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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:謝宗翰
研究生(外文):Tsung-Han Hsieh
論文名稱:Rankine主動被動土壓力滑動機制探討
論文名稱(外文):A Study on the Sliding Mechanism of Rankine Active and Passive Earth Pressure
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
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:88
中文關鍵詞:擋土牆有限元素法側向土壓力
外文關鍵詞:retaining wallfinite element methodlateral earth pressure
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擋土牆為土木工程中常見之擋土結構系統,應用於穩定及擋護由挖掘或填築而成之永久性坡面,而為了能設計安全又符合經濟效益之擋土牆,必須先預測側向土壓力作用於擋土牆上之大小,以及側向土壓力之分佈情形。側向土壓力目前普遍使用Rankine & Coulomb理論於擋土牆之設計。但有關前述理論,似乎未對擋土牆之力學機制及變形特性造成土壓力結果之影響作深入之探討,如滑動機制、背填土應力之改變情形。因此,本文主旨是以有限元素法理論。採用並改寫既有一些程式加以整合,探討不同擋土牆位移機制之側向土壓分佈及滑動機制之發展情形。並與Rankine理論結果做加以比較。
四種不同擋土牆位移型式有:1.對牆底旋轉 (RB移動型式); 2.牆平移 (T移動型式); 3.對牆頂旋轉 (RT移動型式): 4.對牆中央旋轉(RM移動模式)。並分主動A,被動P及混合模式。
分析結果顯示在牆背無摩擦抵抗相同膨脹角情況下,主動土壓之合力,與Rankine理論值比較,AT移動模式與理論值最為接近,其次為ARB移動模式,而ART移動模式誤差值最大。被動土壓之合力,則以PRT移動模式與理論值最為接近,其次為PT移動模式,而PRB移動模式誤差值最大。而膨脹角 對於擋土牆背填土分析而言,會因為牆不同移動型式而造成結果有所差異,無法對主動或者被動土壓力分析分析結果作ㄧ綜合性結論。
牆背完全摩擦抵抗在整體分析中,所造成影響會較為明顯,主動土壓力分析結果,造成側向土壓減少,合力降低,而滑動範圍擴大。被動土壓力分析結果,造成側向土壓增加,合力明顯提高,滑動範圍也擴大且滑動面呈現弧狀。
摘要 I
目錄 II
圖目錄 IV
表目錄 VIII
表目錄 VIII
第一章 緒論 1
1-1前言 1
1-2研究動機與目的 1
1-3研究方法 1
1-4研究內容 3
第二章 文獻回顧 4
2-1 土壓力理論 4
2-1-1靜止土壓力 4
2-2 Rankine側向土壓力理論 4
2-2-1 Rankine主動土壓力 5
2-2-2 Rankine被動土壓力 6
2-3 莫爾-庫倫破壞準則 8
2-4 土壤彈塑性模式 9
2-5 有限元素分析方法 10
2-5-1 基本理論 10
2-5-2 平面應變 11
2-6 土壓力之模型試驗 11
2-6-1 Taylor 11
2-6-2 Terzaghi 楔形側向土壓力理論 12
2-6-3 Fang與Ishibashi模型試驗 13
2-7 土壓力之數值模擬 15
2-7-1 Clough 及Duncan 15
2-7-2 Nakai 15
第三章 數值分析方法 17
3-1 前言 17
3-2 材料的應力應變關係 19
3-3 應力不變量 19
3-4 Mohr-Coulomb破壞準則 21
3-5 初始應力法 22
第四章 主動土壓力範例分析與討論 24
4-1牆平移AT模式 25
4-1-1 牆背無摩擦抵抗(膨脹角=0度) 25
4-1-2 牆背無摩擦抵抗(膨脹角=15度) 25
4-1-3 牆背無摩擦抵抗(膨脹角=30度) 25
4-1-4 牆背完全摩擦抵抗(膨脹角=15度) 26
4-2對牆底旋轉ARB模式 26
4-2-1牆背無摩擦抵抗(膨脹角=15度) 26
4-2-2牆背無摩擦抵抗(膨脹角=30度) 27
4-2-3牆背完全摩擦抵抗(膨脹角=15度) 27
4-3對牆頂旋轉ART模式 28
4-3-1牆背無摩擦抵抗(膨脹角=15度) 28
4-3-2牆背無摩擦抵抗(膨脹角=30度) 28
4-3-3牆背完全摩擦抵抗(膨脹角=15度) 28
第五章 被動土壓力範例分析與討論 50
5-1牆平移PT模式 50
5-1-1牆背無摩擦抵抗(膨脹角=15度) 50
5-1-2牆背無摩擦抵抗(膨脹角=30度) 50
5-1-3牆背完全摩擦抵抗(膨脹角=15度) 50
5-2對牆底旋轉PRB模式 51
5-2-1牆背無摩擦抵抗(膨脹角=15度) 51
5-2-2牆背無摩擦抵抗(膨脹角=30度) 51
5-2-3牆背完全摩擦抵抗(膨脹角=15度) 52
5-3對牆頂旋轉PRT模式 52
5-3-1牆背無摩擦抵抗(膨脹角=0度) 52
5-3-2牆背無摩擦抵抗(膨脹角=15度) 52
5-3-3牆背無摩擦抵抗(膨脹角=30度) 53
5-3-4牆背完全摩擦抵抗(膨脹角=15度) 53
第六章 混合移動土壓力範例分析與討論 74
6-1對牆中心逆時針旋轉RM模式 74
6-1-1牆背無摩擦抵抗(膨脹角=15度) 74
6-1-2牆背無摩擦抵抗(膨脹角=30度) 74
6-2對牆中心順時針旋轉RM模式 75
6-2-1牆背無摩擦抵抗(膨脹角=15度) 75
6-2-2牆背無摩擦抵抗(膨脹角=30度) 75
第七章 結論與建議 85
7-1結論 85
7-2建議 85
參考文獻 87
[1] 施國欽(2001),“大地工程學(二)基礎工程篇”。
[2] 盧耿逸(2000),“剛性擋土牆土壓力分佈與剪力帶形式之探討”,碩士論文,逢甲大學土木及水利工程研究所,台中。
[3] Chen, W. F. and Mizuno, E. (1990), Nonlinear Analysis in Soil Mechanics, Elsevier Science Publishing Company Inc., New York.
[4] Rankine, W. M. J. (1857), “On Stability of Loose Earth”, Philosophic Transactions of Royal Society, London, Part Ι, pp.9-27.
[5] Taylar, D.W. (1948), Fundamentals of Soil Mechanics, John Wily, New York.
[6] Terzaghi, K. (1932): “Record Earth Pressure Testing Machine”Engineering News Record, Vol. 109, Sept. , pp. 365-369.
[7] Fang, Y. S. and Ishibashi, I. (1986) “Static Earth Pressure with Various Wall Movements,” Journal of Geotechnical Engineering , ASCE , Vol.112 , No. 3, pp. 317-332.
[8] Clough, G. E.and Duncan, J. M. (1971), “Finite Element Analysis of Retaining Wall Behavior,” Journal of the Soil Mechanics and Foundation Division, ASCE, Vol. 87, No. SM12, pp. 1657-1673.
[9] Nakai, T. (1985), “Finite Element Computations for Action and Passive Earth Pressure Problems of Retaining Wall” Soil and Foundations, Vol. 25, No. 3, pp. 98-112.
[10] Department of the Navy (1982), Foundations and Earth Structure, Design Manual 7.2, NAVFAC DM-7.2, Department of the Naval Facilities Engineering Command.
[11] 梁嘉純(2003),“以FLAC程式探討剛性擋土牆瑜不同位移型式之側向土壓力分布”,碩士論文,中原大學土木工程研究所,桃園。
[12] 侯鵬暉(2006),“主動土壓力模型擋土牆之設計與建造”,碩士論文,交通大學土木工程研究所,新竹。
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