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標題: 卵礫石土力學特性及異向軟化組成模式之研究
Mechanical Behavior and a Constitutive Model for Shear Induced Anisotropic Softening of Gravelly Soil
作者: 周允文
Jou, Yeun-Wen
關鍵字: gravelly soils;卵礫石土;shear-induced dilation;anisotropic softening;constitutive model;剪脹;異向性軟化;組成模式
出版社: 土木工程學系所
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摘要: 
本研究以八卦山卵礫石土為試料,將重模卵礫石土中通過#40篩之土壤分別以2種不同PI值之細粒料取代,再利用大型三軸試驗儀器以直徑12”之卵礫石土試體,在不同體積應力(圍壓)下進行一系列之大三軸純剪應力路徑試驗,探討卵礫石土在不同塑性程度下受剪之力學行為,並進一步針對卵礫石土之力學性質與組成模式進行研究。由於卵礫石土具有明顯的剪脹特性,一般的彈性等向性模式並沒有辦法模擬這種剪應力與體積應變耦合的行為,而彈塑性組成模式所需之參數較多,於應用上較不方便,因此本研究考量剪應力引致異向性之異向性軟化模式,假設材料性質不受剪應力作用時,為等向性均質材料,當受到剪應力作用時,導致材料異向性,並且造成剪力模數軟化,其中軟化之方向假設與最大主應力方向相同,進而依據剪應力引致異向性軟化之理論建立適當且實用之組成模式。
本研究模式之柔度矩陣中將其化簡成二個變形模數K、G,並採用異向性因子β,而K、G、β之函數內共有a、b、c、d、e、f、α、k等8個參數。其中a、b、c、d為與體積應力有關的參數,α、k為與破壞剪應力有關的參數,e為初始異向性參數,f則為受剪異向性程度。除了模擬純剪應力路徑外,本研究亦針對傳統三軸應力路徑之試驗加以分析,最後由模式模擬與試驗結果相比較,探討模式之合理性及功能。經由模式模擬與試驗結果相比對,兩者變形曲線趨勢相當一致,而變形量亦相差不大,因此本模式可合理的描述卵礫石土受剪之變形行為。此外,本模式亦針對非取樣於八卦山卵礫石層之堆石料變形行為模擬做一探討,並以Varadarajan et al., (2006)取樣自Shah Nehar Site及Kol Dam Site兩地堆石料之三軸試驗資料加以比對,結果顯示本模式可以有效的預測堆石料之變形行為。

To characterize the deformational behavior of gravelly soils, this paper focuses on the individual influence of hydrostatic pressure and pure shearing on deformational behavior. Firstly, a series of drained, triaxial compression tests was conducted upon large specimens those made of gravelly soils, in which grain size distribution curve was based on the field condition. Furthermore, to distinguish the volumetric and the shear deformation of the gravelly soils, experiments with controlled stress paths, firstly hydrostatic compressed and followed by pure sheared, were conducted, respectively.
Accordingly, a simple, yet innovative, constitutive model is proposed. The proposed constitutive model is characterized by the following features of gravelly soils: (1) significant shear-induced volumetric deformation prior to failure, (2) modulus stiffening under hydrostatic loading and softening under shearing condition; and (3) stress-induced anisotropy.
In the proposed model, the deformational moduli K and G would vary according to the stress state. The stiffening and softening of these moduli render the diverse deformational behavior of gravelly soils. In addition, an anisotropic factor β is introduced to reflect the stress-induced anisotropy. Moreover, the proposed model only needs eight material parameters, and all these parameters can be rather easily obtained from experiments.
URI: http://hdl.handle.net/11455/15913
其他識別: U0005-0102201012483500
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