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研究生： 李國維
Guo-wei Li
論文名稱： 三維鑽探孔設計與基樁承載力研究
A study on the Three Dimensional Programming of Boreholes And the Ultimate Bearing Capacity of Pile
指導教授： 李咸亨
Hsien-Heng Lee
口試委員: 林宏達
Horn-Da Lin
卿建業
Jian-Ye Ching
陳俶季
none
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工程學院 - 營建工程系
Department of Civil and Construction Engineering
論文出版年： 2006
畢業學年度： 94
語文別： 中文
論文頁數： 161
中文關鍵詞： OpenGL 、允許設計載重 、視覺化 、基樁承載力
外文關鍵詞： The allowable pile bearing capacity, Visualization, Tthe bearing capacity of pile, OpenGL
相關次數： 點閱：184  下載：3 
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    • 本研究之主要目的在於建構一套評估基樁承載力的方法，並以三度空間之視覺化技巧表達地層與基樁間的關係。
    研究顯示，若以一固定尺寸之座標繪製基樁載重試驗成果，Q-S曲線，然後再以Terzaghi法或Davission法進行基樁極限承載力之分析，則可以辨識出基樁試驗之載重是否足夠定義正確的極限承載力。本文另由理論推導基樁承載時對應之沉陷量門檻值，再篩選所蒐集的台北盆地點承式反循環基樁載重試驗資料，分析建立該基樁之允許設計載重、長徑比、樁徑之關係，可以作為基礎設計實務參考。
    關於地層與基樁的視覺化設計，本研究以繪圖硬體的軟體界面OpenGL進行之。針對單一鑽孔及多鑽孔間的土層，不斷進行座標轉換工作，達到多鑽孔之視覺化目的。

    To develop a method for evaluating the bearing capacity of pile and a program for presenting the boreholes as well as the pile in a three-dimensional figure are the purpose of this research.
    In this research, using a certain scale for indicating the Q-S curve of a pile loading test result is recommended. Therefore, you can verify the ultimate bearing capacity of a pile through Terzaghi method or Davisson method. Theoretical inference for the relationship between pile loading and pile head settlement is also performed in this research. The pile load test results of point-loaded, reversed, circular piles of Taipei Basin were then examined according to these theoretical values. The relationship among the allowable pile bearing capacity, length/diameter ratio and pile diameter was finally decided for the practical foundation design.
    The application programming interface, OpenGL, was used to perform a visualized design for both soil layers and pile. A coordinates-transfer technology was used to plot the soil layers hole by hole for both single borehole and multi-boreholes. The result shows soil layers and pile in a three-dimensional graph.

    目錄 論 文 摘 要 I ABSTRACT II 誌謝 III 目錄 IV 表目錄 VI 圖目錄 VII 第一章 前言 1 1.1 研究動機 1 1.2 研究步驟 1 1.3 研究內容 2 第二章 視覺化程式技術相關文獻回顧 3 2.1 程式語言演進 3 2.2 3D圖學 5 2.2.1 3D圖學發展史 5 2.2.2 3D圖學原理 7 2.2.3 立體圖示技術 10 2.3 三維電腦繪圖標準格式 14 2.3.1 DirectX概述 14 2.3.2 OpenGL概述 14 2.3.3 OpenGL運作 15 2.3.4 OpenGL相關函數庫 15 第三章 點承式基樁承載力文獻回顧 16 3.1 垂直載重基樁承載力設計原理 16 3.2 樁載重試驗 18 3.2.1 基樁載重試驗規範 18 3.2.2 樁載重試驗結果詮釋法 20 第四章 研究計劃與視覺化流程 25 4.1 研究對象與研究區域 25 4.1.1 台北盆地地理位置 25 4.1.2 垂直樁載重試驗資料篩選 26 4.2 基本假設與原理 31 4.2.1 Q-S 曲線圖座標規定與曲線延伸 31 4.2.2 安全係數選定 31 4.2.3 參數選擇之考量 32 4.2.4 大地工程資料庫系統(GEDBS) 33 4.2.5 台北市反循環基樁資料庫 35 4.3 視覺化表達過程 35 4.3.1 OpenGL程序設計 35 4.3.2 視覺化程式架構概念 36 第五章 樁載重判斷與鑽孔視覺化成果分析 39 5.1 樁載重試驗曲線之判定 39 5.1.1 樁載重試驗之門檻值 39 5.1.2 延伸至Terzaghi法之最小沉陷量 40 5.1.3 Terzaghi法安全係數 41 5.1.4 Vander Veen法驗證 42 5.2 研究數據之允許設計載重研究 43 5.2.1 允許設計載重、樁徑、長徑比之關係圖 43 5.2.2 趨勢線斜率討論 44 5.2.3 樁底灌漿之影響 44 5.2.4 工程分區與允許設計載重 45 5.3 台北盆地其他地區驗證 46 5.3.1 士林基地 46 5.3.2 信義基地 46 5.4 3D鑽孔視覺化視窗程式 47 5.4.1 視覺化視窗程式函數物件細部流程 47 5.4.2 多鑽孔多土層之視覺化表達 47 第六章 結論與建議 49 6.1 結論 49 6.2 建議 50 參考文獻 51 表目錄 表2-1 GL、GLU、GLUT函數功能及分類 55 表3-1 各試樁方法與其分類表 57 表4-1 樁身受均變應力且點承力與樁身摩擦力不同比例下，理論變形量的比值 58 表4-2 樁身受均變應力且破壞應變為0.2%下及各L/D對應的S/D值 58 表4-3 樁身受三角形均變應力且點承力與樁身摩擦力不同比例下，理論變形量的比值 59 表4-4 樁身受三角形均變應力且破壞應變為0.2%下及各L/D對應的S/D值 59 表4-5 簡化地層使用工程地質圖元符號比較表 60 表4-6 簡化岩層使用工程地質圖元符號比較表 61 表5-1 本研究20筆樁載重資料之基本資料 62 表5-2 15組達Terzaghi法或Davission法之預估值 63 表5-3 編號5、6、16、18、19等五支樁載重試驗資料 64 表5-4 本研究15組符合Davission法之推估極限載重及其對應沉限量平均值 64 表5-5 曲線延伸所得之Terzaghi極限載重值與實際值之比較 65 表5-6 7組達Davission法並以曲線延伸方式得Terzaghi法之極限承載力 65 表5-7 15組求出Terzagh與Davission法之極限承載力與其比值(含樁底灌漿之樁) 66 表5-8 15組求出Terzagh與Davission法之極限承載力與其比值(未含樁底灌漿組別) 67 表5-9 沉陷量大於10%樁徑之樁載重試驗之Vander Veen法推估之極限承載力 67 表5-10 本研究與舊有資料允許設計載重差值與其上升百分比 68 表5-11 於E=286.48 T/cm2 、S=6.3%D之假設下圖5-48趨勢線 68 表5-12 樁載重試驗中允許設計荷重大於趨勢線之七組資料 69 表5-13 工程分區之允許設計載重界限 69 表5-14 士林基地試驗資料 70 表5-15 信義基地試驗資料 70 圖目錄 圖2-1 程式語言發展過程 (摘自陳惠貞，2005) [2] 71 圖2-2 某煤礦的3D地質模型及其空間操作 72 圖2-3 直角座標系與極座標系之轉換 72 圖2-4 圓柱體座標系統 73 圖2-5 三維向量的表示 73 圖2-6 內積與法向量於光源照射之應用 74 圖2-7 球面隱函式與平行Y軸之直線關係 74 圖2-8 由線條構成的立方體(摘自 Richard S.Wright,Jr. Michael Sweet)[8] 75 圖2-9 加上顏色的立方體(摘自 Richard S.Wright,Jr. Michael Sweet)[8] 75 圖2-10 為物體加上陰影(摘自 Richard S.Wright,Jr. Michael Sweet)[8] 76 圖2-11 畫家演算法正確與錯誤之結果 76 圖2-12 OpenGL在一般程式中的位置 77 圖2-13 OpenGL相關函式庫關聯性 77 圖3-1 基樁荷重傳遞機制(Tomlison，1977) [14] 78 圖3-2 (a)~(d) 樁體監測儀器配置示意圖 80 圖3-3 不同荷重沉陷量曲線圖 81 圖3-4 不同比例尺之荷重沉陷量曲線圖 81 圖3-5 典型之荷重與沉陷曲線圖 82 圖3-6 Chin法求極限承載力 82 圖3-7 Brinch Hansen´s 90%法則求極限承載力 83 圖3-8 Brinch Hansen´s 80%法則求極限承載力 83 圖3-9 Mazurkiewicz法求極限承載力 84 圖3-10 Vander Veen法求極限承載力 84 圖3-11 Davisson法求極限承載力 85 圖3-12 De Beer法求極限承載力 85 圖3-13 Fuller&Hoy法及Butler&Hoy法求極限承載力 86 圖3-14 典型Q-S曲線(Kulhawy,1996)[22] 86 圖4-1 台北盆地之地理位置(摘自亞新公司，1987) 87 圖4-2 由248學術鑽孔資料所繪製之盆地松山層底部等深圖 88 圖4-3 台北市區景美礫石層之良好承載層頂部深度 89 圖4-4 樁受均變剪應力示意圖 90 圖4-5 樁表面於均變剪應力下之受力示意圖 90 圖4-6 樁材受力微觀圖 91 圖4-7 樁受均變剪應力(三角形)示意圖 91 圖4-8 樁表面於三角形均變剪應力下之受力圖 92 圖4-9 樁載重試驗曲線延伸之範例 92 圖4-10 GEDBS系統整體架構圖 (摘自李咸亨，1991)[35] 93 圖4-11 GEDBS系統資料處理架構圖 (摘自李咸亨，1991)[33] 93 圖4-12 臺北市區點承式反循環樁之允許設計載重、樁徑、和長細比之關係(摘自李咸亨，1990)[28] 94 圖4-13 臺北市區控制優良之點承式反循環樁之允許設計載重 94 圖4-14 簡化的OpenGL 程序 95 圖4-15 本研究設計之視覺化程式概念流程圖 95 圖4-16 進入GEOLOG系統 96 圖4-17 選取鑽孔位置 96 圖4-18 由GEOLOG所選取之鑽孔柱狀圖 97 圖4-19 (a) 由專家系統所建議的剖面連線 98 圖4-20 以圓內切多邊形表達鑽孔側面之示意圖 100 圖4-21 以連續扇形繪出鑽孔頂部與底部 100 圖4-22 含有單一土層的鑽孔表示圖 101 圖5-1 編號1之Q-S原始曲線 102 圖5-2 編號2之Q-S原始曲線 102 圖5-3 編號3之Q-S原始曲線 103 圖5-4 編號4之Q-S原始曲線 103 圖5-5 編號5之Q-S原始曲線 104 圖5-6 編號6之Q-S原始曲線 104 圖5-7 編號7之Q-S原始曲線 105 圖5-8 編號8之Q-S原始曲線 105 圖5-9 編號9之Q-S原始曲線 106 圖5-10 編號10之Q-S原始曲線 106 圖5-11 編號11之Q-S原始曲線 107 圖5-12 編號12之Q-S原始曲線 107 圖5-13 編號13之Q-S原始曲線 108 圖5-14 編號14之Q-S原始曲線 108 圖5-15 編號15之Q-S原始曲線 109 圖5-16 編號16之Q-S原始曲線 109 圖5-17 編號17之Q-S原始曲線 110 圖5-18 編號18之Q-S原始曲線 110 圖5-19 編號19之Q-S原始曲線 111 圖5-20 編號20之Q-S原始曲線 111 圖5-21 編號1之試樁曲線達Davission法 112 圖5-22 編號2之試樁曲線達Davission法 112 圖5-23 編號3之試樁曲線達Davission法 113 圖5-24 編號4之試樁曲線達Davission法 113 圖5-25 編號7之試樁曲線達Davission法 114 圖5-26 編號8之試樁曲線達Davission法 114 圖5-27 編號9之試樁曲線達Davission法 115 圖5-28 編號10之試樁曲線達Davission法 115 圖5-29 編號11之試樁曲線達Davission法與Terzaghi法 116 圖5-30 編號12之試樁曲線達Davission法與Terzaghi法 116 圖5-31 編號13之試樁曲線達Davission法 117 圖5-32 編號14之試樁曲線達Davission法 117 圖5-33 編號15之試樁曲線達Davission法與Terzaghi法 118 圖5-34 編號17之試樁曲線達Davission法與Terzaghi法 118 圖5-35 編號20之試樁曲線達Davission法 119 圖5-36 曲率最大點後之曲線延伸 119 圖5-37 編號11之樁以5%樁徑時的曲線延伸之圖形 120 圖5-38 編號12之樁以5%樁徑時的曲線延伸之圖形 120 圖5-39 編號15之樁以5%樁徑時的曲線延伸之圖形 121 圖5-40 編號17之樁以5%樁徑時的曲線延伸之圖形 121 圖5-41 本研究判定樁載重試驗之極限承載力流程圖 122 圖5-42 編號11之Vander Veen法推估其承載力 123 圖5-43 編號12之Vander Veen法推估其承載力 123 圖5-44 編號15之Vander Veen法推估其承載力 124 圖5-45 編號17之Vander Veen法推估其承載力 124 圖5-46 本研究20筆樁載重試驗資料於Qd-D圖中之分佈 125 圖5-47 本研究載重資料與李咸亨(1990)資料及其趨勢線於Qd-D圖中之分佈 126 圖5-48 本研究載重資料與李咸亨(1990)資料及趨勢線於Qd-D圖中之分佈比較 127 圖5-49 施作樁底灌漿之樁的允許設計載重與樁徑關係 128 圖5-50 編號17之樁允許設計承載力與樁徑關係 129 圖5-51 工程分區與允許設計載重關係 130 圖5-52 台北市工程分區圖(摘自 李咸亨，1996)[24] 131 圖5-53 台北市東西向剖面示意圖(摘自 李咸亨，1996)[24] 132 圖5-54 工程分區與允許設計載重關係(去除施行樁底灌漿之資料) 133 圖5-55 士林基地試驗曲線及其延伸段 134 圖5-56 士林基地資料長徑比、樁徑、允許設計載重之關係 135 圖5-57 信義基地試驗曲線及其延伸段 136 圖5-58 信義基地資料長徑比、樁徑、允許設計載重之關係 137 圖5-59 RenderC物件內容 138 圖5-60 ReDrawScence物件內容 139 圖5-61 DrawCylinder 物件內容 140 圖5-62 PlanCylinder物件內容 141 圖5-63 ChangerWinSize物件內容 142 圖5-64 SPRotekey物件內容 142 圖5-65 視窗大小比例不同調整後之情形 143 圖5-66 單一鑽孔含多種土層的視覺化表達 144 圖5-67 多個鑽孔之視覺化表示圖 145 圖5-68 三鑽孔之土層連續關係 146

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