深開挖穩定分析及土壤参数应用ppt.ppt

深開挖穩定分析及土壤參數應用,歐章煜 國立台灣科技大學營建系教授,一、土壤力學分析的原理,土壤的總應力、有效應力與孔隙 水壓力間的關係可用下式表示之:,Coulomb建議土壤的剪力強度可以下式表示： (2.17) 為土壤的剪力強度， 為破壞面上之正向應力， 為凝聚力， 為內摩擦角 (2.18) =有效凝聚力及有效內摩擦角， =作用於破壞面上之正向有效應力,（1）排水行為 （2）排水分析 （3）土壤強度參數則應採用有效凝聚力 ( ) 及有效摩擦角 ( ),二、非凝聚性土壤之排水強度及參數,圖2.9 利用Mohr圓決定破壞角 (a) 破壞Mohr圓及包絡線 (b) 破壞面上之應力,不排水剪力強度的定義：,三、飽和粘性土壤之不排水強度及參數,3.1 不排水剪力強度理論,圖2.20 不排水剪力強度的基本原理,（1） 不排水剪力強度與深度的關係,3.2 不排水剪力強度的特性,圖2.21 不排水剪力強度之剖面圖及基礎之承載力,正常壓密黏土具有正規化行為,=常數,（1）三軸UU試驗,取樣前後，作用於土體之有效應力不變,3.3 求取不排水剪力強度的方法,現場十字片剪力試驗,圖2.29 十字片剪力試驗 (a)十字片剪力試驗儀 (b)鑽孔內之十字片剪力試驗儀,Su = 土壤的不排水剪力強度 D = 葉片直徑 H = 葉片高度,因此,則,圓錐貫入試驗,u,u,qt,圖2.31 CPTU之錐頭構造,台北國家企業中心基地土壤性質,土壤破壞面上的強度則可採用 式( 2 ) 計算之， 雖然 式( 2 ) 為總應力的表示方式,四、不飽和粘土之強度及參數,五、排水分析及不排水分析, 研判土壤為排水材料或不排水材料 排水材料的參數為 、 ，進行排水分析； 土、水分開算 不排水材料的參數為 、 ，進行不排水分析； 土、水合併計算,Rankine? Coulomb? Others ( Caquot-Kerisel )?,六、側向土壓力,6.1 非凝聚性土壤,非凝聚性土壤土壓力可用下式表示之：,( 6 ),( 7 ),( 8 ),( 9 ),上式中 及 分別為主動及被動土壓力係數， 可根據 及 的數值， 可分別查專書中的 圖 4.9 及 4.10 或 DM7.2,z,排水分析,+,=0 Rankine、Coulomb及Caquot-Kerisel之 相同 時，Rankine之 最大，Coulomb之 接近於 Caquot-Kerisel之,=0，Rankine、Coulomb及Caquot- Kerisel之 均相同 ，Rankine之 最小，Coulomb之 最大；當 大 ，Coulomb之 呈現不合理的大 ，Coulomb與Caquot-Kerisel之 差異相當小 ，Coulomb之 明顯的大於Caquot-Kerisel之,內擠破壞（push in） 底面隆起破壞（basal heave）,極限破壞的種類：,圖5.1 極限破壞模式(a)內擠破壞,圖5.1 極限破壞模式(b)底面隆起破壞,(a),(b),p,p,s,M,p,P,支,撐,底撐,a,p,a,P,圖5.4 內擠破壞全土壓力分析法(a)全土壓力分佈(b) 擋土壁自由體之力平衡,安全係數的規定： 日本建築學會： 日本建築學會建議,我國的建築技術則基礎構造設計規範規定：,國家企業中心基地之主要地質為正常壓密黏土，其開挖 深度為19.7公尺，採用深35公尺之連續壁作為擋土壁， 最下層支撐距開挖面3.2公尺。,表1 假設案例之連續壁深度(或貫入深度)與 關係,底面隆起破壞,(5.15),X,O,a,b,d,f,e,c,(a),W,O,s,M,(b),圖,5.20,底,撐,N,N,N,N,N,N,N,u,s,u,s,X,s,g,s,八、極限破壞案例研究,力霸百老匯位於台北市士林路基河路，開挖基地之寬度 為17.6 m，長度為100.1 m；開挖深度為13.45 m，採用厚 度為70 cm、深為24 m之連續壁作為擋土壁，支撐有4層， 開挖有5個階段,圖,5.23,臺北市基河路的某開挖工,地之穩定分析,(a),開挖,及地質剖面,SM,OL,-,ML,SP,-,SM,CL,E,GL-4.5 m,GL-8.7 m,GL-10.7 m,GL-13.45 m,GL-2.8 m,GL-10.15 m,GL-24.0 m,14.7,2,m,/,kN,及,約等於1.5,約等於2.3,為粘性土壤的總應力強度參數，為從三軸壓密,不排水(CU)試驗所得到,原設計者得到,假設本基地之底撐位置(GL-10.15 m)以下之土壤視為粘土層，,並假設連續壁與土,壤間之附著力為,強度為,(4.16),(4.18),在GL-10.15 m處,在GL-13.45 m處,開挖前,開挖後之,不變，但被動側之,，因此,在GL-24.0 m處,主動側,在GL-24.0 m處,被動側,內擠破壞的安全係數為,(b),81.5,121.2,311.0,333.6,2,m,kN,2,m,kN,2,m,kN,圖,5.23,臺北市基河路的某開挖工,地之穩定分析,(b),不排水剪力強度剖面,2,m,kN,GL-10.15 m,GL-13.45 m,GL-24.0 m,利用力矩平衡法計算隆起破壞之安全係數：,同樣的，底撐位置以下之土壤視為粘土層，則在GL-10.15 m,處與GL-24.0 m處（主動側）的不排水剪力強度平均值為,在GL-13.45 m與GL-24.0 m間之不排水剪力強度為平均值為,破壞圓弧之半徑為,主動側之破壞圓弧之圓心角為,被動側之破壞圓弧之圓心角為,圓弧破壞的安全係數為,利用Terzaghi法計算隆起破壞之安全係數：,破壞圓範圍的平均不排水剪力強度為,如前所計算，開挖外側且在開挖底面深度處的總應力為,假設本基地開挖面以上的土壤視為粘土層，整個地盤的,土壤剪力強度簡化為,，則開挖區外、開挖,底面以上土壤的平均不排水剪力強度為,Terzaghi法的安全係數為,根據,，,，查圖可得,圖5.17 Skempton承載力因素,則B