WINTER Template 山區道路背拉式地錨及止滑排樁穩定邊坡 之力學行為三維數值分析 國立中興大學水土保持學系 專題討論(四)

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1 WINTER Template 山區道路背拉式地錨及止滑排樁穩定邊坡 之力學行為三維數值分析 國立中興大學水土保持學系 專題討論(四)
授課老師 : 陳文福 教授 指導老師 : 林德貴 教授 簡報學生 : 林韋君 學號 : 簡報日期 : 2013/5/24 Template

2 02 前言(1/2) 研究動機 　　台灣山坡地災害可以約略分類為淺層崩塌、深層地滑。目前國內針對這些崩塌地處理大致分為坡面排水、坡面改善、坡面保護、坡腳擋土等，其施作工法如土釘、地錨、擋土排樁及擋土牆等。因此針對各工法對於邊坡穩定性之貢獻，已成為我們必須探討之課題。

3 03 前言(2/2) 研究目的 　　背拉地錨及擋土排樁為常用在邊坡止滑之主要工法，其抗滑能力來自於周圍土體的抵抗能力，以及土體與結構間之力學互制行為。 　　然而，因現地地質複雜以及不確定性，常造成結構本身之抵抗能力無法正確預估。目前國內外文獻已有針對地錨及排樁進行數值分析，探討地錨之預力荷重損失、排樁抵抗力、彎矩及邊坡穩定之效益，但在數值分析上多經過簡化且參數設定不周詳，研究成果運用於現場邊坡仍欠缺考量。 　　因此本研究建立三維數值模型並進行多組參數設定，以探討地錨及排樁與邊坡之間力學互制機制及邊坡穩定性之貢獻，期望作為日後背拉式地錨及擋土排樁設計之評估。

4 排樁之設計原則 文獻回顧(1/5) 04 (1)樁徑 國內常用預壘樁樁徑為30 cm~60 cm。(施工安全技術手冊，2000)
(b) RC排樁樁徑至少要50 cm以上才符合安全考量。(倪至寬，2004) (2)打設長度 樁型式 普通樁長(m) 最大樁長(m) 鋼 15~60 沒有限制 預鑄混凝土 預鑄 10~15 30 預力 10~35 60 加套場鑄混凝土 5~15 15~40 未加套場鑄混凝土 30~40 (DAS, 2007) (3)打設間距 排樁間距通常需介於2~4倍樁徑之水平間距才能發揮 土拱效應，有效阻止邊坡滑動。(Duncan and Wright, 2005)

5 排樁打設間距對邊坡穩定性之影響 文獻回顧(2/5) 05 安全係數隨著排樁打設間距變大而減少 排樁間之土拱效應
(Poulous et al. ,1995) (Cai and Ugai , 2000) (Jeong et al. , 2003) (Won et al. , 2005) (Ashour et al. , 2012) 排樁間之土拱效應 　ab上為一覆土平台，而ab為一活門(trapdoor)可向下移動。 　當ab向下移動時，原本作用於ab上的應力經由ac、bd面上的剪力傳遞到周圍的區域。這種應力傳遞現象稱之為拱效應(arching)。 (Terzaghi, 1967)

6 WINTER Template 排樁打設位置對邊坡穩定性之影響 文獻回顧(3/5) 06 (Cai and Ugai, 2000)
排樁打設位置對邊坡穩定性之影響　　 Template (Cai and Ugai, 2000) (Jeong et al., 2003) (Won et al., 2005) Wei and Cheng (2009)認為排樁最佳位置 應介於斜坡中點與無樁臨界滑動面中點 Ashour et al. (2012) 認為邊坡中點處到坡址 之間有最高安全係數。

7 地錨之構造 文獻回顧(4/5) 07 (1) 錨定段 提供錨定力之部分。 (地錨設計與施工準則暨解說，1998) (2) 自由段
提供錨定力之部分。　(地錨設計與施工準則暨解說，1998) (2) 自由段 抗張材受拉伸張及傳遞錨碇力至錨頭之部分。　 (3) 錨頭 承受鎖定抗張材及傳遞錨碇力至承壓結構之部分 (鎖定器、承壓鈑及錨座)。　

8 地錨之設計原則 文獻回顧(5/5) 08 相關規範 最小間距建議值 FIP (1982) 4倍之錨碇段直徑，或一般不小於1.5m
地錨傾角須在水平面±10º以外。 地錨間距 自由段長度之設計 (至少 > 4m) 錨定段長度之設計為3~10m 相關規範 最小間距建議值 FIP (1982) 4倍之錨碇段直徑，或一般不小於1.5m BSI (1989) 4倍之錨碇段直徑以上，一般採用最小間距範圍為1.5~2m PTI (1980) 6倍之錨碇段直徑以上，1.2m AASHTO (1992) 4倍之錨碇段直徑以上，1.2m DIN (1988) 工作荷重達70噸之地錨，其錨碇段中心距最小為1公尺；達130噸之地錨，其錨碇段中心距最小為1.5公尺，否則須併用鄰近數支地錨，同時進行加載，並觀測之。

9 09 研究方法(1/4) 研究流程　　

10 崩積層-均質+崩積層/岩層-異質邊坡設計參數研究
10 研究方法(2/4) 崩積層-均質+崩積層/岩層-異質邊坡設計參數研究 數值模型　　

11 WINTER Template 崩積層-均質+崩積層/岩層-異質邊坡設計參數研究 研究方法(3/4) 11 排樁參數設定 排樁打設長度
　　若擋土排樁打設長度不足而未能穿過潛在滑動面時，則在暴雨或地震期 　間，排樁將無法發揮其應有之穩定效果，並可能產生較大位移、傾斜甚至 　破壞。再者，由於在均質虛擬邊坡進行強度折減穩定分析運算時，無法事 　先獲得潛在滑動面之位置，因此吾人可設定三組樁長Lp=6 m、9 m及12 m，　 　以探討排樁打設長度與潛在滑動面形成之關係，及其對邊坡穩定性之影響。 排樁打設間距 　　排樁間之土拱效應所產生的剪力阻抗，將具有減緩邊坡向下滑動之趨勢。 　由於排樁打設間距將影響土拱效應的發展，因此，本研究設定排樁打設間 　距比Rs=S/D=1、2及3等三組不同打設間距。其中，D=樁徑，S=兩相鄰 　排樁中心之間距。 Template

12 崩積層-均質+崩積層/岩層-異質邊坡設計參數研究
12 研究方法(4/4) 崩積層-均質+崩積層/岩層-異質邊坡設計參數研究 地錨參數設定 地錨尺寸設計 　　地錨之尺寸可略分為自由段(Lf)及錨碇段(La)，而錨碇段為主要提供 　錨碇力之部分。本研究依據地錨設計與施工準則暨解說(1998)設定 　總長度為20m，錨碇段長度為6m、8m及10m三組不同之地錨尺寸。 地錨傾角 　　基於施工上的考量，地錨之傾角應避免在水平面上下10度範圍內。　 　本研究依據國內、外常用之地錨傾角(θ = 10°~45°之俯角)採用30°、　 　40°及50°來探討不同之地錨傾角對邊坡穩定性之影響。 地錨預力 　　地錨預力須配合地層條件施加，以提供結構物設計功能必須之錨碇 　阻抗。本研究採用50噸、60噸及70噸之預力施加來探討不同之地錨預　 　力對邊坡穩定性之影響。

13 13 初步成果(1/3) 排樁打設間距 　　彙整不同地層之邊坡打設間距之研究成果，崩積層-均質邊坡各間距之穩定性安全係數FS均高於崩積層/岩層-異質邊坡。 　　兩者之FS皆隨打設間距增加而遞減，而在排樁打設間距S/D=34時，FS明顯降低。可確認打設間距S/D =3為最佳打設間距。 不同地層邊坡之排樁間距位置對FS之影響

14 14 初步成果(2/3) 排樁打設長度 　　由結果所示，均質邊坡之穩定性安全係數FS隨著打設長度之增加而提升，即在Lp=12 m之情況，可獲得最大之FS。 　　而異質邊坡之FS並不隨著排樁入岩深度比Rr之增加而變化。由此可推知在強度折減穩定性分析中，排樁一旦穿過崩積層進入岩層後，FS之計算將不受入岩深度影響。　　 不同排樁打設長度對均質邊坡穩定性之影響 不同入岩深度比對異質邊坡穩定性之影響

15 地錨傾角對邊坡穩定性之影響 初步成果(3 /3) 15 步驟1：初始邊坡 步驟2：打設排樁 步驟3：打設地錨 步驟4：加交通載重
　　由此可得 : 　　邊坡之穩定性安全係數採用地錨傾角為30度時最為合適

16 16 後續研究+預期成果 地錨尺寸+地錨預力　　 　　將繼續模擬不同錨碇段與自由段長度之變化及不同之地錨預力施加，探討其對山區道路邊坡穩定性之影響，以求作為日後背拉式地錨及擋土排樁設計之評估。 　　

17 Thanks for your listening!
簡報結束 WINTER Thanks for your listening!　　　　 Template