The Effect of lateral earth pressure due to surcharge with different Rigidity of Retaing Wall

土體所造成主動土壓力以摩爾﹣庫倫所提塑性狀態強度理論計算，然地表荷重對擋土結構造成側向土壓力卻與擋土牆剛度及位移型式有關，無法以簡易極限平衡求解｡ 本研究以重力式擋土牆受地表荷重作用下，利用極限平衡理論公式及PLAXIS 2D 電腦程式分析在不同條件下，擋土牆側向土壓力分布情形，比較並探討差異情形。分析結論如下： 一.由理論公式與以PLAXIS分析結果比較，理論公式求得最大側向應力及牆底側向應力明顯高估，係因理論公式未考量土壤凝聚力、摩擦角及彈性模數及牆底未考慮應力集中現像。 二.由PLAXIS分析得知地表載重距牆面越遠，牆身最大側向應力及牆底側向應力明顯降低。 三.在位於牆前覆土深度位置處，由PLAXIS分析為側向應力轉折點，可能為牆前覆土造成被動土壓力及基礎底部土壤剪力強度所致。 四.擋土牆剛度提高下，牆底側向應力及垂直應力明顯降低，應為擋土牆自重增加造成基礎底部土壤剪力強度提高影響所致。 關鍵字：地表荷重、側向土壓力The active earth pressure caused by the soil is calculated by Mohr-Coulomb's plastic state strength theory. However, the surface load caused by the surface load on the retaining structure is related to the stiffness and displacement type of the retaining wall, and cannot be solved by simple limit equilibrium. In this study, the gravity-type retaining wall is subjected to the surface load, and the limit equilibrium theory formula and PLAXIS 2D computer program are used to analyze the lateral soil pressure distribution of the retaining wall under different conditions, and the differences are discussed and discussed. The analysis conclusions are as follows: 1.Comparing the theoretical formula with the results of PLAXIS analysis, the theoretical formula obtains the maximum lateral stress and the lateral stress of the wall is obviously overestimated. The theoretical formula does not consider the soil cohesion, friction angle and elastic modulus and the bottom of the wall is not considered. The stress is concentrated. 2.According to the analysis of PLAXIS, the farther the surface load is from the wall, the maximum lateral stress of the wall and the lateral stress of the wall are significantly reduced. 3. At the depth of the soil in front of the wall, it is analyzed by PLAXIS as the lateral stress turning point, which may be caused by the passive earth pressure caused by the soil in front of the wall and the shear strength of the soil at the bottom of the foundation. 4.When the stiffness of the retaining wall is increased, the lateral stress and vertical stress at the bottom of the wall are significantly reduced. The shear strength of the soil at the bottom of the foundation should be increased due to the increase of the dead weight of the retaining wall. Keywords: surface load, lateral earth pressure.致謝……………………………………………………………………………ⅰ 中文摘要………………………………………………………………………ⅱ Abstract………………………………………………………………………ⅲ 目錄………………………………………………………………………iv 表目錄………………………………………………………………………vi 圖目錄………………………………………………………………………vii 第一章 緒論…………………………………………………………………1 1.1前言………………………………………………………………………1 1.2研究動機…………………………………………………………………2 1.3研究方法…………………………………………………………………2 1.4研究內容…………………………………………………………………3 第二章 文獻回顧……………………………………………………………4 2.1側向土壓力基本理論……………………………………………………4 2.2莫耳-庫倫破壞準則……………………………………………………5 2.3 Rankine土壓力…………………………………………………………6 2.4 Coulomb土壓力…………………………………………………………7 2.5地表荷重造成地面下應力增量…………………………………………7 2.6地表荷重地下側向土壓力經驗公式…………………………………11 2.7其他相關研究…………………………………………………………12 第三章 分析方法……………………………………………………………17 3.1分析方法………………………………………………………………17 3.2 PLAXIS 2D數值分析程式……………………………………………17 第四章 研究範例工程分析…………………………………………………22 4.1研究範例………………………………………………………………22 4.2研究範例一、二分析結果………………………………………………25 4.3研究範例三、四分析結果………………………………………………27 第五章 研究範例數值分析…………………………………………………29 5.1研究範例概述…………………………………………………………29 5.2研究範例分析…………………………………………………………31 第六章 結論與建議…………………………………………………………63 6.1結論……………………………………………………………………63 6.2建議……………………………………………………………………64 附錄……………………………………………………………………65 參考文獻……………………………………………………………………86 表目錄 表5.1材料參數表……………………………………………………………31 表5.2研究範例一土壤元素對應座標及水平應力總表……………………32 表5.3研究範例一側向土壓力分析結果統計表二…………………………33 表5.4研究範例二土壤應力元素對應座標及水平應力總表………………37 表5.5研究範例二側向土壓力分析結果統計表二…………………………38 表5.6研究範例三、側向土壓力分析結果統計表…………………………45 表5.7側向土壓力分析結果統計表一………………………………………49 表5.8側向土壓力分析結果統計表二………………………………………50 表5.9側向土壓力分析結果統計表一………………………………………52 表5.10研究範例五、側向應力分析結果統計表二…………………………53 表5.11側向土壓力分析結果統計表一…………………………………57 表5.12研究範例六、側向土壓力分析結果統計表二………………………58 表5.13範例一至四分析成果比較表………………………………………60 表5.14範例五、六分析成果比較表………………………………………61 圖目錄 圖1.1研究流程………………………………………………………………3 圖2.1地表面承受點荷重P示意圖……………………………………………7 圖2.2條型基礎承受均佈載重示意圖………………………………………8 圖2.3局部面積加載概算示意圖……………………………………………8 圖2.4各種情況下地面加超載重計算公式…………………………………10 圖2.5地表荷重造成側向力示意圖…………………………………………11 圖2.6提出地表線載重造成側向土壓力示意圖……………………………12 圖3.1分析步驟流程圖………………………………………………………21 圖4.1研究範例一……………………………………………………………23 圖4.2研究範例二……………………………………………………………23 圖4.3研究範例三……………………………………………………………24 圖4.4研究範例四……………………………………………………………24 圖4.5範例一示意圖…………………………………………………………25 圖4.6理論公式分析範例一、二地表荷重側向應力分佈圖………………26 圖4.7範例四、五分析示意圖………………………………………………28 圖4.8範例三、地表荷重側向應力分佈圖…………………………………28 圖5.1研究範例一……………………………………………………………31 圖5.2研究範例一、覆土重側向土壓力分佈情形…………………………34 圖5.3研究範例一、覆土重及地表荷重作用下側向土壓力分佈情形……34 圖5.4研究範例一、地表荷重造成側向應力分佈圖………………………35 圖5.5研究範例二……………………………………………………………36 圖5.6研究範例二、擋土牆受地表荷重作用整體變形圖…………………39 圖5.7研究範例二、擋土牆受地表荷重作用變位向量圖…………………39 圖5.8研究範例二、基礎開挖初始應力狀態形成…………………………40 圖5.9範例二、擋土牆下半階及牆前回填土完成應力態…………………40 圖5.10範例二、擋土牆完成時應力態………………………………………41 圖5.11研究範例二、地表荷重加載後整體應力態…………………………41 圖5.12範例二、地表荷重加載後整體變形圖………………………………42 圖5.13研究範例二、地表荷重加載後變形向量圖…………………………42 圖5.14研究範例二、地表覆土作用下側向土壓力分佈情形………………43 圖5.15研究範例二、地表覆土及地表荷重作用下側向土壓力分佈情形…43 圖5.16研究範例二、地表荷重造成側向應力分佈圖………………………44 圖5.17研究範例三、地表覆土及地表荷重作用下側向土壓力分佈情形…46 圖5.18研究範例三、地表覆土重作用下側向土壓力分佈情形……………46 圖5.19研究範例三、地表荷重造成側向應力分佈圖………………………47 圖5.20研究四、地表荷重造成側向應力分佈圖……………………………48 圖5.21範例四、地表覆土吉地表荷重作用下側向壓力分佈情形…………50 圖5.22範例四、地表覆土重作用下側向土壓力分佈情形…………………51 圖5.23研究範例四、地表荷重造成側向應力分佈圖………………………51 圖5.24擋土牆斷面圖………………………………………………………53 圖5.25範例五、覆土重及地表荷重側向土壓力分佈情形…………………54 圖5.26範例五、地表覆土重作用下側向土壓力分佈情形…………………54 圖5.27研究範例五、地表荷重造成側向應力分佈圖………………………55 圖5.28研究範例六、覆土重及地表荷重作用下側向土壓力分佈情形……59 圖5.29研究範例六、地表覆土重作用下側向土壓力分佈情形……………59 圖5.30研究範例六、地表荷重造成側向應力分佈圖………………………6