建筑防灾工程

20YearsBefore,And20yearsAfter美國國家學院交通運輸聯席會（TRB）資深委員中國同濟大學兼職教授中國南京水科院技術委員及顧問中國交通部公路科學研究院客座研究員中國鐵道科學院鐵建所客座研究員中國新疆兵團勘測規劃設計研究院首席客座教授Preparedby︰Prof.DaveT.T.Chang(張達德教授)1.土壤穩定與改良水泥、石灰、飛灰穩定其他-排水板（VerticalDrain)2.土工合成材料加勁(筋)排水/反濾/堵塞3.路面材料回彈模量(MR)-碎石、砂石與黏土4.岩石工程的顧問指導（深開挖,山坡地開發等）Before：After：1.前瞻科技在土建防災的應用2.節能低碳的科技與材料研發應用LEDLamp(150000小時)納米綠水泥材料(8。F~80。F)20YearsBefore一、土壤穩定與改良(含MR)Part1公路路面系统相关材料试验Part2FWD落重式挠度仪检测计划路基土壤材料碎石級配材料沥青混凝土材料前言MR(ResilientModulus)中文可译为回弹模量。MR试验为表示路基土壤、级配料、及沥青混凝土等材料强度之方法之一。本中原大学土力实验室自1987年自行研发一系列「全自动化」之＂DaveTypeMRTestingSystem＂。MR试验概述MR试验能模拟公路在车辆在动态行驶中，施加于路面载重压力所引起路基基层的轴向应变量。影响MR值因子:土壤性质、乾密度、饱和度、应力基准、打击次数频率及停留时间。相较于CBR及R值试验的静压试验方式，则无法满足此要求。MR试验发展至今，已有全自动化之試驗设备。仪器介绍-路基土壤、底层级配个人电脑气压系统LoadCellLVDT讯号放大器试体制作试体放置于三轴室轴差压力、围压调到指定读数打击完毕后电脑可以自动求MR值根据各阶段不同要求重复试验电脑程序中依序输入加压时间、间隔时间、打击次数电脑即可自动执行试验试验流程沥青混凝土E*试验沥青混凝土动弹性模量E*为多层弹性理论设计必须求得之资料之一，其试验方法有两种:1.ASTMD3497方法2.ASTMD4123方法本实验室以主要ASTMD4123，间接张力回弹弹性模量试验方法。另有新法，採直接軸向加載圓柱AC試體。实验室全自动化MR系统演进过程MR试验系统的发展乃参照OSU-TypeMRTestingApparatus资料撷取方式改由电脑控制，配合AD转换器取值。实验室全自动化MR系统演进过程房性中1986年第二代改良PC/XT16位个人电脑BASICA语言江政恩1987年第三代改良软件命名为＂MRSS专门配合路基土壤之MR试验系统C语言与汇编语言(Assmbly)实验室全自动化MR系统演进过程梁志超1990年第四代改良软件命名为＂MRAG＂专门配合底层级配料之MR试验系统增加了量测侧向变形、柏松比王韦人1994年第五代改良软件命名DCSR专门用于加劲路基操作介面为中文化側向量測壓克力環现今实验室MR系统介绍白书维(2006)将系统设备更新，升级至windows，计算速度提高，亦改善输出不够美观及适用性不足之缺点，将原程序利用LabView全部改写，建构窗口式人性化介面。时程控制，由原来之时程控制卡之手动调整改为利用电脑计算时间取代。系统时程控制设计与发展时程控制卡(timecontrollercard)八个埠(part)分别控制0.1~0.8秒调整螺丝方式调整控制加载时间确定加载时间前一代时程控制流程系统时程控制设计与发展利用电脑输出电压控制气压阀输出5V及小于5V电压系统时程控制设计与发展动弹行为试验加压频率3000μsec加压停留时间100μsec二、土工合成材料1.MSEWall2.MSE過濾排水1.MSEWALLAPPLICATIONOFGEOSYNTHETICS(取自FHWA原稿版)在土壤中添加天然或人工材料，予以加勁以彌補土壤中剪力或張力強度之不足。抑止土壤產生側向變形或滑動(增加圍束力)圍束力增加→視凝聚力增大→抗剪強度提高C'σR3Cσ1R1Rψ'SEffectofreinforcementonasoilelementψ'Sτσ1σσGold-JointIndustryCO.,Ltd.原狀土壤加入加勁材料加勁土壤1996-Turner-FairbanksHighwayResearchCenter;Verticalload=1,100tonsappliedtogeosyntheticreinforcedsoilpier.(高速公路研究中心,1100噸荷重的地工合成材料加勁橋台)3000B.C.-Mesopotamia“Reeds”placedinhorizontallayersusedtoreinforcesoil.美索不達米亞/蘆葦加勁HISTORYOFREINFORCEDSOILSTRUCTURESZIGGURAT–WOVENMATREINFORCEMENT編織蓆加勁GREATWALLOFCHINA長城GREATWALLINWESTERNDESERT長城西部沙漠1974:GEOTEXTILEREINFORCEDSOILWALLSINTRODUCEDTOUSBYU.S.FORESTSERVICE地工織物加勁由材務局引進美國“加勁土行為”研究，BARRY的博士論文1982–1989:FHWA“BEHAVIOROFREINFORCEDSOIL”STUDY芝加哥牆,BARRY的論文林口加勁擋土牆(1988),國內第一座示範案例林口加勁擋土牆(1988),台灣第一座示範案例林口中原大學國科會計畫台三線(198台三線(1989)9)台三線(19台三線(1989)89)(AfterHaliburton,1981)z設計使用壽命Geosynthetics長期設計強度(Long-termDesignstrength)Td=TULT/(RFxFS)RF=reductionfactors(折減係數)FS=forMSEWonly(1.5)(安全係數)Td=長期設計強度允許強度與裂解機理的關係Ta=長期允許強度(Long–Termallowablestrength)Tult=寬幅抗拉強度RFcr=潛變折減因子Rfid=施工折減因子RFd=老化折減因子TultTa=RFcr•Rfid•RFd加勁材之鋪放長度(續)L0=σH(FS)/(2γ．z．μ)L0:回包長度(min=1.0m)註:(1990)Barry:Pr(=Ti)=2μ．γz．LeLe．2=加勁材單位寬度的總接觸面積(上、下兩面)南二高泥岩區田寮鄉國工局計畫南二高泥岩區田寮鄉國工局計畫南二高泥岩區田寮鄉國工局計畫地工格網泥岩拉出試驗拉出試驗儀(1990~1995)拉出盒上盒示意圖拉出盒下盒示意圖拉出試驗照片大型拉出試驗儀配置圖(150×90×87CM)(1996~迄今)大型拉出試驗儀配置圖(250×90×87CM)加長100cm位移計大型拉出試驗儀配置圖(後方實照)套筒大型拉出試驗儀配置圖(內部實照)夾具大型拉出試驗儀配置圖前壁土壓力計放置位置反力橫桿土壓力計油壓活塞荷重元電源開關訊號放大器資料擷取器套筒格網試體紙袋加壓氣囊埋設長度L=2.0m2.5m17.5cm8.5cm0.87m0.8m0.4m0.4m0.07m(LoadCell)Cell-ACell-B大型拉出試驗儀配置圖(俯視圖)側壁土壓力計放置位置反力架套筒夾具格網試體油壓活塞荷重元土壓力計拉出試驗盒硬質塑膠保護套管鋼弦位移計(2.5m*0.9m)0.4m0.4m0.4mLVDT(LoadCell)Cell-1Cell-2Cell-3(Ci．Tanφ=μorF*)若不做試驗,保守採用:0.8Tanφ(格網)2/3Tanφ(地工織物)南投暨南大學邊坡整治案(協會團體會員、七洲股份有限公司提供)2.MSEWALL過濾排水MSEWall與RSS過濾排水系統Afternumerouswallfailuresduetopoordrainage,weshouldrecognizethatthecustomarymethodsofdesigningretainingwallsdisregardtheeffectofrainstormsonearthpressures...arainstormmayincreasetheearthpressurebyasmuchas33%.Hence,itisnotsurprisingthatthefailureofretainingwallsusuallyoccursduringheavyrainstorms.KarlTerzaghiin1943華邦電子安家計畫(谷地填方增加用地)•原有邊坡滲流係數•MSEWall基礎下方排水•過濾/排水系統-週邊-內部Lf=排水路徑長(織物濃度)(cm)∆h=水頭差A=織物有效面積(12.57cm2)Q=流量(cm3/sec)V=流速Rt=溫度修正因子ALhkiAkqfnntfnRhLktffnRhLhLAqk試驗介紹正向透水係數(Kn)正向透水率(Ψ)過濾水之定水頭試驗各水頭對應流速之標準偏差值除氣水之定水頭試驗各水頭對應流速之標準偏差值過濾水除氣水試驗結果分析以除氣水之試驗結果其平均標準偏差值明顯地較過濾水為小。但以除氣水進行試驗之穩定性可以接受。(約以1%為考量)以各水頭標準偏差值比對，當水頭為5公分者，各織物均具有最小的平均標準偏差值。試驗結果分析試驗用水之穩定性以除氣水最佳。由定水頭試驗得知，水頭在5公分時最穩定。經過濾密度25μm之活性碳濾心雙重過濾自來水，仍可獲得可信賴的透水能力指標。以透水率作為地工織物之透水能力指標，可避免濃度造成之誤導。小結(CNS參考引用)表觀開孔徑(APPARENTOPENINGSIZE)1960年代，Calhoun為美國陸軍工兵署(CorpsOfEngineers,COE)的水工實驗室進行濾層織物(FilterCloth)的研究。發展出“等效開孔徑”(EOS)試驗，藉此表現出不同織物保留土讓能力之特性。此試驗法乃將已知大小之圖形標準砂顆粒，置於織物表面，在搖篩機上滾動，決定砂穿過織物之通過率為5%或少於5%時之砂顆粒粒徑大小。被定義為此種顆粒之“保留”尺寸，並以美國標準篩號表示。。AOS與EOS之關係Calhoun的EOS試驗方法已在工程界受到廣泛的使用，經過了十多年的使用，原始的試驗方法，也陸續改善變革：(1)Calhoun定義使用級配砂顆粒之程序(2)由美國陸軍工兵署發展之修訂版本(3)由ASTM綜合前面兩種方法修正之標準規範【5】的方法稱為”表觀開孔徑”(ApparentOpeningSize,AOS)，採用各尺寸的玻璃珠。地工織物抗阻塞試驗MethodOfTestForGeotextilesCloggingPotentialbyGradientRatioTest阻塞Clogging堵塞Blocking遮蔽BlindingSOILPARTICLESGEOTEXTILEFIBRESWATERFLOWPARTICLEWATERFLOWGEOTEXTILESOILIMPERVIOUSLAYERGEOTEXTILEWATERFLOW影響土工織物過濾/排水行為原素評估地工織物過濾/排水能力相關試驗表觀開孔徑（ApparentOpeningSize,AOS）-確保織物保留土壤之能力-為大開孔端之孔徑尺寸-無法描述織物之完整孔徑分佈特性水力坡降比試驗（GradientRatioTest）-最常使用來評估織物阻塞潛能的試驗水力坡降比GR試驗兩大系統CalhounType傳統水力坡降比(GR)試驗，以GR值3為織物過濾系統抗阻塞能力的評估指。ASTMType規範ASTMD5101-95，針對GR試驗研究成果以1.0為指標。當GR＝1.0，表示系統內部是穩定的。flowinflowoutL0L1L2GeotextileSoil