猫罗溪高细粒料土壤抗液化强度之研究

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1、國立台灣大學土木工程學研究所民國93年(碩士)學位論文摘要貓羅溪高細粒料土壤抗液化強度之研究研究生：余定縣指導教授：翁作新一.緒論有關土壤液化之課題在國內外已有相當多的研究，而這些研究大多是以疏鬆的純淨砂性土壤為探討主題，對於含有高細粒料土壤液化之研究則較為少數。其主要的原因是早期學者認為，高細粒料含量的土壤具有較高的抗液化強度故難以發生液化。從近幾年的地震災害案例發現，含有高細料含量之土壤同樣也會有液化發生的可能。為能確實瞭解有關該地區高細粒料含量砂土液化潛能之特性，本研究選自於南投市貓羅溪岸出現液化現象之工務所與第二條高速公路高架橋下附近土壤，以進行相關試驗與研究

2、。將現地土樣重模成中空圓柱形試體，進行動態扭剪試驗，除了求取該區原狀土壤抗液化強度外，藉由控制試體細粒料含量，探討乾密度對高細料含量土壤液化強度之影響，以及相對密度與抗液化強度之間關係。藉此研究成果可提供研究學者與工程界，評估台灣本土高細粒料含量砂土液化潛能，以及工程設計或研究之參考。二.動態試驗之反覆應力比修正有關土壤液化試驗，最常使用的儀器有反覆三軸、反覆單剪、反覆扭剪試驗儀，由於使用儀器不同在力學機制也有所不同，因此所得液化強度資料有些差異。由Ishibashietal.(1994)[1]、Finnetal.(1971)[2]、Bhatialetal.(1985

3、)[3]、Ishihara(1996)[4]之試驗結果可歸納出單剪試驗儀與中空圓柱形試體扭剪試驗儀，進行液化強度試驗，當中空圓柱形試體扭剪試驗之試體有效應力圍壓與反覆單剪試驗之試體平均有效應力相同下，兩種試驗所得之液化強度曲線可視為相同。10三.試驗內容3-1試驗土樣本試驗所使用的重模試體土樣，乃取自南投市貓羅溪岸第二高速公路高架橋下區域之土壤與工務所附近之土壤，取樣深度距離地表面約1至1.5公尺。其中工務所區域，根據試驗結果得到其現地土壤之平均含水量為18.3%，乾密度值為1400kg/m3。該兩區域的土壤，由試驗結果之粒徑分佈曲線顯示於圖一及基本性質示於表一。經統

4、一土壤分類法工務所土壤屬於粉質砂土（SM），橋下土壤屬於低塑性土壤（CL）。3-2動態中空圓柱形扭剪試驗之設備與步驟本試驗中的土樣液化強度試驗，是採用美國GCTS(GeotechnicalConsultingandTesingSystems)公司所設計製造之動態中空圓柱扭剪試驗儀，其設備可分成六大主要構件：電腦控制系統、載重架、壓力控制系統、體積變化儀、載重系統、三軸室與液壓動力系統。本儀器載重系統，屬於油壓式載重系統，加載方式分別為垂直載重與水平向扭剪荷重兩部份，可以應力控制或則是應變控制進行，並且加載各種型式波形，其最大頻率可為20Hz。本研究試驗中所用之重模土樣

5、，將現地土樣採濕法篩分析，取通過4號篩而停留於200號篩之土樣為粗粒料成分，取通過200號篩土樣為細粒料成分，將土樣以烘乾24小時後，固定重模試體體積，依所欲之試體乾密度，依其細粒料含量，計算出每一試體中粗粒料與細粒料的分別重量，並以總土重之8至10%的水份均勻拌合。完成試體裝設後進行通水飽和及壓密，此時整個試體準備完成後試體初始有效應力為78kPa。試體壓密完成後，以加載頻率1Hz之正弦波反覆剪應力進行液化強度試驗，當試體達到試體破壞即可結束試驗。四.試驗結果與討論4-1土壤基本特性試驗結果將土樣以200號篩為界，分為粗粒料與細粒料兩部份，分別進行土壤基本物理性質試

6、驗，由試驗結果發現兩處粗粒料與細粒料各自之粒徑分佈曲線(圖二)與基本性質試驗數值(表二、表三)相近。根據統一土壤分類法橋下與工務所土樣之粗粒料部分，均可判定為不良級配砂土SP，細粒料部份橋下土樣與工務所土樣也皆屬於低塑性黏土CL。10另外以X光繞射分析儀進行半定量分析，求取土壤礦物種類與其含量，兩區域礦物含量以石英所佔的比例最高。綜合上述，橋下與工務所土樣中的粗粒料與細粒料土樣其實各自應為同一種土壤。4-2破壞準則定義本研究中對於試體破壞定義:(1)在反覆剪應力作用過程中，當試體孔隙水壓上升至與初始圍壓相同，也就是有效應力降低為零之時，視為試體破壞。(2)試體受反覆載

7、重過程中，當剪應變之雙向振幅達某特定值，如5%時，視為破壞。本研究在扭剪試驗過程中試體只要達到兩種方式其中之一者，即定義試體發生液化破壞4-3液化強度試驗之驗證為確保扭剪試驗結果之正確性，對於儀器功用、適用範疇及控制精度等要素，先進行測試與驗證試驗，以陳界文[5]利用CKC動態三軸試驗儀對工務所土樣之粗粒料部份為本試驗之驗證對象。以相同控制參數及相同試體初始有效應力78kPa下，施加不同反覆應力。將中空圓柱形試體扭剪試驗與動力三軸試驗結果之液化強度曲線，取相同引致液化之作用次數下，兩者反覆應力比之比值可得。其中0.666就是反覆三軸與反覆扭剪試驗之反