階段有限元素法不同牆版長度
外文關鍵詞:wall on wallretaining wallconstruction phasefinite element method
相關次數:
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擋土牆為土木工程中常見之擋土結構系統,應用於穩定邊坡及開挖之永久性坡面,而為了能設計安全又符合經濟效益之擋土牆,首先需預測側向土壓力之大小及其分佈情形,一般常見擋土牆之牆背多為垂直或傾斜,本研究是以牆上牆(wall on wall)之觀念針對於牆背具有牆版之擋土牆,配合有限元素分析程式CESAR-LCPC模擬牆上牆式擋土牆在不同施工階段,探討其相關力學行為。
以不同牆版長度之牆上牆式擋土牆進行分析,比較在不同牆版長度時擋土牆背所受側向土壓力、底部土壓力及土壤變形行為。
研究結果顯示,由於施作牆版承載上方之土壤自重,因此地表變形有減少情形,並隨著牆版長度增加,變形減少區域有增大之趨勢,牆上牆式擋土牆於牆版上方之土壓力隨深度增加而增加,且大於傳統重力式擋土牆,而接近牆版附近之土壓力則有明顯減少情形,至於牆版下方之土壓力,相較於傳統重力式擋土牆,有明顯減少趨勢,隨著牆版長度增加,土壓力均有減少之趨勢。底部土壓力則因施作牆版以致擋土牆之重心偏向牆踵處,因此底部土壓力由牆趾往牆踵遞增,並隨著牆版長度增加而有逐漸增大之趨勢。底部土層變形部份,整體變位有向牆趾順時鐘旋轉傾向,但牆版長度對底部土層變形之影響並不大。
目錄
中文摘要 i
目錄 ii
表目錄 vi
圖目錄 vii
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 1
1.3 研究方法 2
1.4 內容安排 3
第二章 文獻回顧 5
2.1 擋土牆型式 5
2.1.1 重力式擋土牆 5
2.1.2 懸臂式擋土牆 5
2.1.3 加勁式擋土牆 5
2.2 極限狀態理論 6
2.3 土壓力理論 6
2.3.1 土壓力定義 6
2.3.2 土壓力之種類 7
2.3.3 Rankine土壓力理論 8
2.3.4 Coulomb土壓力理論 10
2.3.5 Mononobe-Okabe 動態土壓力 12
2.4 Mohr-Coulomb破壞理論 14
2.5 土壤彈塑性模式 16
2.6 有限元素分析方法(Finite Element Method) 17
2.6.1 基本理論 17
2.6.2 平面應變 17
2.6.3 有限元素之分析步驟 18
2.7 其它類型擋土牆之相關研究 19
第三章 分析方法 27
3.1 使用步驟及方式介紹 28
3.2 內建材料模式 29
3.3 界面元素 29
第四章 範例研究 31
4.1 前言 31
4.2 分析內容 31
4.2.1 網格模型及界面元素 31
4.2.2 分析模式 32
4.2.3 設定材料強度參數 32
4.2.4 設定邊界條件 33
4.2.5 輸入初始大地應力 33
4.2.6 依各階段分層分析施加載重 33
4.2.7 輸入計算所需資料 34
4.2.8 執行計算及結果 34
4.3網格模型建置 34
第五章 數值分析結果與討論 40
5.1 無牆版之傳統重力式擋土牆 40
5.1.1 牆背側向土壓力 40
5.1.2 牆背垂直土壓力 40
5.2 牆版長度1m之牆上牆式擋土牆 41
5.2.1 施工階段之變形 41
5.2.2 擋土牆之側向土壓力 42
5.2.3 擋土牆之垂直土壓力 43
5.2.4 擋土牆底部所受土壓力 43
5.2.5 多層回填之探討 44
5.3 不同牆版長度之牆上牆式擋土牆 44
5.3.1 整體變形之比較 44
5.3.2 擋土牆側向土壓力之比較 45
5.3.3 擋土牆垂直土壓力之比較 45
5.3.4 擋土牆底部土壓力之比較 46
5.4 研究範例綜合討論 46
第六章 結論與建議 67
6.1 結論 67
6.2 建議 68
參考文獻 69

表目錄
表4.1 土壤材料參數 35
表4.2 界面元素參數 36
表4.3 擋土牆材料參數 36
表5.1 牆版長度為1m各階段底層土壤之水平變形 48
表5.2 牆版長度為1m各階段底層土壤之垂直變形 49
表5.3 不同牆版長度Phase3底層土壤之水平變形 50
表5.4 不同牆版長度Phase3底層土壤之垂直變形 51
表5.5 不同牆版長度Phase3底部土壓力 52

圖目錄
圖1.1 研究流程圖 4
圖2.1 常見擋土牆型式 21
圖2.2 主動土壓力莫爾圓 21
圖2.3 被動土壓力莫爾圓 22
圖2.4 Rankine主動應力狀態 22
圖2.5 Rankine被動應力狀態 23
圖2.6 Coulomb理論主動狀態 23
圖2.7 Coulomb理論被動狀態 24
圖2.8 地震情況下之主動土壓力 24
圖2.9 地震情況下之被動土壓力 25
圖2.10 彈塑性模式 25
圖2.11 三角形固體元素結點位移 26
圖4.1 牆上牆式擋土牆斷面圖(牆版長度1m為例) 37
圖4.2 分析網格模型 37
圖4.3 Phase1施工階段 38
圖4.4 Phase2施工階段 38
圖4.5 Phase3施工階段 39
圖5.1 無牆版之傳統重力式擋土牆背後側向土壓力分佈 53
圖5.2 無牆版之傳統重力式擋土牆背後垂直土壓力分佈 54
圖5.3 Phase1整體變形圖 55
圖5.4 Phase2整體變形圖 55
圖5.5 Phase3整體變形圖 56
圖5.6 牆版長度為1m於施工階段底層基礎下方垂直變形 57
圖5.7 牆版長度為1m於施工階段底層基礎下方水平變形 57
圖5.8 牆版長度為1m與無牆版式擋土牆側向土壓力比較 58
圖5.9 牆版長度為1m與無牆版式擋土牆垂直土壓力比較 59
圖5.10 牆版長度為1m與無牆版式擋土牆底部土壓力比較 60
圖5.11 背填土分四層施工之牆上牆式擋土牆整體變形圖 60
圖5.12 牆版長度為0m之牆上牆式擋土牆整體變形圖 61
圖5.13 牆版長度為0.5m之牆上牆式擋土牆整體變形圖 61
圖5.14 牆版長度為1m之牆上牆式擋土牆整體變形圖 62
圖5.15 牆版長度為1.3m之牆上牆式擋土牆整體變形圖 62
圖5.16 不同牆版長度phase3底部土壤水平變形 63
圖5.17 不同牆版長度phase3底部土壤垂直變形 63
圖5.18 不同牆版長度擋土牆側向土壓力比較 64
圖5.19 不同牆版長度擋土牆垂直土壓力比較 65
圖5.20 不同牆版長度擋土牆底部土壓力比較 66
1.游子揚(1997),“複合地盤結構極限承載力分析”,國立中央大學土木工程研究所碩士論文。
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