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研究生:鍾劭一
研究生(外文):Shao Yi
論文名稱:地工合成材應用於提升淺基礎承載力之初步研究
論文名稱(外文):Preliminary Study of Enhancing the Bearing Capacity of Shallow Foundation by Geotextile
指導教授:賴俊仁賴俊仁引用關係
指導教授(外文):Jiunnren Lai
學位類別:碩士
校院名稱:朝陽科技大學
系所名稱:營建工程系碩士班
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:2011
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:117
中文關鍵詞:有限差分法淺基礎加勁土壤地工合成材
外文關鍵詞:Finite Difference MethodShallow foundationReinforced soilGeotextiles
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針對承載力較低之軟弱土層,工程上常於土壤中置入加勁材料組成一整體性複合材料,利用土壤與加勁材間的交互作用力,以提供抗張性進而改善工程品質。加勁土壤由於具有用地省、施工簡便等優點,已廣泛應用於大地工程中,目前國內有關加勁土壤的研究多著重於擋土結構或加勁邊坡,而關於加勁淺基礎方面之研究並不多見。
本研究利用二維有限差分軟體FLAC2D進行數值模擬與設計參數影響探討,先進行未埋入加勁材料之條形基礎承載力數值模擬,與傳統理論解比較以瞭解數值模擬之精準度;設計參數影響探討則是參照前人研究所使用之加勁材料性質,探討加勁條形基礎在不同加勁條件下,對其承載能力之影響;探討因素包括不同的埋置深度、延伸長度、埋置層數及層間距離等。
本研究得知於淺基礎下方置入加勁材,可使淺基礎承載力有明顯之提升;加勁於低強度之土壤時,所得到之加勁效益更加明顯,所以地工合成材料非常適合解決淺基礎於軟弱土壤承載力不足之問題。
For weak soils, geotextiles are often used to composed a compound material to improve the engineering properties of soils. The geotextiles provide tensile resistance by interaction with soils thus improve their engineering properties. The geotextiles have long been used in earth retaining structures, but relatively little study have been performed on their use in reinforced shallow foundation.
In this study we simulated the reinforced shallow foundation and study the effects of different parameters on its bearing capacity by FLAC2D Finite Difference program. First, the bearing capacity of a unreinforced strip foundation was simulated and compared with the theoretical solution to verify the numerical model. The effects of different parameters, such as the depth of the reinforcement, the length of the geotextile, the number of layers and the distance between layers were also studied.
This research verifies that the reinforced shallow foundation can provide higher bearing capacity, especially for weak soils. Thus, should be a good alternative for ground improvement.
摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 VIII
符號說明 XII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 2
1.3 研究方法與流程 3
1.4 論文架構 4
第二章 文獻回顧 6
2.1 土壤承載力理論 6
2.1.1 Prandtl 之承載力理論 6
2.1.2 Terzaghi之承載力理論 8
2.1.3 Vesic之承載力因數Nc 10
2.1.4 Skempton之承載力因數Nc 10
2.1.5 Hansen之承載力公式 10
2.2 淺基礎的破壞模式 12
2.3 加勁淺基礎理論與設計 14
2.3.1 加勁材破壞機制 14
2.3.2 拉力破壞承載力 15
2.3.3 剪力破壞承載力 16
2.3.4 埋設深度 17
2.3.5 加勁埋設長度之探討 17
2.3.6 加勁埋設深度之探討 18
2.3.7 加勁破壞形式之探討 19
2.3.8 加勁基礎設計流程 20
2.4 加勁淺基礎之相關研究 23
2.5 小結 27
第三章 數值分析與理論驗證 37
3.1 FLAC 程式之簡介與應用 37
3.1.1 FLAC 程式之理論架構 37
3.1.2 FLAC 程式之運算與分析流程 40
3.2 FLAC程式應用 41
3.2.1FLAC內建材料模式 41
3.2.2 FLAC界面元素 42
3.2.3 FLAC內建結構元素 43
3.3 發展數值模型 43
3.3.1 網格建立 44
3.3.2參數選定 44
3.3.3加勁材料模型 44
3.3.4 FISH副程式撰寫 45
3.4 承載力分析 46
3.4.1 基礎底面網格數目分析 46
3.4.2 基礎下移速率分析 48
3.4.3 土壤強度 49
3.5 淺基礎承載力初步分析 50
3.6 小結 51
第四章 FLAC數值模擬分析結果 87
4.1 符號編定與定義 87
4.1.1 加勁基礎埋置方式 87
4.1.2 承載比與沉陷量 87
4.2 加勁淺基礎承載力分析 88
4.2.1 加勁材埋置深度 88
4.2.2 加勁材延伸長度 89
4.2.3 加勁材張力分析 90
4.2.4 加勁淺基礎破壞型式 91
4.2.5 加勁材層間距離 92
4.2.6 使用雙層加勁材 93
4.2.7 上層加勁材延伸長度 94
4.2.8 不同砂土強度之加勁效益 95
第五章 結論與建議 112
5.1 結論 112
5.1.1基礎之極限承載力模擬 112
5.1.2 加勁淺基礎分析 113
5.2 建議 114
參考文獻 115

表3.1 土壤參數設定(Itasca Consulting Group, 2002) 53
表3.2 地工格網參數設定(李咸亨、連偉智, 1998) 53
表3.3 基礎底面網格數規劃表 54
表3.4 砂土之基礎底面網格數目分析結果 55
表3.5 黏土之基礎底面網格數目分析結果 55
表3.6 基礎下移速度之假設與分析結果 56
表3.7 砂土摩擦角分析結果與理論差異比較 57
表3.8 黏土凝聚力分析結果與理論差異比較 57
表4.1 加勁材埋置深度u對於BCRu之提升效益 98
表4.2 加勁材延伸長度L對於BCRL之提升效果 98
表4.3 加勁材張力分布 99
表4.4 加勁材張力與加勁基礎設計理論比較 99
表4.5 加勁材層間距離d對於BCRd之提升效果 100
表4.6 配置一使用單層與兩層加勁材對於BCRN之提升效果101
表4.7 配置二使用單層與兩層加勁材對於BCRN之提升效果101
表4.8 N1之延伸長度LN1對於BCRLN1之提升效果 102
表4.9 不同強度之土壤加勁效益 102

圖1.1 研究流程圖 5
圖2.1 Prandtl承載力推導示意圖(Prandtl, 1920) 28
圖2.2 基腳於黏土地表之承載力推導示意圖(Prandtl, 1920) 29
圖2.3 Terzaghi之承載力推導示意圖(Terzaghi, 1943) 30
圖2.4 淺基礎的破壞模式(Vesic, 1973) 31
圖2.5 淺基礎下方作用力示意圖(王程廣, 2007) 32
圖2.6 拉力破壞機制(王程廣, 2007) 33
圖2.7 剪力破壞機制(王程廣, 2007) 33
圖2.8 拉出破壞機制(王程廣, 2007) 34
圖2.9 凝聚性與非凝聚性土壤加勁材埋設深度與長度之關係(王程廣, 2007) 34
圖2.10 加勁淺基礎之設計流程-方法一 35
圖2.11加勁淺基礎之設計流程-方法二 36
圖3.1 FLAC運算循環概觀(Itasca Consulting Group, 2002) 58
圖3.2 FLAC cable element 材料行為(Itasca Consulting Group,2002) 59
圖3.3 模型尺寸示意圖 60
圖3.4 半側模型網格與邊界條件 61
圖3.5 地工格網抗張強度試驗結果(李咸亨、連偉智, 1998) 62
圖3.6 地工格網拉出試驗結果(李咸亨、連偉智, 1998) 63
圖3.7 FISH副程式節點與網格說明 64
圖3.8 Test2基礎寬度與網格示意圖 65
圖3.9 基底網格數與基礎極限載重之關係圖-砂土 66
圖3.10 基底網格數與基礎極限載重之關係圖-黏土 66
圖3.11(a) 基礎下移速度1*10-4m/step之承載力曲線-砂土 67
圖3.11(b) 基礎下移速度1*10-5m/step之承載力曲線-砂土 67
圖3.11(c) 基礎下移速度1*10-6m/step之承載力曲線-砂土 68
圖3.11(d) 基礎下移速度1*10-7m/step之承載力曲線-砂土 68
圖3.11(e) 基礎下移速度1*10-8m/step之承載力曲線-砂土 69
圖3.12(a) 基礎下移速度1*10-4m/step之承載力曲線-黏土 70
圖3.12(b) 基礎下移速度1*10-5m/step之承載力曲線-黏土 70
圖3.12(c) 基礎下移速度1*10-6m/step之承載力曲線-黏土 71
圖3.12(d) 基礎下移速度1*10-7m/step之承載力曲線-黏土 71
圖3.12(e) 基礎下移速度1*10-8m/step之承載力曲線-黏土 72
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