簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 廖元敬
Yuan-ching Liao
論文名稱: 深開挖有限土體分析模式評估與應用
Evaluation and Application of Finite Soil Body Analytical Model for Deep Excavation
指導教授: 林宏達
Horn-da Lin
口試委員: 林永光
none
歐章煜
none
楊國鑫
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: 2011
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 114
中文關鍵詞: 深開挖有限土體非凝聚性土壤凝聚性土壤極限平衡法
外文關鍵詞: deep excavation, finite soil body, cohesionless soil, cohesive soil, limit equilibrium method
相關次數: 點閱:159下載:6
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 都會區進行深開挖工程,常遇近接施工情況,既有地下結構物與擋土壁之間形成有限寬度的土體。國內外若干開挖經驗顯示,此種有限土體引致之土壓力較無限土體引致之土壓力為小。本研究針對有限土體土壓力之極限平衡法推導中摩擦力的考量加以修改,其中非凝聚性土壤的分析原本只求出無考慮牆摩擦的結果,現加以修改以摩擦角考慮牆摩擦並重新分析出結果。凝聚性土壤之分析原本只考慮牆摩擦的情形,本研究加以修正,同時考慮牆摩擦與鄰近結構體摩擦。有限土體土壓力數值驗證分析部分也針對分析模型之邊界做了修正,讓數值模擬的土體更接近實際情況。數值分析結果驗證了極限平衡法分析。
    本研究所研擬之有限土體主動土壓力係數的折減方法因不同摩擦力的考慮情形,使應用上更為多元,使用者可依實際案例之需求作適當的折減。非凝聚性土壤以正規化之折減值Rd來求得折減後之主動土壓力係數即可應用於一維程式(RIDO程式)分析。凝聚性土壤的折減則是要先查得有限土體主動土壓力係數再代入一轉換式才能得到可以使用於一維程式分析的值。根據一個大型案例分別以兩個不同分析斷面進行應用性評估,將結果與監測資料比對發現不同有限土體寬度之壁體變位有明顯差異,本研究所建議的分析方法可提供深開挖設計參考。


    In an urban region, the design of a deep excavation project commonly involves the existing of adjacent buildings. Former studies have indicated that the earth pressure induced by the finite soil body is smaller than that caused by infinite soil mass. Therefore, this study modifies the wall friction consideration in limit equilibrium method analysis of finite soil body earth pressure. The original analytical results of cohesionless soil had not taken the wall friction into account, this study uses the friction angle to consider the wall friction and analyze the results. The original analytical method of cohesive soil had only taken the wall friction into account, this study adds the consideration of both the wall friction and the adjacent buiding’s friction. The methods developed in this study had been numerically verified by finite element method. The boundary condition for finite element analysis was also modified in this study to better represent the field condition. The results of the limit equilibrium method are well validated by the results of finit element analysis.
    The analytical methods proposed include seneral possible scenarios of wall friction consideration. So, engineers can choose the suitable one based on the situation of real case. For cohesionless soil, the lateral earth pressure of finite soil body can be determined by the normalized reduction factor Rd. For cohesive soil, the lateral earth pressure can be calculated using the equivalent coefficient of lateral earth pressure of finite soil mass and an equation to transform the coefficient into the value which can be used in 1-D analytical program (RIDO Program). This study also studied two different sections of a large-scale field case to verify these foregoing findings and evaluate its applicability. Both the analytical results and the measured values indicated that finite soil body does have significant effects on the wall displacements. Thus, the analytical methods developed in this study can be adopted for the design of deep excavation under such circumstance.

    目 錄 論文摘要 I ABSTRAT III 誌謝 V 目錄 VII 表目錄 X 圖目錄 XI 第一章 前言 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 研究內容及流程 2 第二章 文獻回顧 6 2.1 主動土壓理論 6 2.1.1 Rankine土壓理論 6 2.1.2 Coulomb土壓理論 9 2.2 設計用土壓力 12 2.2.1 非凝聚性土壤 12 2.2.2 凝聚性土壤 13 2.3 有限土體土壓力分析評估 14 2.3.1 開挖深度轉換法 14 2.3.2 庫倫土壓力轉換法 15 2.3.3 加勁擋土窄牆土壓力評估法 17 2.3.4 有限土體主動土壓力計算公式 19 2.3.5 有限土體極限平衡法 23 第三章 有限土體土壓力之極限平衡法分析 24 3.1 分析理念及架構 24 3.2 極限平衡法分析模式 24 3.3 非凝聚性土讓 28 3.3.1 無考慮牆摩擦 28 3.3.2 考慮牆摩擦 33 3.3.3 有限土體主動土壓力折減值 37 3.4 凝聚性土壤 40 3.4.1 考慮牆摩擦 42 3.4.2 考慮牆摩擦與鄰近結構物摩擦 42 3.4.3 有限土體主動土壓力折減值 43 3.5 小結 46 第四章 有限土體土壓力之PLAXIS-2D程式驗證分析 47 4.1 分析程式PLAXIS-2D介紹與說明 47 4.1.1 土壤模式說明 48 4.1.2 莫爾-庫侖模式的基本參數 53 4.1.3 分析使用之元素 54 4.1.4 分析模擬說明 55 4.2 土壤參數之決定方式 56 4.3 非凝聚性土壤 58 4.3.1 分析方式說明 59 4.3.2 分析結果比較 62 4.4 凝聚性土壤 65 4.4.1 分析方式說明 65 4.4.2 分析結果比較 71 4.5 小結 73 第五章 RIDO程式之有限土體分析模式 74 5.1 RIDO程式簡介 74 5.2 有限土體之分析模式 77 5.3 分析流程與步驟 80 第六章 案例應用的成效評估與應用方法建議 84 6.1 實際案例應用 84 6.1.1 案例介紹 84 6.1.2 分析說明 88 6.1.3 參數說明 89 6.1.4 施工步驟之模擬 95 6.1.5 分析結果之比較 97 6.2 應用成效評估 103 6.3 應用方法建議 106 第七章 結論與建議 107 7.1 結論 107 7.2 建議 110 參考文獻 111 表目錄 表2.1 側邊為相鄰構造物時擋土牆之變形量估算法(Iwasa等人,2006) 17 表3.1 有限土體土壓力分析法比較(修改自陳建勝,2010) 26 表3.2 有限土體破壞角度θf與φ'、L/H關係(無考慮牆摩擦) 31 表3.3 有限土體破壞角度θf與φ'、L/H關係(考慮牆摩擦) 35 表4.1 無凝聚性土壤輸入參數表 61 表4.2 凝聚性土壤輸入參數表 66 表4.3 Rankine主動土壓力之計算結果 69 表4.4 極限平衡法之計算結果 70 表6.1 簡化土層參數表 89 表6.2 RIDO程式分析使用之參數 90 表6.3 市民大道側扶壁參數表 91 表6.4 台高鐵隧道側扶壁參數表 92 表6.5 結構參數表 93 表6.6 鋼支撐參數 93 表6.7 市民大道側Ka'折減參數 94 表6.8 C1-II斷面台高鐵隧道側Ka'折減參數 95 表6.9 C1-III斷面台高鐵隧道側Ka'折減參數 95 表6.10 C1-II斷面最大壁體變位比較表 98 表6.11 C1-III斷面最大壁體變位比較表 99 表6.12 C1-II斷面折減效果比較表 104 表6.13 C1-III斷面折減效果比較表 104 圖目錄 圖1.1 鄰房大樓地下室與深開挖基地擋土結構間之有限土體 3 圖1.2 兩棟大樓地下室同時開挖構築 4 圖1.3 有限土體引致之土壓力 4 圖1.4 研究之步驟流程圖 5 圖2.1 摩爾圓與土壓力(方永壽,1987) 8 圖2.2 主動與被動Rankine土壓力(方永壽,1987) 8 圖2.3 飽和黏土受不排水剪力作用所產生的主動土壓力(方永壽,1987) 9 圖2.4 Coulomb主動土壓力(歐章煜,2002) 11 圖2.5 有限土體主動土壓力評估(Kono等人,2005) 15 圖2.6 鄰近接構造物擋土壁變形量評估分析(Iwasa等人,2006) 16 圖2.7 加勁窄牆土壓力係數折減值Rd(Yang and Liu,2007) 19 圖2.8 極限平衡法之有限土體土壓力(馬平等人,2008) 20 圖2.9 有限土體受力分析圖(李峰、郭院成,2008) 22 圖2.10 滑裂土體作用多邊形及計算圖(李峰、郭院成,2008) 22 圖3.1 大樓地下室擋土結構間有限土體剖面圖 27 圖3.2 有限土體主動土壓力分析剖面 28 圖3.3 有限土體破壞角度θf與φ'、L/H關係(無考慮牆摩擦) 31 圖3.4 主動土壓力係數與L/H關係(c'=0,φ'=30°) 32 圖3.5 有限土體主動土壓力分析剖面(考慮牆摩擦) 34 圖3.6 有限土體破壞角度θf與φ'、L/H關係(考慮牆摩擦) 36 圖3.7 主動土壓力係數與L/H關係 37 圖3.8 Rd與L/H關係圖(φ'=20°~40°)(Ka:Rankine) 39 圖3.9 Rd與L/H關係圖(φ'=20°~40°)(Ka:Coulomb) 39 圖3.10 不同牆摩擦的Rd與L/H關係圖(φ'=20°~40°)(Ka:Coulomb) 40 圖3.11 凝聚性土壤K與L/H關係圖(考慮牆摩擦) 45 圖3.12 凝聚性土壤K與L/H關係圖(考慮牆摩擦與鄰近結構物摩擦) 45 圖4.1 莫爾-庫侖彈性-完全塑性應力-應變關係(范嘉程,2001) 50 圖4.2 無凝性土壤數值分析剖面 60 圖4.3 分析網格 61 圖4.4 土壤水平有效應力與合力 62 圖4.5 無凝聚性土壤分析破壞塑性點 63 圖4.6 無凝聚性土壤數值分析和極限平衡法分析(考慮牆摩擦δ=φ'x2/3)之K與L/H關係比較圖 64 圖4.7 無凝聚性土壤之剪脹角有無考慮對K值的影響 64 圖4.8 凝聚性土壤之Rankine主動土壓力分佈圖 67 圖4.9 極限平衡法與Rankine主動土壓力理論比較 70 圖4.10 凝聚性土壤分析破壞塑性點 72 圖4.11 凝聚性土壤2Su/γH=0.2時數值分析和極限平衡法分析(考慮牆摩擦與鄰近結構物摩擦)之K與L/H關係比較圖 72 圖4.12 凝聚性土壤2Su/γH=0.2時數值分析和極限平衡法分析(考慮牆摩擦與鄰近結構物摩擦)之K與L/H關係比較圖 73 圖5.1 RIDO程式之荷重-變形關係(唐雨耕等人,2000) 75 圖5.2 互層土壤示意圖 80 圖5.3 案例模擬分析流程圖 82 圖5.4 RIDO模擬分析決定影響土層示意圖 83 圖6.1 基地位置圖 86 圖6.2 基地平面示意圖 87 圖6.3 C1-II分析斷面之剖面示意圖 87 圖6.4 C1-III分析斷面之剖面示意圖 88 圖6.5 市民大道側開挖變位比較 100 圖6.6 C1-II斷面台高鐵隧道側開挖變位比較 101 圖6.7 C1-III斷面台高鐵隧道側開挖變位比較 102 圖6.8 市民大道側不同折減條件之開挖變位比較 105

    1.方永壽,「擋土結構物之土壓力考慮」,地工技術,第7期,第4頁至14頁,1987。
    2.中華民國內政部頒布,建築物基礎構造設計規範,中華民國大地工程學會編印,2001。
    3.李峰,郭院成,「基坑工程有限土體主動土壓力計算分析研究」,建築科學,第24卷第1期,2008。
    4.林雅雯,地中壁應用於深開挖之分析研究,碩士論文,國立台灣科技大學營建工程系研究所,1998。
    5.范彩雲,鄰近開挖基地相互影響之有限元素分析,碩士論文,逢甲大學土木及水利工程研究所,2005。
    6. 范嘉程,「大地工程土壤-結構互制問題概論及電腦程式之應用」,200e大地工程電腦軟體應用研討會論文集,第3-1頁至3-23頁, 2001。
    7. 唐雨耕、歐章煜、李磑柏,「深開挖分析程式RIDO與VEX之缺陷與應用」,中英都會區深開挖研討會,第3-1頁至3-34頁, 2000。
    8.馬平,秦四清,錢海濤,「有限土體主動土壓力計算」,岩石力學與工程學報,第27卷,增1,2008。
    9.陳仁增,以有限元素法模擬牆移動型式對土壓力之影響 ,碩士論文,交通大學土木工程研究所,1990。
    10.陳光輝,擋土牆背側存在堅硬地層情況之土壓力行為,碩士論文,高雄第一科技大學營建工程研究所,2007。
    11.陳建勝,深開挖有限土體引致之土壓力分析與應用,碩士論文,國立台灣科技大學營建工程系研究所,2010。
    12.陳榮河,「極限平衡狀態之土壓力理論」,地工技術,第85期,pp.5-12,2001。
    13.陳廣祥、范彩雲,「減少兩相鄰開挖基地相互影響的施工方式之探討」,地工技術,第107期,pp.75-86,2006 。
    14.范嘉純,以FLAC程式探討剛性擋土牆於不同位移型式之土壓力分佈,碩士論文,中原大學土木工程研究所,2003。
    15.廖洪鈞、陳福勝,地盤改良設計施工及案例,科技圖書出版,2006。
    16.趙同彬,譚天亮,王虹,孫振武,蕭應勛,「擋土牆庫倫土壓力的遺傳算法求解分析」,岩土力學,第30卷第4期,2009。
    17.歐章煜,深開挖工程分析設計理論與實務,科技圖書出版,2002。
    18.謝小榮,「擋土牆土壓力計算方法的探討」,科技信習,第6期, 2007。
    19.謝旭昇,程日晟,蔡宗鍠,楊明州,「連續壁設計分析之實務考慮」,地工技術,第53期,第35至44頁,1996。
    20.謝旭昇,呂芳熾,「淺論扶壁式連續壁之分析與設計」,地工技術,第76期,第39至50頁,1999。
    21.Iwasa, Aoki and Kono, "Study lateral pressure on earth retaining wall based on measured lateral displacement near the adjacent structure," 地盤工學研究發表會, 日本,第41回,p1643-1644, 2006。
    22. Kono, Takao and Aoki, "Measurement Result of Lateral Displacement and Pressure of Earth Retaining Wall Near The Adjacent Structure,"Architectural institute of Japan, p631-632(2005).
    23. C.R. Lawson, M. ASCE, and T.W. Yee, "Reinforced soil retaining walls with constrained reinforced fill zones," Proceedings, Geo-Frontiers 2005, ASCE Geo-Institute Conference(2005).
    24. Matsuzawa, H. and Hazarika, H., ”Analysis of Active Earth Pressure Against Rigid Retaining Wall Subjected To Different Models of Moment,” Soils and Foundation, Tokyo, Japan, Vol. 36, No.3, p51-66(1996).
    25. Paik, K.H. and Salgado, R., ”Estimation of Active Earth Pressure against Rigid Retaining Walls Considering Arching Effects,” Geotechnique 53, No.7, pp643-653(2003).
    26. Ralph B. Peck, Walter E. Hanson and Thomas H. Thornburn, Foundation Engineering Second Edition, John Wiley and Sons, Inc., New York, pp.468 (1974).
    27. Tanaka, D., Aoki M. and Komo, T., "The Evaluation of Lateral Pressure on Retaining Wall Considering Adjacent Structure,”地盤工學研究發表會, 日本,第37回,p1579-1580,2002。
    28. Yang, K.H. and Zornberg, J. G., “ The Coefficient of Earth Pressure on Retaining Walls Placed in Front of A Stable Face with Limited Space,”(2006).
    29. Yang, K.H. and Liu, C.N., ”Finite Element Analysis of Earth Pressures for Narrow Retaining Walls,” Journal of the GeoEngineering, Vol, 2, No.2, pp43-52(2007).

    QR CODE