研究開始
2.2 部分 部分 部分飽和土壤的力學模型與模式 部分 飽和土壤的力學模型與模式 飽和土壤的力學模型與模式 飽和土壤的力學模型與模式
2.2.3 力學模型應用比較 力學模型應用比較 力學模型應用比較 力學模型應用比較
本節比較各模型使用上所需參數與其之間的優缺點。參數的數量以及 率定上的難易度為模型實用的重點。各模型之比較如表 2.3 所示。其中 Pereira, et al.(2005)與 Russell & Khalili(2006)的組合律以定量的準確度為目 標，重點在於基本彈塑性模型的變化，不列入比較。各模型對於土壤行為 的掌握程度不同，欲模擬的行為越多樣化，則相對於原來之 Cam-clay model，所新增的參數必然越多。
為描述吸力所造成的硬化，必要參數為正常壓密線或 p s 的相關參c
( )
數。此外，欲建立飽和度與吸力間的關係，必須有特徵曲線的函數。若又 要考慮定量準確度的情況下，參數的使用皆必須增加。由表 2.3 可知，目前 的組合律中使用參數之數量其範圍甚大，而在實際應用上，各組合律均有 其有優缺點。若綜合其中各項優點，應可修改或擴充成實用的模型。
表 2.3 各模型所需參數與優缺點比較
Loret & Khalili (2000)、(2002)
Gallipoli, et al.(2003)
2.3 外部加載對部分飽和土壤的工程行為影響 外部加載對部分飽和土壤的工程行為影響 外部加載對部分飽和土壤的工程行為影響 外部加載對部分飽和土壤的工程行為影響
在部分飽和土壤中孔隙壓力會受到地下水的狀態或是受到外部加載的 影響而有所變化。其中在地下水流動與滲流對部分飽和土壤的影響已有相 當多的研究，但對於外部加載的行為對部分飽和土壤的工程行為影響的相 關研究卻是較少觸及的。
現實大地工程問題中多將土層分析簡化為短期最危險的飽和不排水分 析亦或視為飽和排水分析；但對於實際的情況中，例如基礎的開挖(或承 載)、土壩的建造等，土壤的真實情況大部分處於部分飽和的狀態，而外力 加載的歷程相對於土壤中孔隙氣、水壓的消散時間來的短暫，因此，此時 的部分飽和土壤加載行為可視為“部分飽和不排水”狀態。外力加載的過 程將引起孔隙壓力的發展，例如土壩填土加載過程中，引起土壤孔隙體積 的改變，孔隙氣、水壓隨之升高同時伴隨吸力的降低，始有效應力改變對 土壩的穩定度造成影響。
Fredlund(1982)即首先提出部分飽和土壤內的孔隙壓力隨土壤受外部總 應力增加而改變的概念，如圖 2.40 所示。
圖 2.40 外部總應力加載所引起的孔隙壓力改變(Fredlund, 1982)
Fredlund(1982)利用土霸築壩過程的例子來說明孔隙氣壓與水壓的發 展，如圖 2.41 所示。
(a)
(b)
圖 2.41 土壩築壩過程中的孔隙壓力 (a) 孔隙水壓分布 (b) 孔隙氣壓分布 (Fredlund, 1982)
Rahardjo(1990)利用孔隙壓力參數的觀點以解釋孔隙壓力的改變，並利 用一系列的部分飽和土壤不排水實驗用以驗證其理論。Graham(1995)起為研 究做為核廢料儲存槽中緩衝層材料的高度膨脹性土壤，亦對此高度膨脹性 土壤在部分飽和不排水情況下的受剪試驗以了解部分飽和不排水情況下的 剪力強度與體積變化。
儘管部分飽和土壤的不排水力學行為在試驗上仍少有研究文獻討論，
在實際地工問題中也鮮少以部分飽和且在不排水的條件下進行分析，然而 在實際工程行為上經常卻實際發生在部分飽和不排水的條件。基於此等原 因，本研究將試圖發展一精簡之部分飽和土壤力學不排水力學理論，討論 土壤在「部分飽和不排水」的力學行為，繼而比較土壤在「飽和不排水」、
「飽和排水」、「部分飽和排水」的力學行為，用以討論部分飽和不排水對 土壤行為的影響，最終再將此理論力學模型運用至大地工程問題之分析。
第三章
基本架構乃由 Cam-clay model 延伸而來)為基礎進行擴充，使其能適用於部 分飽和土壤的不排水力學行為模擬。為進行模擬，利用 Matlab 軟體為工具 撰寫模擬程式，測試單一均勻試體之力學行為。待確認無誤後，再利用相 同模型為基準，撰寫 FLAC 軟體之使用者自訂組合律副程式(User Defined model, UDM)，比對兩者結果以確認 UDM 副程式之正確性，驗證無誤後，利用 FLAC 軟體為平台進行部分飽和土壤不排水工程行為的大地工程問題