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研究生: 林亦郎
Yi-Lang Lin
論文名稱: 地中壁對粘土層開挖變形影響之研究
The Effect of Cross Walls on the Movements of Excavations in Clay
指導教授: 歐章煜
Chang-Yu Ou
口試委員: 陳正興
none
謝旭昇
none
林宏達
none
楊國鑫
none
謝百鈎
none
學位類別: 博士
Doctor
系所名稱: 工程學院 - 營建工程系
Department of Civil and Construction Engineering
論文出版年: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 305
中文關鍵詞: 地中壁開挖三向度數值分析粘土側向位移
外文關鍵詞: lateral wall displacement
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  • 為瞭解地中壁對粘土層開挖變形之影響,本研究首先針對四個座落於台北盆地,設置地中壁的深開挖案例,以三向度有限差分程式FLAC3D進行數值模擬分析,並與監測結果進行比較驗證,據以建議合理的地中壁深開挖工程三向度數值分析模擬方法及參數擇取的原則,供地中壁深開挖工程設計分析時使用。本研究針對土壤強度、開挖深度、地中壁間距、開挖寬度、壁體系統勁度、地中壁剛度比及支撐軸向剛度等各項影響因素進行參數研究,總共進行266組粘土層深開挖假設案例模擬分析,求得各參數與兩地中壁中間處,即束制效果最小處之平面應變比(PSRm)的關係式。此PSRm乘上以數值分析求得之無設置地中壁平面應變時壁體最大側向位移量(δhm,ps),即可預估地中壁設置後兩地中壁中間處壁體之最大側向位移量(δhmas),了解設置地中壁對粘土層深開挖工程壁體變位之影響。本研究另以260組模擬結果針對地中壁深度的影響進行探討及設置建議,求得在不增加兩地中壁中間處平面應變比(PSRm)條件下之最小最經濟的地中壁深度。此外,本研究進行實際案例驗證,建立一套深開挖工程地中壁的簡化設計法,供目前業界使用。


    To clarify the effect of cross walls on the movements of excavations in clay, the four well measured case histories with cross walls located in Taipei basin are used to validate the analysis procedure and its parameter selection procedure. Many factors, such as strength of soils, height of cut, span of cross walls, width of cut, diaphragm wall system stiffness, cross wall stiffness ratio and strut axial stiffness are studied to establish the relationship between the effect of cross walls on wall movements and these factors by performing 266 sets of hypothetical cases for parametric studies. The relation of each parameter and the plane strain ratio (PSRm) in the center of the two adjacent cross walls where the constraint is the minimum is studied. The maximum lateral wall displacement in the center of the two adjacent cross walls (δhmas) can be predicted from the maximum lateral wall displacement without cross walls(δhm,ps) multiplied by PSRm for evaluating the effect of the cross walls to the wall displacement for deep excavations in clay. The minimum and economic design of the depth of the cross walls are investigated by another 260 sets of simulations without increasing the plane strain ratio (PSRm) in the center of the two adjacent cross walls. Moreover, a simplified method for the design of deep excavation with cross walls is validated and established.

    中文摘要 Ⅰ 英文摘要 Ⅱ 誌謝 Ⅲ 目錄 Ⅳ 符號索引 Ⅸ 表索引 ⅩⅦ 圖索引 ⅩⅨ 第一章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 研究目的 2 1.3 研究方法與內容 2 第二章 文獻回顧 6 2.1 擋土壁體之變形特性 6 2.1.1 影響擋土壁體變形之因素 6 2.1.2 擋土壁體之位移型態 6 2.1.3 三向度之影響 9 2.2 地中壁之應用 10 2.3 地中壁之施工品質 11 2.4 地中壁之設置方式與效應 14 2.5 地中壁之分析模式 15 2.5.1 分析程式 15 2.5.2 土壤組合律模式 17 2.6 地中壁之模擬方法 22 第三章 三向度數值分析模擬和驗證 24 3.1 前言 24 3.2 材料模式 26 3.3 網格與邊界設定 28 3.4 開挖作業模擬 29 3.4.1 初始應力分析 29 3.4.2 初始水壓及抽水之模擬 31 3.4.3 開挖之模擬 34 3.4.4 支撐架設及預力之模擬 34 3.5 土壤參數之決定 35 3.5.1 粘土層 36 3.5.1.1 MCC模式 36 3.5.1.2 Mohr-Coulomb模式 39 3.5.2 砂土層 41 3.6 結構參數之決定 43 3.7 開挖案例之三向度數值分析 44 3.7.1 工程概況 45 3.7.2 地質狀況 45 3.7.3 監測系統概述 46 3.7.4 輸入之參數 47 3.7.5 網格及施工步驟模擬 49 3.7.6 分析結果與比較 50 3.8 各項分析結果驗證 51 3.8.1 不同模式分析驗證 51 3.8.2 不同邊界長度驗證 52 3.8.3 不同收歛準則驗證 53 第四章 設置地中壁之案例分析與成效探討 55 4.1 案例一之開挖分析 55 4.1.1 工程概況 55 4.1.2 地質狀況 56 4.1.3 監測系統概述 57 4.1.4 輸入之參數 58 4.1.5 網格及施工步驟模擬 60 4.1.6 分析結果與比較 61 4.2 案例二之開挖分析 64 4.2.1 工程概況 64 4.2.2 地質狀況 65 4.2.3 監測系統概述 66 4.2.4 輸入之參數 67 4.2.5 網格及施工步驟模擬 68 4.2.6 分析結果與比較 69 4.3 案例三之開挖分析 72 4.3.1 工程概況 72 4.3.2 地質狀況 72 4.3.3 監測系統概述 73 4.3.4 輸入之參數 74 4.3.5 網格及施工步驟模擬 75 4.3.6 分析結果與比較 76 4.4 案例四之開挖分析 78 4.4.1 工程概況 78 4.4.2 地質狀況 79 4.4.3 監測系統概述 80 4.4.4 輸入之參數 81 4.4.5 網格及施工步驟模擬 82 4.4.6 分析結果與比較 83 4.5 分析之結論 86 第五章 地中壁對連續壁變位之三向度影響 88 5.1 基本假設案例及基本參數設定 90 5.1.1 基本假設案例之設定 90 5.1.2 輸入之參數 90 5.1.3 綱格及施工步驟模擬 91 5.1.4 基本參數之設定 92 5.2 參數研究之參數變化架構 94 5.3 地中壁與連續壁角隅效應比較 95 5.4 各影響因素對平面應變比之影響 97 5.4.1 土壤強度對平面應變比之影響 97 5.4.2 開挖深度對平面應變比之影響 97 5.4.3 地中壁間距對平面應變比之影響 98 5.4.4 開挖寬度對平面應變比之影響 98 5.4.5 壁體系統勁度對平面應變比之影響 99 5.4.6 地中壁剛度比對平面應變比之影響 99 5.4.7 支撐軸向剛度對平面應變比之影響 99 5.5 地中壁設置之平面應變比評估 100 第六章 地中壁深度之影響與決定 102 6.1 地中壁深度參數之變化架構 103 6.2 地中壁深度對平面應變比之影響 104 6.3 地中壁深度之設計建議 110 6.3.1 開挖面上方地中壁深度比之設計建議 110 6.3.2 開挖面下方地中壁深度比之設計建議 113 第七章 案例驗證及地中壁的簡化設計法 117 7.1 實際地中壁開挖案例最大側向位移量之預測比較 117 7.2 地中壁的設計程序 121 第八章 結論與建議 123 8.1 結論 123 8.2 建議 128 參考文獻 131 附  錄 296 作者簡介 302 授 權 書 305

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