臺灣博碩士論文加值系統

傳統上，在大地工程領域中，淺基礎及擋土牆之主、被動土壓力之分析皆根據極限平衡法之理論，然其架構於連體力學之上，對於許多日常可見之大地材料而言，其破壞時產生顆粒流動之行為，連體力學之計算方式及假設是否適用，值得進一步探究。為了解大地材料破壞時之顆粒材料分離之特性，本研究採用架構於分離元素法(DEM)上之軟體(PFC2D)進行分析，藉由鋁棒直接剪力試驗驗證基本參數，在以基本參數出發，改變土壤中不同之粒徑大小、排列、摩擦角及勁度參數，探討淺基礎於破壞時顆粒材料之承載力變化及滑動破壞之型態，然根據分析之結果可知：(1)針對線性與非線性勁度之比較，採用非線性勁度模擬較符合鋁棒集合之行為。(2)在基礎分析時，可知不論何種勁度、摩擦角及粒徑，其簡單排列與隨機排列之承載力皆低於緊密排列，而各因子間以勁度對於承載力之提升較為明顯，勁度提高三個量級，承載力提高約可達二個量級。(3)在土壓力分析時，其主動土壓力中，隨機排列之情況下，勁度與摩擦角對於主動土壓力係數之影響較為明顯，在勁度提高二個量級或摩擦角提高15°之情形下，主動土壓力係數約降一個量級，而粒徑對於主動土壓力係數之影響，為粒徑提高八倍則主動土壓力係數約提高一個量級。(4)在土壓力分析時，其被動土壓力中，緊密排列及簡單排列之被動土壓力係數，在勁度提高三個量級之影響下，被動土壓力係數提高近二個量級，在粒徑提高八倍之影響下，被動土壓力係數則些微的下降。綜合以上可知，勁度、摩擦角、粒徑及排列皆為影響強度之因子。(5)在三軸試驗中，可知模擬之強度破壞準則為一非線性準則，且其塑性變形呈現非諧和流現象。

Traditionally, the bearing capacity of shallow foundation and the active or the passive earth pressure of retaining wall are obtained from limit equilibrium method based on the mechanics of continuum. However, the geo-material is mainly composed of discrete particles, and it often exhibits flow behavior, which is different from the continuous solid. Therefore, this research aims to realize the mechanical behavior of granular material using the software PFC2D based on the distinct method (DEM).
Firstly, the micro parameters of granular material were verified by the direct shear test. Then, the influences of the particle size, the packing, the friction coefficient of particle and the stiffness on the bearing capacity and the earth pressure were explored. The simulation results show that: (1) For particles with simple packing and random packing, the bearing capacity of foundation is lower than that with dense packing; (2) an increasing friction coefficient increase the bearing capacity; (3) the larger size and the higher stiffness will lead to the higher strength. Among the factors, the influence of stiffness is more apparent than that of other factors. For the results of earth pressure, aforementioned tendencies are also observed. Furthermore, triaxial tests of granular material are simulated. The results shows that the failure envelope is nonlinear and the plastic deformation reveals non-associated flow.

目錄 I
表目錄 V
圖目錄 VI
中文摘要 1
英文摘要 2
第一章 緒論 3
1.1 研究動機 3
1.2 研究目的 4
1.3 研究內容與方法 4
1.4 本文內容 5
第二章 文獻回顧 6
2.1 極限平衡法在大地工程上之應用 6
2.1.1 基礎承載力 6
2.1.2 主、被動土壓力 8
2.2 分離元素法 (Distinct Element Method) 10
2.3 數位影像相關係數法(DIC)及質點影像速度儀(PIV) 11
2.3.1數位影像相關係數法(Digital Image Correlation，DIC) 11
2.3.2質點影像速度儀(Particle Image Velocimetry，PIV) 13
第三章 分離元素法軟體PFC理論 19
3.1 分析軟體－PFC 程式概述 19
3.2 PFC基本假設 19
3.3 運算原理 20
3.3.1 力－位移定律 20
3.3.2 運動方程式 23
3.4 接觸組成模式 26
3.4.1 接觸勁度模式(contact-stiffness model) 26
3.4.2 滑動模式(slip model) 27
3.4.3 鍵結模式(bonding model) 28
3.4.4 使用者自訂模式(user define model, UDM) 28
3.5 微觀力學參數 29
第四章 驗證─直接剪力實驗 34
4.1 物理模型實驗配置 34
4.1.1 實驗內容與方法 34
4.1.2 實驗結果與討論 35
4.2 數值模型及分析流程 36
4.2.1 初始結果 37
4.2.2 勁度修正結果 38
4.2.3 反算法結果 38
4.2.4 Timoshenko 理論解結果 39
4.2.5 試誤法結果 39
4.2.6 Chang et al. 理論解結果 40
4.3 實驗比對及討論 41
4.3.1 線性模型 41
4.3.2 非線性模型 43
第五章 大地工程應用－基礎承載力 63
5.1數值模型 63
5.2分析規畫 63
5.2.1顆粒幾何參數 63
5.2.2顆粒力學參數 64
5.3分析結果 64
5.3.1 破壞型態 64
5.3.2 承載力 66
5.3.3 DIC及PIV分析結果 67
第六章 大地工程應用－主被動土壓力 85
6.1 數值模型 85
6.2 分析規畫 85
6.2.1顆粒幾何參數 85
6.2.2顆粒力學參數 86
6.3 分析結果 86
6.3.1 破壞型態 86
6.3.2 土壓力係數 87
6.3.3 DIC及PIV分析結果 88
第七章 大地工程應用－三軸試驗 100
7.1 數值模型 100
7.2 分析規畫 100
7.2.1顆粒幾何參數 100
7.2.2顆粒力學參數 101
7.3 分析結果 101
7.3.1 破壞型態 101
7.3.2 強度 102
7.3.3 彈塑性分離 103
第八章 結論與建議 118
8.1 結論 118
8.2 建議 119
參考文獻 120

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