[[alternative]]Preliminarily study on pullout resistance for high performance soil nail

碩士[[abstract]]本研究旨在探討高性能預鑄型土釘與傳統灌漿釘之拉出行為的差異。內容主要為：(1) 大型土釘拉出試驗儀之改造與實驗規劃，(2) 傳統灌漿釘與高性能預鑄釘之尖峰拉出力、行為與趨勢探討，(3) 高性能預鑄釘單一節瘤之阻抗效果，(4) 非連續型高性能預鑄釘之理想拉出力。 其結論得出: (1)傳統灌漿釘之拉出阻抗在初始拉出時發展較迅速，而高性能預鑄釘則需較大之位移量方能發展其尖峰拉出力，惟高性能預鑄型土釘之尖峰拉出力較傳統灌漿釘高約50%。(2) 高性能預鑄釘在位移30mm時之殘餘拉出力仍能保有相當優秀的效果，約為尖峰拉出力之90%，而傳統灌漿釘僅有尖峰拉出力的75~80%。(3)將高性能預鑄釘之節瘤間距調整，使其能更有效的發揮被動阻抗的優勢，其提供之拉出阻抗有明顯提升，較相同直徑下的傳統灌漿釘提高49~103.5%之拉出阻抗，且其增益效果隨釘徑越大則越明顯。(4)本研究亦以擴座節瘤之被動阻抗與主體螺桿之摩擦阻抗做理想尖峰拉出力推估，而實驗之實際尖峰拉出力卻不及理論值，原因是擴座節瘤在拉出時會造成後方砂顆粒解壓，使得後方節瘤於有限空間其被動阻抗無法同單一節瘤時完全發揮，致實際拉出力低於理論預測值。[[abstract]] The purpose of this study is to investigate the difference pullout behavior between the HPN(High performance soil nail) and the grouted nail. Main contents are:(1) Soil nail pullout test planning and transform the large equipment for soil nail pullout.(2) To discuss peak pullout force and trend of grouted nails and HPN.(3) The pullout resistance of single knot on HPN.(4)To predicted the peak force of HPNNK(High performance nail of non-continue knots). Conclusions are: (1) The pullout resistance of grouted nails at initial pullout displacement is generating faster than HPN, but the peak pullout force of HPN is about 50% higher than the grouted nails. (2)Residual resistance of HPN at 30mm pullout displacement are still kept a good effect, its effect about 90% of peak resistance, but residual resistance of grouted nails are only kept 75~80% peak resistance. (3)Adjust the spacing of the knots on the HPN, there will more space to develop passive pressure, the peak pullout force of HPNNK were 49~103.5% higher than grouted nails, the peak pullout force increases with the increase of nail diameter.(4)This study also predict the pullout force of HPNNK by passive resistance of knots and friction resistance of the screw pole, but the real peak force was lower than the predicted peak force, because the sand behind knots were decompression when knots pulling out, make the rear knots were not generating fully like the single knot, that is the reason why real peak force was lower than predicted peak force.[[tableofcontents]]章節目次 章節目次 I 表次 IV 圖次 V 第一章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 研究方法 2 1.3 論文組織及研究內容 3 第二章 文獻回顧 5 2.1 土釘加勁原理與機制 5 2.2 現地土釘不完全灌漿之相關研究 6 2.2.1 Jayawickrama等人(2007)之研究 6 2.3 目前土釘相關拉出與現階段理論模式 7 2.3.1 Milligan & Tei(1998)之研究 7 2.3.2 楊尚恆(2001)之研究 10 2.3.3 Hong等人(2003)之研究 11 2.3.4 陳韋成(2007)之研究 12 2.3.5 莊晉誠(2003)之研究 12 2.4 錨板(Anchor plates)破壞機制與拉出試驗 13 2.4.1 Dickin & Leung(1985)之研究 13 2.4.2 Biarez 等人(1965)之研究 14 2.4.3 Wang & Wu(1980)之研究 14 2.4.4 Choudhary & Dash (2017)之研究 15 2.5 本章總結 15 第三章 試驗計劃與內容 33 3.1 砂土基本物性 33 3.2 砂土之剪力強度 34 3.3 拉出試驗規劃 34 3.4 大型土釘拉出試驗儀 35 3.5 土釘選定及製作 38 3.6 土釘拉出試驗方式 39 3.6.1 計讀設備 39 3.6.2 土釘拉出儀校正 39 3.6.3拉出試驗試體準備與試驗過程 40 第四章 試驗結果與分析 75 4.1 氣囊加壓分析 75 4.2 土釘拉出行為之一般性描述 76 4.3 傳統灌漿釘分析 77 4.3.1 傳統灌漿釘之製作 77 4.3.2 傳統灌漿釘拉出行為 78 4.3.3 傳統灌漿釘之摩擦係數 78 4.4 高性能預鑄型土釘分析 79 4.4.1 連續型節瘤之高性能預鑄釘拉出行為 79 4.4.2 非連續型節瘤之高性能預鑄釘拉出行為 80 4.5 單一擴座節瘤之拉出阻抗 81 4.6 拉出行為之比較分析 83 4.6.1 初始拉出斜率及尖峰拉出力 83 4.6.2 尖峰拉出力所需位移量 84 4.6.3 土釘之殘餘拉出力 84 4.7 非連續型高性能預鑄釘理想拉出力 85 第五章 結論與建議 123 5.1 結論 123 5.2 建議 125 參考文獻 127 表次 表2.1 土釘極限拉出阻抗 (Elias & Juran，1991) 17 表2.2 參數α、β (Choudhary & Dash，2017) 18 表3.1 試驗用No.201號砂粒徑分佈參數 42 表3.2 試驗用No.201基本性質相關參數 (朱志峯，2006) 42 表3.3 摩擦角與圍壓、相對密度關係 (朱志峯，2006) 43 表3.4 k0與圍壓、相對密度關係 (朱志峯，2006) 43 表3.5 擋版孔位尺寸 44 表3.6 砂箱相對密度試驗 44 表4.1 調整前壓力(80kPa)隨覆土壓力下降 87 表4.2 調整後壓力(90kPa)隨覆土壓力下降 88 表4.3 純螺桿與單一節瘤拉出試驗 89 表4.4 不同類型與釘徑拉出試驗結果 90 表4.5 非連續型土釘實際與理想拉出力 91 圖次 圖1.1 土釘不完全灌漿示意圖 (Jayawickrama等人，2007) 4 圖1.2 主體螺桿示意圖 4 圖1.3 擴座節瘤示意圖 4 圖2.1 土釘結構受力機制示意圖(紀柏全，2004) 19 圖2.2 灌漿不完全案例 （Jayawickrama等人，2007） 20 圖2.3 灌漿未達設計深度 （Jayawickrama等人，2007） 20 圖2.4 坍孔影響之灌漿不確實 （Jayawickrama等人，2007） 21 圖2.5 一般拉出試驗儀示意圖 （Raju等人，1996） 22 圖2.6 模型土釘於不同長徑比之視摩擦係數 (楊尚恆，2001 ) 22 圖2.7 模型土釘於不同覆土壓力之視摩擦係數 (楊尚恆，2001) 23 圖2.8 土釘表面視摩擦係數與粗糙因子之關係 (Hong等人，2003) 23 圖2.9 不同牙距之土釘埋設間距與群釘效應關係 (Hong等人，2003) 24 圖2.10 不同長徑比對視摩擦係數之影響 (Hong等人，2003) 24 圖2.11 土釘拉出行為與覆土壓力之關係 (陳韋成，2007) 25 圖2.12 土釘拉出設備圖 (莊晉誠，2003) 26 圖2.13 土體密度對灌漿釘拉拔強度之影響 (莊晉誠，2003) 27 圖2.14 灌漿釘於不同坍孔率土體中拉拔強度之變化 (莊晉誠，2003) 27 圖2.15 灌漿壓力及水灰比與灌漿釘拉拔強度之關係 (莊晉誠，2003) 28 圖2.16 灌漿壓力及水灰比與灌漿釘拉拔強度之關係 (莊晉誠，2003) 28 圖2.17 水平錨版破壞模式 (Dickin & Leung，1985) 29 圖2.18 H/h=3 之破壞型式 (Dickin & Leung，1985) 29 圖2.19 H/h=5 之破壞型式 (Dickin & Leung，1985) 30 圖2.10 H/h=7 之破壞型式 (Dickin & Leung，1985) 30 圖2.21 Biarez等人實驗之深層破壞機 (Biarez等人，1965) 31 圖2.22 深層錨版破壞情況 (Choudhary & Dash，2017) 31 圖2.23 不同深度與相對密度下之破壞機制(Choudhary & Dash ，2017) 32 圖3.1 試驗用石英砂顆粒形狀 45 圖3.2 石英砂粒徑分佈曲線 46 圖3.3 拉出試驗儀構造示意圖 47 圖3.4 未改造前拉出試驗完成圖 (王國鑫，2009 ) 48 圖3.5 改造前拉出盒細部尺寸示意圖 49 圖3.6 改造後之面板(未裝設孔位之面版) 50 圖3.7 改造後之拉出試驗完成圖 50 圖3.8 拉出盒細部尺寸改造後示意圖 51 圖3.9 孔徑42 mm、封閉孔之孔位板 52 圖3.10 孔徑62 mm、孔徑52 mm之孔位板 52 圖3.11 土壓計校正-1 53 圖3.12 土壓計校正-2 53 圖3.13 土壓計校正-3 54 圖3.14 土壓計校正-4 54 圖3.15 剛性覆鈑上之螺栓孔 55 圖3.16 灑砂器 55 圖3.17 灑砂器之灑砂口 56 圖3.18 灑砂器速度控制箱 56 圖3.19 天車吊架 57 圖3.19 拉出設備速率控制箱 58 圖3.20 拉出設備速率控制箱內部 58 圖3.21 高強度螺帽鎖上荷重元與滑桿 59 圖3.22 拉出滑桿 60 圖3.23 轉接器示意圖 61 圖3.24 倒鉤型式，本實驗採最下圖倒鉤闊座狀單元 62 圖3.25 擴座節瘤型式 62 圖3.26 鋼材螺桿 63 圖3.27 組裝完成圖 63 圖3.28 螺桿尾端車牙以連結轉接器與荷重元 64 圖3.29 土釘尾端連結轉接器 64 圖3.30 灌漿完成之傳統灌漿釘照片 65 圖3.31 iNET-100數據擷取器 66 圖3.32 InstruNet World記讀軟體 66 圖3.33 組立完成之荷重計校正方式 67 圖3.34 荷重元– 1校正 67 圖3.35 荷重元– 2校正 68 圖3.36 LVDT校正 68 圖3.37 氣壓錶 69 圖3.38 速率控制系統校正 70 圖3.39 控制霣降速度示意圖 71 圖3.40 相對密度試驗之試體放置區域 71 圖3.41 以鋼製刮尺整平砂土表面 72 圖3.42 以起重機架上氣囊裝置 72 圖3.43 剛性螺栓 73 圖3.44 鎖上剛性螺栓之覆鈑 73 圖4.1 土壓計埋設位置圖 92 圖4.2 氣囊加壓80kPa下之氣壓監測結果 93 圖4.3 不同覆土深度及土釘安裝方式之拉出試驗結果(Raju，1996) 94 圖4.4 製作水泥砂漿 95 圖4.5 #8鋼筋頂端之凸點 95 圖4.6 鋼模頂蓋上車出之凹槽 95 圖4.7 灌漿完成並養護 96 圖4.8 不同釘徑之傳統灌漿釘示意圖 97 圖4.9 傳統灌漿釘之拉出力-位移 98 圖4.10 傳統灌漿釘初始之拉出力-位移 99 圖4.11 不同釘徑之高性能預鑄釘示意圖 100 圖4.12 連續型高性能預鑄釘之拉出力-位移 101 圖4.13 連續型高性能預鑄釘初始之拉出力-位移 102 圖4.14 擴座節瘤淺層被動區示意圖 103 圖4.15 擴座節瘤深層被動區示意圖 103 圖4.16 非連續型之高性能預鑄釘示意圖 104 圖4.17 非連續型之高性能預鑄釘之拉出力-位移 105 圖4.18 非連續型之高性能預鑄釘初始之拉出力-位移 106 圖4.19 純螺桿與各釘徑單一節瘤示意圖 107 圖4.20 純螺桿之拉出力-位移曲線圖 108 圖4.21(a) 純螺桿與各釘徑單一節瘤桿之拉出力-位移 109 圖4.21(b) 純螺桿與各釘徑單一節瘤桿之拉出力-位移修正 110 圖4.22 單一節瘤之被動阻抗貢獻 111 圖4.23 純螺桿與各釘徑單一節瘤初始拉出力-位移 112 圖4.24 實驗前後砂土粒徑分佈曲線圖 113 圖4.25 直徑16 mm之拉出力-位移(朱志峯，2006) 114 圖4.26 直徑40 mm之拉出力-位移 115 圖4.27 直徑40 mm初始之拉出力-位移 116 圖4.28 直徑50 mm之拉出力-位移 117 圖4.29 直徑50 mm初始之拉出力-位移 118 圖4.30 直徑60 mm之拉出力-位移 119 圖4.31 直徑60 mm初始之拉出力-位移 120 圖4.32 直徑80 mm之拉出力-位移 121 圖4.33 直徑80 mm初始之拉出力-位移 122[[note]]學號: 604380401, 學年度: 10