研究開始
5.1 土壤於飽和與部分飽和條件下之基礎承載力 土壤於飽和與部分飽和條件下之基礎承載力 土壤於飽和與部分飽和條件下之基礎承載力 土壤於飽和與部分飽和條件下之基礎承載力
本節之研究範例考慮一條型基礎(基礎半寬 1m)，基礎下土壤狀態於地 水位以上處於部分飽和條件，因此考慮土壤內具初始吸力，地水位以下之 土壤則為飽和狀態。本節將探討承受基礎載重下，探討不排水條件下的極 限基礎承載力，以及應力、應變、孔隙壓力等之影響範圍，藉以瞭解本研 究所提出之力學模型對基礎承載的工程行為。
為利於比較「考慮吸力－不排水」狀況之模擬結果，模擬情況亦將「不 考慮吸力－不排水」、「不考慮吸力－排水」、「考慮吸力－排水」等三種情 況一併納入模擬，以便於比較討論各種不同假設條件下之差異。模擬之基 礎網格如圖 5.1 所示，各項土壤參數如表 5.1 所列。
圖 5.1 基礎網格
表 5.1 基礎模擬所需土壤參數
( )a ( )b
( )c ( )d
種地水位的地層飽和度設定如圖 5.4 ~ 圖 5.6 所示，用以表示毛細上升區域 土層飽和度之分佈變化情形，其中飽和度設定最低值為地水位位於 6 公尺 狀態時，距地表最近層之飽和度為 50%，相對應之初始吸力值約為 350kPa。
圖 5.2 三種基礎承載模擬地水位狀態
圖 5.3 土層飽和度模擬條件示意圖
圖 5.4 地水位於地表下 2 公尺的飽和度設定
圖 5.5 地水位於地表下 4 公尺的飽和度設定
本研究設定飽和度的方式是採用鄒鄭翰(2007)所撰寫之 FISH 副程式，
此副程式可設定元素之初始飽和度Si。副程式在 FLAC 計算之飽和度Sr小 於Si時，會將飽和度設定為Si再由特徵曲線求出相對應之吸力值，透過此項 設定即可完成圖 5.4~圖 5.6 中之各層飽和度設定。四種條件下之垂直方向位 移、剪應變與孔隙水壓發展如圖 5.7 至 5.15 所示。
圖 5.7 地下水位 2m-垂直位移分布
(b) 不考慮吸力－排水 (a) 不考慮吸力－不排水
(c) 考慮吸力－不排水 (d) 考慮吸力－排水
146
圖 5.8 地下水位 2m-剪應變分布
(b) 不考慮吸力－排水 (a) 不考慮吸力－不排水
(c) 考慮吸力－不排水 (d) 考慮吸力－排水
圖 5.9 地下水位 2m-孔隙水壓分布
(b) 不考慮吸力－排水 (a) 不考慮吸力－不排水
(c) 考慮吸力－不排水 (d) 考慮吸力－排水
148
圖 5.10 地下水位 4m-垂直位移分布
(b) 不考慮吸力－排水 (a) 不考慮吸力－不排水
(c) 考慮吸力－不排水
(d) 考慮吸力－排水
圖 5.11 地下水位 4m-剪應變分布
(b) 不考慮吸力－排水 (a) 不考慮吸力－不排水
(c) 考慮吸力－不排水 (d) 考慮吸力－排水
150
圖 5.12 地下水位 4m-孔隙水壓分布
(b) 不考慮吸力－排水 (a) 不考慮吸力－不排水
(c) 考慮吸力－不排水 (d) 考慮吸力－排水
圖 5.13 地下水位 6m-垂直位移分布
(b) 不考慮吸力－排水 (a) 不考慮吸力－不排水
(c) 考慮吸力－不排水 (d) 考慮吸力－排水
152
圖 5.14 地下水位 6m-剪應變分布
(b) 不考慮吸力－排水
(c) 考慮吸力－不排水 (d) 考慮吸力－排水
(a) 不考慮吸力－不排水
圖 5.15 地下水位 6m-孔隙水壓分布
(b) 不考慮吸力－排水 (a) 不考慮吸力－不排水
(c) 考慮吸力－不排水 (d) 考慮吸力－排水
由垂直位移分布與剪應變的變化可知，在「不考慮吸力－不排水」與
「考慮吸力－不排水」的條件下有較明顯之主、被動破壞區域呈現類似全 面剪力破壞型式發展而且有激發的孔隙水壓產生；反觀「不考慮吸力－排 水」與「考慮吸力－排水」等條件下無此明顯現象，而是較類似局部剪力 破壞或壓密沉陷（基礎下方發生較顯著之垂直沉陷）之型式。在下節中將 比較各種條件下的基礎承載力與基礎正下方知沉陷量間的差異，並深入討 論。