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研究生： 吳浩仁
Wu, Hao-Jen
論文名稱： 加勁擋土系統耐震分析
指導教授： 黃景川
Huang, Ching-Chuan
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： 2005
畢業學年度： 93
語文別： 中文
論文頁數： 127
中文關鍵詞： 擬靜態分析 、振動台試驗 、動態穩定 、極限平衡法 、橋台 、加勁擋土牆
外文關鍵詞： limiting equilibrium methods, bridge abutment, shaking table, soil retaining wall, seismic stability, pesudo-static method
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    • 　　本研究針對位於斜坡上之不同類型的擋土系統於震動下之穩定性提出探討，整體的分析分成牆背主動破壞與基礎承載力破壞兩部分。牆背主動破壞以"多楔形"擬靜態分析法，以極限平衡法之觀點由力平衡式著手推導。基礎承載力破壞部份以Janbu切片法分析計算牆底之承載力，分別計算其安全係數，進而推求於地震中可能造成之變位。以集集地震之破壞案例為例進行變位驗證可得相當符合之結果。並與日本鐵道技術研究所(JRTRI)於2001年之一系列振動台試驗作一驗證比對，進而提出針對現有之極限平衡法對於加勁力評估方式之三種改良參數。以此三種改良參數套用於傳統之極限平衡法所得之結果並實驗結果相當之一致。

    目　錄 摘要......................................................................Ⅰ 致謝......................................................................Ⅱ 目錄......................................................................Ⅲ 表目錄....................................................................Ⅶ 圖目錄....................................................................Ⅷ 第一章　緒論..............................................................1 1-1　前言.................................................................1 1-2　研究目的.............................................................2 1-3　研究方法.............................................................2 1-4　研究應用.............................................................3 第二章 文獻回顧..........................................................4 2-1側向土壓力理論.........................................................4 　2-1-2　Coulomb土壓力理論................................................5 　2-1-3　Terzaghi之廣義楔形土壓力理論.....................................6 　2-1-4　Mononobe-Okabe 動態土壓力理論....................................7 2-2　基礎承載力理論.......................................................9 　2-2-1 Terzaghi之承載力公式..............................................9 　2-2-2 Janbu切片分析法...................................................10 　2-2-3變位分析...........................................................11 2-3　相關研究與試驗.......................................................12 　2-3-1位於砂質邊坡之基礎穩定分析.........................................12 　2-3-2擋土牆模型與振動台試驗.............................................13 第三章　理論推導與計算流程................................................27 3-1　主動破壞之安全係數FS(active) ........................................27 　3-1-1主動破壞區之計算流程...............................................28 　3-1-2牆背主動土壓力max.PF之推導式.......................................29 　3-1-3牆底極限摩擦阻抗Sf之推導式.........................................33 　3-1-4被動阻抗min.PWP之推導式............................................33 3-2　承載力破壞之安全係數FS(Bearing) .....................................35 　3-2-1基礎承受之載重Pb...................................................36 　3-2-2基礎極限承載力之推導式.............................................37 　 第四章　理論與實際案例驗證................................................44 4-1　動態主動土壓力之驗證.................................................44 4-2　被動組抗之驗證.......................................................45 4-3　基礎承載力之驗證.....................................................45 　4-3-1位於邊坡上基腳之承載力.............................................46 　4-3-2地表傾斜因素iα.....................................................46 　4-3-3基礎埋入深度id.....................................................48 　4-3-4傾斜荷重因素iγ.....................................................49 4-4　實際案例分析.........................................................50 　4-4-1考慮地震力之穩定分析...............................................50 　4-4-2考慮地震力之變位分析...............................................52 第五章　振動台模型試驗驗證................................................67 5-1　Case1重力式擋土牆....................................................68 5-2　Case2懸臂式擋土牆....................................................69 5-3　Case3剛性面板加勁牆..................................................70 　5-3-1　實驗量測張力值...................................................71 　5-3-2　由量測張力值探討加勁力分析方法...................................72 　5-3-3　新加勁力分析方法.................................................75 　5-3-4　使用量測張力值與新加勁力分析法比較...............................76 　5-3-5　新舊加勁力分析方法比較...........................................77 　5-4　Case4重力式加土釘加勁牆............................................78 　5-5　Case5剛性面板加土釘加勁牆..........................................80 　5-6　綜合比較...........................................................81 第六章　橋台耐震之應用....................................................110 6-1　分析斷面、輸入參數與震波.............................................110 6-2　垂直震波(λ值)對橋台之影響............................................111 6-3　牆趾被動土壓的貢獻...................................................113 第七章 結論與建議........................................................119 7-1　結論.................................................................119 7-2　建議與後續研究.......................................................122 參考文獻..................................................................123 自述......................................................................127 表　目　錄 表4-1　Hansen及Vesic之不同坡角之修正係數..................................54 表4-2　實際破壞案例之土壤參數.............................................55 表4-3(a)　案例1khcr與水平變位之關係.......................................55 表4-3(b)　案例1khcr與垂直變位之關係.......................................55 表4-4(a)　案例2khcr與水平變位之關係.......................................56 表4-4(a)　案例2khcr與垂直變位之關係.......................................56 表5-1　Case1重力式擋土牆分析結果..........................................82 表5-2　Case2懸臂式擋土牆分析結果..........................................82 表5-3　Case3使用量測張力值分析之khcr變化與變位結果........................83 表5-4　Case3改良與未改良加勁力分析方法比較................................83 表5-5　Case4改良與未改良加勁力分析方法比較................................83 表5-6　Case5改良加勁力分析法每次震波變位資料..............................84 表6-1　被動土壓PP、λ值、khcr與水平變位之關係..............................114 圖　目　錄 圖2-1　Coulomb土壓力示意圖................................................15 圖2-2　動態主動土壓力及幾何關係示意圖.....................................15 圖2-3　動態主動土壓力之分佈...............................................16 圖2-4　Janbu切片法切片形式................................................17 圖2-5　Newmark水平變位計算示意圖..........................................18 圖2-6(a)　主動區之滑動面上變位場關係示意圖................................19 圖2-6(b)　基礎承載區之滑動面上變位場關係示意圖............................20 圖2-7　由模型試驗假設之破壞機制...........................................21 圖2-8(a)　重力式模型牆(LW)示意圖..........................................22 圖2-8(b)　重力式加土釘加勁之後靠式模型牆(RLW)示意圖…......................22 圖2-8(c)　懸臂式模型牆 (CW)示意圖.........................................22 圖2-8(d)　剛性面板加勁模型牆(RW)示意圖....................................23 圖2-8(e)　剛性面板加土釘加勁模型牆(RRW)示意圖…............................23 圖2-9　振動台輸入階段性震波示意圖.........................................24 圖2-10(a)　LW模型牆之變位與剪力帶位置.....................................25 圖2-10(b)　RLW模型牆之變位與剪力帶位置....................................25 圖2-10(c)　CW模型牆之變位與剪力帶位置.....................................25 圖2-10(d)　RW模型牆之變位與剪力帶位置.....................................26 圖2-10(e)　RRW模型牆之變位與剪力帶位置....................................26 圖3-1　潛在破壞面示意圖...................................................40 圖3-2　主動破壞區之三楔形區作用力示意圖...................................41 圖3-3　承載力破壞考慮之破壞機制示意圖.....................................42 圖3-4　計算牆背主動破壞之安全係數各力示意圖...............................43 圖4-1　主動土壓力PF與水平地震係數kh之關係圖...............................57 圖4-2　主動土壓力係數KAE與水平地震係數kh之關係圖..........................57 圖4-3　KPE/KPE( α=0° )與坡角α之關係圖.....................................58 圖4-4　被動土壓力係數KPE與水平地震係數kh之關係圖..........................58 圖4-5　不同分析方法求得之承載力因素Nγ與坡角α之關係圖......................59 圖4-6　地表傾斜因素iα與坡角α之關係圖......................................59 圖4-7　基礎埋入深度因素id與D/B之關係圖....................................60 圖4-8　傾斜荷重因素iγ與載重傾斜角β之關係圖................................60 圖4-9(a)　台149乙線2K+880斷面.............................................61 圖4-9(b)　台149乙線6K+663斷面.............................................61 圖4-10　案例1(149b2k)之kh與Fs之關係圖.....................................62 圖4-11　案例2(149b6k)之kh與Fs之關係圖.....................................63 圖4-12　案例1牆體水平變位累積值與地震歷時之關係圖.........................64 圖4-13　案例2牆體水平變位累積值(E向)與地震歷時之關係圖....................65 圖4-14　案例2牆體水平變位累積值(S向)與地震歷時之關係圖....................66 圖5-1(a)　Case1重力式擋土牆模型設置圖.....................................85 圖5-1(b)　Case2懸臂式擋土牆模型設置圖.....................................85 圖5-1(c)　Case3剛性面版加勁牆模型設置圖...................................85 圖5-1(d)　Case4重力式加土釘加勁牆模型設置圖...............................86 圖5-1(e)　Case5剛性面版加土釘加勁牆模型設置圖.............................86 圖5-2　主動土壓與水平地震力的關係.........................................87 圖5-3　擋土牆內部作用力示意圖.............................................87 圖5-4　Case1重力式擋土牆kh-FS關係圖.......................................88 圖5-5　Case1重力式擋土牆水平累積變位值與震波歷時之關係圖..................88 圖5-6　Case2懸臂式擋土牆kh-FS關係圖.......................................89 圖5-7　Case2懸臂式擋土牆水平累積變位值與震波歷時之關係圖..................89 圖5-8　Case3剛性面板加勁牆加勁材設置俯視圖................................90 圖5-9　Case3　Strain gage 設置位置示意圖..................................90 圖5-10(a)　距頂部50mm之加勁材上張力分佈(量測所得) ........................91 圖5-10(b)　距頂部100mm之加勁材上張力分佈(內插所得) .......................91 圖5-10(c)　距頂部150mm之加勁材上張力分佈(內插量測) .......................92 圖5-10(d)　距頂部200mm之加勁材上張力分佈(量測所得) .......................92 圖5-10(e)　距頂部250mm之加勁材上張力分佈(內插所得) .......................93 圖5-10(f)　距頂部300mm之加勁材上張力分佈(內插所得) .......................93 圖5-10(g)　距頂部350mm之加勁材上張力分佈(內插所得) .......................94 圖5-10(h)　距頂部400mm之加勁材上張力分佈(內插所得) .......................94 圖5-10(i)　距頂部450mm之加勁材上張力分佈(量測所得) .......................95 圖5-10(j)　距頂部500mm之加勁材上張力分佈(內插所得) .......................95 圖5-11　Case3使用量測張力值分析之khcr變化.................................96 圖5-12　Case3使用量測張力值分析-累計變位量與量測值比較....................96 圖5-13　Case3使用量測張力值分析每階段變位圖...............................97 圖5-14　加勁材發揮比例與正規化水平震度之關係圖............................97 圖5-15　加勁材對牆體之加勁力與顛峰加勁力比值與震度關係圖..................98 圖5-16　不同Rr-s下之總加勁力與量測總張力比較圖............................98 圖5-17　不同Rr-s下之發揮加勁力與代入量測張力值分析發揮加勁力比較圖 (φ=50°)99 圖5-18　不同Rr-s下之發揮加勁力與代入量測張力值分析發揮加勁力比較圖(φ=45°) 99 圖5-19　不同Rr-s下之TW與代入量測張力值分析之TW比較圖(φ=50°)...............100 圖5-20　不同Rr-s下之TW與代入量測張力值分析之TW比較圖(φ=45°)...............100 圖5-21　不同Rr-s下之khcr與代入量測張力值分析之khcr比較圖(φ=50°)...........101 圖5-22　不同Rr-s下之khcr與代入量測張力值分析之khcr比較圖(φ=45°)...........101 圖5-23　Case3加勁力分析修正後之不同震度下khcr之變化.......................102 圖5-24　Case3加勁力分析修正後每階段水平變位值與實驗量測值比較.............102 圖5-25　Case3加勁力分析修正後水平累積變位圖與實驗量測值比較...............103 圖5-26　Case3使用量測張力值與自行分析累積變位比較圖.......................103 圖5-27　Case3未改良加勁力分析方法Fs-kh關係圖..............................104 圖5-28　Case3未改良加勁力分析方法累計變位值與量測值比較...................104 圖5-29　Case4大口徑土釘型式與設置俯視圖...................................105 圖5-30　Case4改良加勁力分析方法kh與ah關係圖...............................105 圖5-31　Case4改良加勁力分析方法水平累積變位值與震波歷時之關係圖...........106 圖5-32　Case4未改良加勁力分析方法kh與FS關係圖.............................106 圖5-33　Case4未改良分析方法水平累積變位值與震波歷時之關係圖...............107 圖5-34　Case5改良加勁力分析方法kh與FS關係圖...............................107 圖5-35　Case5改良分析方法水平累積變位值與震波歷時之關係圖.................108 圖5-36　五種類型牆體φ＝50°分析變位與震度關係..............................108 圖5-37　五種類型牆體實驗量測變位與震度關係................................109 圖6-1　公路橋台耐震案例斷面與相關參數.....................................115 圖6-2　分析案例之水平累積變位與地震歷時之關係圖...........................115 圖6-3　集集大地震CHY028測站之ah、av、λ值分佈..............................116 圖6-4　λ值對橋台khcr之影響................................................117 圖6-5　λ值對橋台水平變位之影響............................................117 圖6-6　鄰近車籠埔斷層之測站λ值分佈關係....................................118 圖6-7　橋台基礎被動土壓對 khcr及FS之影響..................................118

    1. Atkinson, J.H. (1981) "Foundations and Slopes, An Introduction to
    Applications of Critical State Soil Mechanics" McGraw-Hill, London, Ch.4,6.
    2. Bowles, J.E., (1988) "Foundation analysis and design"McGraw-Hill,
    Singapore, Ch.4.
    3. Fang, Y.S., Chen, J.M., and Chen, C.Y. (1997) "Earth pressures with
    sloping backfill" J. Geotechnical and Geoenvironmental Engineering,
    ASCE, Vol. 123, No. 3, pp. 250-259.
    4. Hansen, J.B. (1970), "A revised and extended formula for bearing capacity"
    Danish Geotechnical Institute, Copenhagen, Bul. No. 28.
    5. Huang, C.C., and Tatsuoka, F. (1994) " Stability analysis for footings on
    reinforced sand slopes" Soils and Foundations, Vol. 34, No. 3, pp. 21-37
    6. Huang, C.C., Tatsuoka, F. , Yasuhiko, S (1994) "Failure mechanisms of
    reinforced sand slopes loaded with a footing" Soils and Foundations,
    Vol. 34, No. 2, pp. 27-40.
    7. Huang, C.C. (2000), "Investigations of the damaged soil retaining
    structures during the Chi-Chi earthquake" J. Chinese Institute of
    Engineers, Vol. 23, No. 4, pp. 417-428.
    8. Huang, C.C. and Chou L. H. (2000) "Stability analyses on the failed
    gravity soil retaining walls during the Chi-Chi earthquake", Proc. 2nd
    Multi-lateral Workshop on Development of Earthquake and Tsunami Disaster
    Mitigation Technologies and Their Integration for the Asia-Pacific Region
    (EQTAP), March 1-2, 2000, Kobe, Japan. pp.113-125.
    9. Huang, C.C., Tateyama, M., Kato, N. and Tatsuoka, F. (2000) "Model shaking
    tests of soil retaining walls situated on sand slope" Geosynthetics
    Engineering Journal, Japan chapter of Int. Geosynthetics Soc., Vol. 15,
    pp. 264-273.
    10. Huang, C.C., Chou, L.H., and Chen, Y.H. (2001) "Analyses of a near-fault
    geosynthetic-reinforced modular block wall damaged during the 1999 Chi-Chi
    earthquake" Proc. Int. Sympo. Earth Reinforcement, Fukuoka, Kyushu, Japan,
    Balkema, Ochiai et al. ed., pp. 369-374.
    11. Huang, C.C. (2002) "Comparative study on the seismic displacements of
    soil retaining walls situated on slope", Proc. Seventh International
    Conference on Geosynthetics, 7ICG-NICE 2002, Vol. 1, pp. 107-110.
    12. Huang, C.C., Chou,L.H. and Tatsuoka, F. (2003) "Seismic displacements
    of geosynthetic-reinforced soil modular block walls" Geosynthetics
    International, Vol. 10, No. 1., pp. 2-23. (SCI, EI)
    13. Huang, C.C. and Chen, Y.H. (2004) "Seismic stability of soil retaining
    walls situated on slope" J. Geotechnical and Geoenvironmental Engineering,
    ASCE, Vol. 130, No. 1, pp. 45-57.
    14. Huang, C.C. (2005) " Seismic displacements of soil retaining walls
    situated on slope "J. Geotechnical and Geoenvironmental Engineering,
    ASCE, Vol. 131, No. 9 .
    15. Kato, N., Tatsuoka, F., Huang, C.C., Tateyama, M. and Koseki, J.(2001)
    "Seismic stability of several types of retaining walls on sand slope"
    Geosynthetics Engineering Journal, Japan Chapter of Internal Geosynthetics
    Society, Vol. 16, pp. 61-68.
    16. Meyerhof, G.G. (1963) "Some recent research on the bearing capacity of
    foundations" Can. Geotech. J., Vol. 1, No. 1, pp. 16-26.
    17. Newmark, N.M.(1965) "Effects of earthquake on dams and embankments"
    Geotechnique, Vol. 15, No. 2, pp. 139-159.
    18. Janbu. N (1977), "Earth pressures and bearing capacity calculations by
    generalized procedure of slices", Norwegian Geotechnical Institute,
    pp.207-212.
    19. Bathurst, R.J., D.Walters, N.Vlachopoulos, P.Burgess, and T.M.Allen ,
    "Full scale testing of geosynthetics reinforced walls",ASCE special
    publication, proceedings of GeoDenver 2000,6-12 Augst 2000, Denver,
    Colorada.
    20. R.J. Bathurst, T.M. Allen, and D.L. Walters, "Short-term strain and
    deformation behavior of geosynthetic walls at working stress conditions",
    Geosynthetics International, Vol.9, Nos.5-6, pp.451-485
    21. Seed, H.B., and Whitman, R.V. (1970), "Design of earth retaining
    structures for dynamic loads"Lateral stresses in the ground and drsign
    of earth retaining structures, ASCE, New York, 103-147.
    22. Vesic, A.S.(1973) , " Analysis of ultimate loads of shallow
    foundations "Proc. ASCE, Vol.99, SM 1, pp. 45-73.
    23. Vesic,A.S.(1975), Chap. 3: Foundation Engineering Handbook, 1st ed.,
    Winterkorn and Fang, Van Nostrand Reinhold, 751 pp.
    24. 黃景川(1993) "加勁邊坡之穩定分析－切片法電腦程式之開發與比較" 地工技術，
    第43期，pp. 60-69。
    25. 黃景川、陳柏瑋、周禮輝(2001) "公路擋土系統在強震下之變位與補強對策"
    地工技術，第85期，pp.13-24。
    26. 陳昱宏，"位於斜坡上檔土牆之地震中破壞調查與變形分析"
    國立成功大學土木研究所，碩士論文(2001)。
    27. 加藤範久，"斜面上各種擋土牆之耐震性"(日文），
    日本東京大學工學部土木工學科，碩士論文(2001)
    28. 陳松堂(2002)"懸臂式橋台耐震設計之探討"台灣公路工程，
    第28卷，第七期，pp.285-312。
    29. 張國鎮(2003)，"橋樑系統功能設計法"，
    國科會永續會及國家地震工程研究中心九十二年度研究計畫規劃。
    30. 王偉鍵，"加勁擋土牆耐震分析"，
    國立成功大學土木工程研究所，碩士論文(2004)。

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    校外：2005-08-29公開
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