跳到主要內容

簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 蔡秉諺
Bing-yan Tsai
論文名稱: 砂質水泥改良土剪脹之依時性
Time dependency of dilatancy for cement treated sandy soil
指導教授: 張惠文
Huei-wen Chang
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
論文出版年: 2015
畢業學年度: 103
語文別: 中文
論文頁數: 127
中文關鍵詞: 三軸壓密不排水試驗潛變試驗剪脹係數時間依存性
外文關鍵詞: CU test, creep test, coefficient of dilatancy, time dependency
相關次數: 點閱:10下載:0
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
  • 利用水泥來進行土壤改良,透過少量的水泥添加,可提升回填土壤之工作性及適用性。在過去已有相關之動力三軸、靜力三軸及抗分散劑之添加等的研究與成果。然而,在受剪時間效應部分之探討卻仍顯得不足。本研究針對此一部分,進行相關之試驗分析與探討。
    在靜力三軸壓密不排水試驗方面,結果顯示添加水泥後,砂土產生改良作用,使得剪力強度提升。以靜力三軸壓密不排水潛變試驗,來瞭解水泥改良土之超額孔隙水壓隨時間之變化,試驗結果顯示添加水泥能降低超額孔隙水壓隨時間的增量。將試驗數據繪製成圖形並加以分析,求得一組不同水泥配比的剪脹係數與時間之關係式,經由此關係式可計算砂質水泥改良土受長時間軸向加載之超額孔隙水壓增量。以靜力三軸壓密不排水分階加載試驗來模擬,比較試驗結果與關係式之計算值是否相近,結果兩者十分一致,顯示本研究所得之關係式,具有一定之準確性,可用來作為實務上推估超額孔隙水壓隨時間之增量。最後,進行動力三軸試驗,探討其超額孔隙水壓之變化,結果發現與靜力試驗結果不同,快速加載有產生負值超額孔隙水壓之趨勢。


    To improve soil properties with cement, we may add a small amount of cement to enhance the workability and suitability of soil. A lot of researches had been conducted with cyclic triaxial tests, CU tests, and adding different types of coagulant in the past. However, research about time dependency of dilatancy is rare. In this study, the relative experiments were performed for analysis and discussion.
    In the static triaxial tests (CU test) of cement treated sand, the shear strength was improved. Then, to understand the development of excess pore water pressure with time, we performed a series of static triaxial creep tests. The test results showed that adding cement can decrease the development of excess pore water pressure. Use these experimental data to draw graphics, then a set of equations of dilatancy coefficient with time for different cement contents were obtained. Through these equations, the excess pore water pressure of cement treated sand applying a constant axial load for a long period can be obtained. Then, performed a series of step loading static triaxial tests, and compared the test results with the calculated values, and good consistency was obtained. The equations can be used as a practical estimation of excess pore water pressure with time. Finally, a cyclic triaxial test was performed to compare with the development of excess pore water pressure of static triaxial test (CU test). Negative values of excess pore water pressure were found in a rapid loading.

    摘要 I ABSTRACT II 目錄 III 照片目錄 VIII 表目錄 X 圖目錄 XI 符號說明 XV 第一章 緒論 1 1.1 研究動機 1 1.2 研究目的 2 1.3 研究方法 2 1.4 論文內容 3 第二章 文獻回顧 4 2.1 地盤改良 4 2.1.1 軟弱地盤 4 2.1.2 事前混合處理工法 5 2.2 水泥改良土 6 2.2.1 水泥成分與水化作用 6 2.2.2 水泥系材料穩定處理機制 7 2.2.3 土壤與水泥的固結機制 7 2.2.4 水泥改良土之性質及影響 8 2.2.5 添加水泥對疏鬆砂土之改良成效 9 2.3 砂土液化 9 2.3.1 液化定義 9 2.3.2 影響液化強度之因素 11 2.3.2.1 試體準備方式 11 2.3.2.2反覆加載作用頻率 11 2.3.2.3 顆粒組構特性 12 2.4 剪動速率對剪力強度之影響 12 2.5 土壤之應力路徑 13 2.5.1應力路徑對土壤剪力強度特性之影響 13 2.5.2水泥改良對土壤應力路徑之影響 14 2.6 飽和土壤之孔隙水壓力參數 14 2.7 受剪時間對飽和黏土超額孔隙水壓之影響 15 2.7.1 超額孔隙水壓與剪脹特性 15 2.7.2 剪脹特性與時間之關係 17 第三章 土樣與試驗方法 27 3.1 試驗砂樣與改良材料 27 3.1.1 試驗砂樣基本性質 27 3.1.2 改良材料 27 3.2 未改良及改良土體的製作 27 3.3 試驗方式及試驗儀器 29 3.3.1 靜態壓密不排水三軸試驗 29 3.3.1.1 控制系統 29 3.3.1.2 量測系統 31 3.3.1.3 動力系統 32 3.3.1.4 訊號擷取系統 33 3.3.1.5 三軸室 34 3.3.2 靜態壓密不排水三軸潛變試驗 34 3.3.3 靜態壓密不排水三軸分階加載試驗 35 3.3.4 動力三軸試驗 35 3.4 試驗步驟與流程 36 3.4.1 靜力三軸試驗 36 3.4.1.1 儀器校正階段 36 3.4.1.2 儀器準備階段 36 3.4.1.3 試體飽和階段 37 3.4.1.4 試體壓密階段 38 3.4.1.5 剪力加載階段 38 3.4.1.6 試驗數據整理 39 3.4.1.7 補償荷重之計算 39 3.4.2 靜力三軸潛變試驗 40 3.4.2.1 軸差應力加載階段 40 3.4.2.2 靜力三軸潛變試驗數據整理 41 3.4.3 靜力三軸分階加載試驗 41 3.4.4 動力三軸試驗 41 第四章 試驗結果與分析 67 4.1 靜力三軸試驗 67 4.1.1 靜力三軸壓密不排水試驗之應力路徑 68 4.1.2 水泥配比對應力路徑之影響 69 4.2 靜力三軸潛變試驗 69 4.2.1 超額孔隙水壓與時間之關係 70 4.2.2 水泥配比與超額孔隙水壓增量之關係 71 4.2.3 超額孔隙水壓歷時曲線正規化 71 4.2.4 剪脹係數之時間依存性 72 4.2.5 剪脹係數與時間關係式與水泥配比之關係 72 4.3 靜力三軸分階加載試驗 73 4.3.1 以軸差應力為變因之計算結果分析 74 4.3.2 以時間疊加之計算結果分析 75 4.4 動力三軸試驗 76 4.4.1 加壓速率對剪力強度之影響 77 4.4.2 剪脹係數與靜力三軸潛變試驗之差異 77 第五章 結論與建議 96 5.1 結論 96 5.2 建議 97 參考文獻 99 附錄一 軸向應力與軸向應變關係圖 104

    1. 王靖濤、周葆春,「論土體本構關係對應力路徑的依賴性」,岩石力學與工程學報,第二十七卷,增刊第一期,第2669-2674頁,(2008)。
    2. 台泥公司,產品種類,產品資訊部,台北(1999)。
    3. 赤井浩一,土質力學-朝倉土木工學講座5,朝倉書店,第86-116頁(1966)。
    4. 林士誠,「標準貫入試驗N值應用之彙整(一)」,台灣省土木技師工會技師報,第654期,(2009)。
    5. 邱奇昌,「砂土經水泥改良後之力學性質」,碩士論文,國立中央大學土木工程學系,中壢(2003)。
    6. 事前混合処理工法技術マニュアル,財団法人沿岸開発技術研究センター,日本,(2000)。
    7. 陳修,「水泥系材料改良飽和粘性土力學性質之研究」,碩士論文,國立中央大學土木工程學系,中壢(1984)。
    8. 陳婷,「水泥改良砂土之動靜態剪力強度特性」,碩士論文,國立中央大學土木工程學系,中壢(2011)。
    9. 陳榮嵩,「土石壩壩心材料之動態性質研究」,碩士論文,國立中興大學土木工程研究所,台中(1991)。
    10. 張善同,「旋轉灌漿固化地基之技術」,中國鐵道出版社,北京(1984)。
    11. 張惠文、廖新興,「時間效應對正常壓密飽和黏土受剪膨脹特性之影響」,中國土木水利工程學刊,第二卷,第一期,第89-93頁,(1990)。
    12. 張惠文,「國立中央大學地盤改良課程講義」,課程講義,國立中央大學土木工程學系,中壢(2008)。
    13. 善功企,「水泥混合砂質土回填工法相關研究─改良土之基本特性與混合回填試驗」,港灣技研資料,第五百七十九期,第41頁(1987)。
    14. 善功企,「液狀化對策之事前混合處理工法之開發」,土與基礎,第三十六卷,第六期,第27-32頁(1990)。
    15. 曾玲玲,陳曉平,「軟土在不同應力路徑下的力學特性分析」,岩土力學,第三十卷,第五期,第1264-1270頁(2009)。
    16. 曾勝華,曾娟,「低摻量水泥強度特性試驗研究」,路基工程,第四期,第17-19頁(2010)。
    17. 稲田倍穂¬,「飽和粘土のせん断変形と圧密による強さの増加」,土と基礎,第十五卷,第八期,第21-29頁(1967)。
    18. 稲田倍穂,赤石勝,張惠文,「非排水せん断の応力-ひずみ-時間関係及ぼす載荷段階の影響」,東海大学紀要(工学部)1977-2,第187-193頁(1978)。
    19. 稲田倍穂,赤石勝,張惠文,「飽和粘土の異方圧密中に生じるダイレタンシー」,第13回土質工学会研究発表会講演集,第193-196頁,日本(1978)。
    20. 稲田倍穂,赤石勝,張惠文,「等価応力に基づく正規圧密飽和粘土の体積変化に関する考察」,土木学会論文報告集,第306號(1981)。
    21. 盧彥旭,「水泥系輕質改良土工程性質之研究」,碩士論文,國立成功大學土木工程學研究所,台南(1995)。
    22. 蕭達鴻,「砂質土壤添加水泥材料工程特性之研究」,技術學刊,第11卷,第3期,第305-311頁(1996)。
    23. ASTM C128-07, “Standard test method for density, relative density (specific gravity), and absorption of coarse aggregate,” Annual Book of ASTM Standards, Vol. 04.02., pp. 1-7 (2007).
    24. Briaud, J., and Garland, E., “Loading rate method for pile response in clay,” Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol.111, No.3 , pp. 319-335 (1985).
    25. Dupas, I.M., and Decker, A., “Static and dynamic properties of sand cement,” Journal of Geotechnical Engineering Division, ASCE, Vol. 105, No. GT3, pp. 799-817 (1981).
    26. Ibsen, L. B., “The mechanism controlling static liquefaction and cyclic strength of sand,” Physics and Mechanics of Soil Liquefaction, Lade, England, pp. 29-39 (1999).
    27. Ishihara, K., "Liqufaction and flow failure during earthquakes," Geotechnique, Vol. 43, No. 3, pp. 315-415 (1993).
    28. Kramer, S.L., Geotechnical Earthquake Engineering, Prentice-Hall, Inc, London (1996).
    29. Kasama, K., Zen, K., and Iwataki, K., “Undrained shear strength of cement-treated soils,” Soils and Foundations, Vol. 46, No. 2, pp. 221-232 (2006).
    30. Katsioti, M., Giannikos, D., Tsakiridis, P.E., and Tsibouki, Z., “Properties and hydration of blended cement with mineral aluntte,” Construction and Building Materials, Vol. 23, pp. 1011-1021 (2009).
    31. Lade, P.V., Duncan, J.M., “Stress-path dependent behavior of cohesionless soil,” Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE, Vol. 102, No. GT1, pp. 42-48 (1976).
    32. Ladd, R.S., “Specimen preparation and liquefaction of sands,” Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE, Vol. 110, No. GT10, pp. 1180-1184 (1974).
    33. Ng, W.W., “Stress paths in relation to deep excavation,” Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol. 125, No. 5, pp. 357-363 (1999).
    34. Norris, G.M., “Advances in the effective stress approach to liquefaction behavior,” Physics and Mechanics of Soil Liquefaction, Lade, England, pp. 41-52 (1999).
    35. Seed, H. B. and Idriss, I. M., “Simplified Procedure for Evaluating Soil Liquefaction Potential,” Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE, pp.1249-1273 (1971).
    36. Seed, H.B., and Booker, J.R., “Stabilization of potential liquefiable sand Deposits using gravel drains,” Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE, Vo.103, No. GT7, pp. 757-768 (1977).
    37. Skempton, A. W., “The Pore-Pressure Coefficients A and B,” Géotechnique, Vol. 4, No. 4, pp. 143-147 (1954).
    38. Vaid, Y.P., and Sivathayalan, S., “Fundamental factors affecting liquefaction susceptibility of sand,” Physics and Mechanics of Soil Liquefaction, Lade, England, pp. 105-120 (1999).
    39. Whitman, W.C., “Native range fertilization and interseeding study,” Dickinson Experiment Station, Annual Report, pp. 11-16 (1957).
    40. Yang, C.P., “Behaviors of drained lateral extension for saturated sand and their application,” Journal of Mechanics, Vol. 23, No. 1, pp. 51-62 (2007).

    QR CODE
    :::