The Stability Study on Bottom Ground Improving under Excavation

臺灣地區地窄人稠，由於都市化快速發展，土地取得日益困難，隨著地下化工程日益普遍，於開挖面底部軟弱土層施以不同深度之地質改良，後續進行開挖作業過程中，擋土支撐之穩定性以及開挖過程之工程特性，值得進一步加以探究，以提供爾後工程設計應用之參考。 本研究利用Plaxis 2D有限元素程式，針對開挖深度10m、鋼板樁與兩層水平內撐工法之研究範例，於開挖面底部進行軟弱土層不同深度之地質改良，探討開挖工程之相關力學行為與工程特性，分析結果顯示：(1).開挖面底部進行軟弱土層之地質改良，成效最顯著者為鋼板樁之最大水平位移，當底部改良深度為3m時，相較於未改良，減少比例為35.3%(17.73cm11.43cm)，底部改良深度為9m時，減少比例更高達86%(17.73cm2.47cm)。 (2).鋼板樁之最大剪力與第二層水平支撐最大軸力，當底部改良深度為9m時，相較於未改良，減少比例分別為54.8% (168.7 kN/m76.31 kN/m)與59% (188.39 kN77.32 kN)，也有相當程度之改善成效。(3). 開挖面隆起量與鋼板樁最大彎矩，當底部改良深度為9m時，相較於未改良，減少比例約45%。(4). 第一層水平支撐最大軸力與底部是否進行改良，其影響相當少，因與第一層水平支撐距離底部軟弱土層較遠有關。There are densely populated and land limited in Taiwan area. The land acquirement is getting more difficult with the rapid development of urbanization. More underground excavation engineering is widely carried out. The stability of retaining structure and the engineering properties of underground excavation with different depth of improvement of bottom soft soil layers is worth studying further in order to provide the references of construction and design for relevant engineering agencies. This study aims at the related mechanical behavior and engineering properties of underground excavation examples of 10m excavated depth supported with steel sheet-pile and two layers of internal horizontal support under different depth of improvement of bottom soft soil layers using Plaxis 2D finite element program. From the analyzed results, it indicates that: (1). the outcomes are found more effective in the maximum horizontal displacement of steel sheet-pile with improvement of bottom soft soil layers, the decreasing rate is 35.3% for 3m depth of improvement compared with that without improvement (17.73cm11.43cm) and 86%(17.73cm2.47cm) for 9m depth of improvement. (2). the maximum shear of steel sheet-pile and axial forces of the second layer of horizontal support are decreased in the rates of 54.8% and 59% (168.7 kN/m76.31 kN/m, 188.39 kN77.32 kN) respectively for 9m depth of improvement compared with those without improvement. The proper effectiveness is discovered. (3). the heaving quantity and the maximum moment of steel sheet-pile are decreased about in the rates of 45% for 9m depth of improvement compared with those without improvement. (4). the maximum axial force of the first layer of horizontal support seems little relevance to the improvement of bottom soft soil layers. This is attributed that the first layer of horizontal support is far away from bottom soft soil layers.誌 謝 け 中文摘要 げ Abstract こ 目 次 ご 圖目錄 し 表目錄 す 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機與目的 2 1.3 研究方法 2 1.4 研究內容 4 第二章 文獻回顧 5 2.1 莫爾-庫倫破壞理論 5 2.2 土壤之極限平衡理論 6 2.3 擋土結構 11 2.3.1 擋土壁型式 12 2.3.2 支撐系統 17 2.3.3 擋土結構承受之主要作用力 17 2.3.4 擋土結構變形之主要因素 19 2.4 深開挖工程變形行為 21 2.4.1 深開挖造成變形行為之相關研究 21 2.4.2 影響深開挖變形行為之相關因素 21 2.4.3 深開挖導致地表沈陷之型式 22 第三章 分析研究方法 24 3.1 PLAXIS 2D有限元素程式 24 3.1.1 Input（輸入）單元 25 3.1.2 Calculation（計算）單元 26 3.1.3 Output（輸出）單元 26 3.2 莫爾庫倫（Mohr-Coulomb）模式 27 第四章 範例模型之建立 29 4.1 研究範例說明 29 4.1.1 研究範例 29 4.1.2 建立擋土開挖模型 30 4.2 分析範例 31 4.3 相關材料參數 32 第五章 研究範例分析 35 5.1 PLAXIS 2D分析步驟 35 5.2 研究範例分析結果 37 5.2.1 研究範例1 37 5.2.2 研究範例2 44 5.2.3 研究範例3 51 5.2.4 研究範例4 58 5.3 研究範例分析結果總結 66 第六章 結論與建議 67 6.1結論 67 6.2建議 68 參考文獻 ...6