碩博士論文 89322070 詳細資訊


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姓名 邱奇昌(Chi-Chang Chiou)
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畢業系所 土木工程研究所(Civil Engineering)
畢業學位 碩士(Master) 畢業時期 091學年第1學期
論文名稱(中) 砂土經水泥改良後之力學性質
論文名稱(英) These mechanical properties of cement treated and untreated sands
檔案
89322070.pdf
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論文語文/頁數 中文/115
摘要(中) 本研究以峴港砂為試驗材料,探討在不同水泥配比與養治時間之條件下改良土及未改良土之力學性質,以瞭解水泥對砂土靜態及動態力學性質之改良效果。本研究之實驗重點乃以相對密度為40%之砂土,配以0.3%、0.5%及0.7%的水泥配比製作改良土試體,經7天、14天及28天養治後,進行無圍壓縮試驗、單向度壓密試驗、靜力三軸試驗及動力三軸試驗。
由試驗結果可知,水泥配比愈高,改良土的無圍壓縮強度愈高。改良土的無圍壓縮強度與養治時間之對數約呈線性增加之趨勢,且隨著水泥配比的增加,其△qu /△log tc的斜率愈大。當壓密壓力低於改良預壓力時,改良土水泥配比愈高,其壓縮指數有減少的趨勢,此一現象表示添加水泥的確可使土壤的壓密沉陷減少。
土壤添加水泥後,水泥的膠結作用使得顆粒間獲得大量的凝聚力,但這同時,顆粒間的摩擦力並未隨之等量提高,令抵抗破壞的剪力強度傾向於較大部份由凝聚力承受,亦即凝聚力將因水泥配比提高而大幅增加,摩擦角卻相對地減小。
本研究中,配比為0.5%之改良土試體的液化阻抗在養治時間28天比養治時間7天約增加37%,養治時間14天比養治時間7天約增加16%,而改良土試體養治時間為7、14及28天之液化阻抗約為未改良土試體之1.6~2.4倍。另外,本研究亦探討了改良土之剪力模數、阻尼比與配比間的關係,經試驗後,發現改良土對以上諸特性均有良好之改良效果。
摘要(英) This research focused on mechanical properties of cement treated and untreated sands, and discussed the effects of cement improvement. Cement treated sand specimens with relative density of 40﹪and cement mixing rates of 0.3%, 0.5% and 0.7% were used in the tests. Through various curing periods including 7, 14 and 28 days, unconfined compression tests, consolidation tests, triaxial compression tests and dynamic triaxial tests were performed.
From the experimental results, it is observed that the unconfined compression strengths of treated sands increased with the increase of cement mixing rates. The unconfined compression strengths of treated sands are also increased linearly proportional to the logarithm of curing periods. The compression indexes of treated sands decreased with the increase of cement mixing rates under the consolidation pressures lower than the treated preconsolidation pressure. These results show that the consolidation settlements can be reduced through the increase of cement mixing rates.
The cohesion of treated sands increased with the increase of cement mixing rates, but the friction angle of sand did not increase as much as that of cohesion under the same condition. These results make the cohesion of treated sands to bear most shear stress until failure.
The liquefaction resistance in 28 days is 37% higher than that of 7 days; the liquefaction resistance in 14 days is 16% higher than that of 7 days. On the whole, the liquefaction resistance of treated sands is 1.6~2.4 times higher than that of untreated sands when the curing periods are classified into three procedures including 7, 14, and 28 days. In addition, the relationships of shear modulus, damping ratio and cement mixing rates were investigated.
關鍵字(中)
  • 力學性質
  • 水泥配比
  • 液化
  • 砂土
  • 養治時間
  • 關鍵字(英)
  • cement mixing rate
  • curing period
  • liquefaction
  • mechanical properties
  • sand
  • 論文目次 目錄
    摘要I
    英文摘要II
    誌謝IV
    目錄V
    照片目錄IX
    表目錄X
    圖目錄XI
    符號說明XVI
    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砂土液化4
    2.1.1液化研究的開端4
    2.1.2反覆載重作用下土壤之力學行為4
    2.1.2.1地震力4
    2.1.2.2理想動力三軸試驗應力狀況5
    2.1.3液化之定義與機制6
    2.1.4影響液化阻抗之因素 9
    2.1.5土壤之動態特性 9
    2.2地盤改良10
    2.2.1軟弱地盤10
    2.2.2軟弱地盤之改良目的11
    2.2.3軟弱地盤之改良工法12
    2.2.3.1事前混合處理工法12
    2.3改良土14
    2.3.1土壤與水泥的固結原理14
    2.3.2改良土之基本性質15
    2.3.3前人研究16
    2.4反覆加載作用頻率對動態參數的影響19
    第三章 土樣與試驗方法32
    3.1試驗砂樣與改良材料32
    3.1.1試驗砂樣基本物理性質32
    3.1.2改良材料32
    3.2試體的製作32
    3.2.1未改良土試體32
    3.2.2改良土試體33
    3.3試驗方法及使用試驗儀器 34
    3.3.1無圍壓縮試驗34
    3.3.2單向度壓密試驗36
    3.3.3靜力三軸壓密不排水試驗36
    3.3.4動力三軸試驗37
    3.4動態試驗步驟 41
    3.4.1儀器校正階段42
    3.4.2試體準備階段42
    3.4.3試體飽和階段42
    3.4.4試體壓密階段43
    3.4.5動態試驗階段44
    3.4.5.1反覆加載作用頻率對動態參數的影響45
    3.4.6液化後再壓密階段45
    3.4.7資料處理階段46
    3.5補償荷重之計算46
    3.5.1靜力三軸補償荷重之計算46
    3.5.2動力三軸軸向荷重之計算47
    第四章 試驗結果與分析66
    4.1靜力試驗結果66
    4.1.1剪力強度特性66
    4.1.1.1水泥配比與無圍壓縮強度之關係66
        4.1.1.2養治時間與無圍壓縮強度之關係67
        4.1.1.3初始相對密度與無圍壓縮強度之關係67
        4.1.1.4剪力強度參數的變化68
    4.1.2壓密變形特性69
         4.1.2.1壓密曲線69
         4.1.2.2抑制壓密沉陷的效果70
    4.2動態性質71
       4.2.1資料處理方式71
       4.2.2超額孔隙水壓73
    4.2.3剪應力比與試體達到液化或破壞所需作用次數之關係75
       4.2.4反覆剪應力比與養治時間對剪力模數之影響75
       4.2.5反覆剪應力比與養治時間對剪應變之影響76
       4.2.6剪力模數與剪應變之關係76
       4.2.7阻尼比與剪應變之關係76
    第五章 結論與建議109
    5.1結論109
    5.2建議110
    參考文獻112

    照片目錄
    照片3.1峴港砂顆粒形狀(I)(放大40倍)50
    照片3.2峴港砂顆粒形狀(II)(放大200倍)50
    照片3.3模具側視 51
    照片3.4模具俯視51
    照片3.5無圍壓縮試驗儀之壓縮機52
    照片3.6無圍壓縮試驗儀與量測設備52
    照片3.7單向度壓密試驗儀53
    照片3.8單向度壓密試驗之壓密盒及測微錶53
    照片3.9土壤壓密盒組件54
    照片3.10靜力三軸試驗儀54
    照片3.11動力三軸試驗之控制與訊號擷取記錄系統55
    照片3.12 LABTECH-Control程式主畫面55
    照片3.13動力三軸試驗儀56

    表目錄
    表2.1剪力模數與阻尼比之影響因素20
    表2.2砂質土壤改良工法比較表21
    表3.1試驗砂樣之基本物理性質48
    表3.2波特蘭水泥第一型化學成分及物理性質48
    表3.3未改良土不同加載頻率動力三軸試驗結果(Dr=40%)49
    表4.1無圍壓縮強度試驗結果78
    表4.2各試體的破壞軸差應力79
    表4.3未改良土與改良土試體之剪力強度參數79
    表4.4(a)各水泥配比改良土試體之壓縮指數Cc1值79
    表4.4(b)各水泥配比改良土試體之壓縮指數Cc2值79
    表4.5(a)不同壓密壓力下各種配比之抑制沉陷率比較(tc=7days)80
    表4.5(b)不同壓密壓力下各種配比之抑制沉陷率比較(tc=14days)80
    表4.5(c)不同壓密壓力下各種配比之抑制沉陷率比較(tc=28days)81
    表4.6動態三軸試驗結果82

    圖目錄
    圖2.1地震波傳播路徑示意圖22
    圖2.2(a)土層未受到地震力作用前之應力狀況22
    圖2.2(b)土層受到地震力作用時之應力狀況22
    圖2.3理想動力三軸試驗之應力狀況23
    圖2.4一般動力三軸試驗之應力狀況23
    圖2.5理想動力三軸與一般動力三軸試驗之應力狀況比較24
    圖2.6液化前後之土層狀況示意圖24
    圖2.7應力與應變阻滯圈25
    圖2.8剪應力比與反覆加載次數26
    圖2.9反覆剪力比與試體到達液化或破壞所需作用次數之關係曲線
       27
    圖2.10改良土正規化孔隙水壓與正規化時間之關係曲線27
    圖2.11未改良土孔隙水壓與時間關係圖
        (Dr=45%, CSR=0.176, =98kPa, ub=196kPa) 28
    圖2.12改良土孔隙水壓與時間關係圖
    (aw=2%, tc=7days, Dr0=45%, CSR=0.832, =98kPa, ub=196kPa) 28
    圖2.13剪力模數與剪應變之關係圖29
    圖2.14阻尼比與剪應變之關係圖29
    圖2.15不同加載頻率剪力模數之比較30
    圖2.16不同加載頻率阻尼比之比較30
    圖2.17不同應力比孔隙水壓與荷重週次之關係(0.25 Hz)31
    圖2.18不同應力比孔隙水壓與荷重週次之關係(1.0 Hz)31
    圖3.1試驗砂樣粒徑分佈曲線57
    圖3.2動力三軸系統裝置示意圖58
    圖3.3三軸室裝置示意圖59
    圖3.4靜力三軸試驗步驟流程圖60
    圖3.5動力三軸試驗步驟流程圖61
    圖3.6不同加載頻率剪力模數之比較62
    圖3.7不同加載頻率阻尼比之比較62
    圖3.8不同反覆剪應力比孔隙水壓與荷重週次之關係63
    圖3.9靜力三軸試體受應力之狀況示意圖64
    圖3.10動力三軸試體受應力之狀況示意圖65
    圖4.1(a)無圍壓縮強度與配比之關係(Dr0=40%)83
    圖4.1(b)無圍壓縮強度與配比之關係(Dr0=50%)83
    圖4.1(c)無圍壓縮強度與配比之關係(Dr0=60%)84
    圖4.2(a)無圍壓縮強度與養治時間之關係(Dr0=40%)85
    圖4.2(b)無圍壓縮強度與養治時間之關係(Dr0=50%)85
    圖4.2(c)無圍壓縮強度與養治時間之關係(Dr0=60%)86
    圖4.3(a)無圍壓縮強度與初始相對密度之關係(tc=3 days)87
    圖4.3(b)無圍壓縮強度與初始相對密度之關係(tc=7 days)87
    圖4.3(c)無圍壓縮強度與初始相對密度之關係(tc=14 days)88
    圖4.3(d)無圍壓縮強度與初始相對密度之關係(tc=28 days)88
    圖4.4(a)未改良土試體之破壞包絡線89
    圖4.4(b)改良土試體之破壞包絡線(aw=0.3%)89
    圖4.4(c)改良土試體之破壞包絡線(aw=0.5%)90
    圖4.4(d)改良土試體之破壞包絡線(aw=0.7%)90
    圖4.5(a)不同配比之改良土單向度壓密曲線(tc=7 days)91
    圖4.5(b)不同配比之改良土單向度壓密曲線(tc=14 days)91
    圖4.5(c)不同配比之改良土單向度壓密曲線(tc=28 days)92
    圖4.6(a)配比與壓縮指數Cc1關係圖93
    圖4.6(b)配比與壓縮指數Cc2關係圖93
    圖4.7抑制沉陷率RS的定義94
    圖4.8(a)不同配比之沉陷改良效果(tc=7 days)94
    圖4.8(b)不同配比之沉陷改良效果(tc=14 days)95
    圖4.8(c)不同配比之沉陷改良效果(tc=28 days)95
    圖4.9正規化孔隙水壓與正規化時間之關係曲線96
    圖4.10(a)未改良土軸向應變與時間關係圖
        (Dr=40%, CSR=0.149, =49kPa, ub=98kPa)97
    圖4.10(b)未改良土軸向反覆應力與時間關係圖
        (Dr=40%, CSR=0.149, =49kPa, ub=98kPa)97
    圖4.10(c)未改良土孔隙水壓與時間關係圖
        (Dr=40%, CSR=0.149, =49kPa, ub=98kPa)98
    圖4.10(d)未改良土軸向反覆應力與軸向應變圖
        (Dr=40%, CSR=0.149, =49kPa, ub=98kPa)98
    圖4.10(e)未改良土應力路徑圖
        (Dr=40%, CSR=0.149, =49kPa, ub=98kPa)99
    圖4.11(a)改良土軸向應變與時間關係圖
    (aw=0.3%, tc=7days, Dr0=40%, CSR=0.28, =49kPa, ub=98kPa)100
    圖4.11(b)改良土軸向反覆應力與時間關係圖
    (aw=0.3%, tc=7days, Dr0=40%, CSR=0.28, =49kPa, ub=98kPa)100
    圖4.11(c)改良土孔隙水壓與時間關係圖
    (aw=0.3%, tc=7days, Dr0=40%, CSR=0.28, =49kPa, ub=98kPa)101
    圖4.11(d)改良土軸向反覆應力與軸向應變圖
    (aw=0.3%, tc=7days, Dr0=40%, CSR=0.28, =49kPa, ub=98kPa)101
    圖4.11(e)改良土應力路徑圖
    (aw=0.3%, tc=7days, Dr0=40%, CSR=0.28, =49kPa, ub=98kPa)102
    圖4.12反覆剪應力比與試體達液化所需作用次數之關係圖103
    圖4.13峴港砂與麥寮砂之液化強度曲線103
    圖4.14(a)反覆剪應力比與剪力模數之關係(tc=7 days)104
    圖4.14(b)反覆剪應力比與剪力模數之關係(tc=14 days)104
    圖4.14(c)反覆剪應力比與剪力模數之關係(tc=28 days)105
    圖4.15(a)反覆剪應力比與剪應變之關係(tc=7 days)106
    圖4.15(b)反覆剪應力比與剪應變之關係(tc=14 days)106
    圖4.15(c)反覆剪應力比與剪應變之關係(tc=28 days)107
    圖4.16剪力模數與剪應變之關係圖108
    圖4.17阻尼比與剪應變之關係圖108
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    指導教授
  • 張惠文 (Huei-Wen Chang)
  • 口試日期 2003-01-10 繳交日期 2003-01-17

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