研究開始
5.2 基礎承載力與影響深度 基礎承載力與影響深度 基礎承載力與影響深度 基礎承載力與影響深度
本節將比較在「不考慮吸力－不排水」、「不考慮吸力－排水」、「考慮 吸力－不排水」、與「考慮吸力－排水」等四種情況下之基礎承載力、垂直 方向的沉陷量、以及影響深度。將四種條件下，地下水位分別位於地表下 2 公尺、4 公尺、6 公尺等三種情況一併比較討論。因此共有十二組模擬結果 可作綜合比較。所有模擬之位移向量圖如圖 5.16 至圖 5.18 所示，圖中之Dp
代表影響深度範圍，而承載力對沉陷量之關係圖如圖 5.19 至 5.20 所示，模 擬結果之數據則如表 5.2 所示，表中之 NSU 與 NSD 分別代表「不考慮吸力
－不排水」與「不考慮吸力－排水」的結果； SU 與 SD 則代表「考慮吸力
－不排水」與「考慮吸力－排水」之模擬結果，而在其後標示之公尺數為 代表地下水位之位置。
圖 5.16 地下水位 2m-位移向量圖與影響深度範圍
(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
156
圖 5.17 地下水位 4m-位移向量圖與影響深度範圍
(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 5.18 地下水位 6m-位移向量圖與影響深度範圍
(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
由模擬結果的位移向量與垂直方向之位移分布圖可看出在“排水”的 條件下影響的深度範圍皆比“不排水”的條件下要來的深；其中影響深度 最大的發生在地水位位於地表下 6 公尺的「考慮吸力－排水」條件下，影 響範圍最小的發生在地水位位於地表下 2 公尺的「不考慮吸力－不排水」
條件下。在不排水的條件下有明顯之主、被動破壞區之分界；在排水的條 件下則屬局部之破壞。
接著，將對「不考慮吸力－不排水」、「不考慮吸力－排水」、「考慮吸 力－不排水」、與「考慮吸力－排水」四種條件下，承載力對基礎沉陷量的 關係討論基礎承載的穩定性。
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Bearing Capacity (kPa)
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Bearing Capacity (kPa)
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Bearing Capacity (kPa)
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Bearing Capacity (kPa)
0 0.4 0.8 1.2
Bearing Capacity (kPa)
0 0.4 0.8 1.2 1.6 2
Bearing Capacity (kPa)
(a)地下水 2m -不排水 (b)地下水 4m -不排水 (c)地下水 6m -不排水
(d)地下水 2m - 排水 (e)地下水 4m - 排水 (f)地下水 6m - 排水 圖 5.19 不考慮吸力條件下，基礎承載力對基礎正下方沉陷量
160
Bearing Capacity (kPa)
0 0.4 0.8 1.2
Bearing Capacity (kPa)
0 0.4 0.8 1.2
Bearing Capacity (kPa)
0 0.2 0.4 0.6 0.8
Bearing Capacity (kPa)
0 0.2 0.4 0.6 0.8
Bearing Capacity (kPa)
0 0.2 0.4 0.6 0.8
Bearing Capacity (kPa)
(a)地下水 2m -不排水 (b)地下水 4m -不排水 (c)地下水 6m -不排水
(d)地下水 2m - 排水 (e)地下水 4m - 排水 (f)地下水 6m - 排水 圖 5.20 考慮吸力條件下，基礎承載力對基礎正下方沉陷量
表 5.2 基礎承載力與基礎正下方沉陷量模擬結果數據
軟體為平台運用至大地工程之邊界值問題，應可合理模擬部分飽和土壤在
「排水」與「不排水」條件下之工程力學行為。本章之範例，也顯示於不 排水條件下，原本土壤內使土體有額外穩定力量之吸力，受到外載之影響 會誘發短期孔隙壓力變化，因而可能影響工程穩定性。
5.3 無支撐開 無支撐開 無支撐開 無支撐開挖 挖 挖 挖
本節繼續以 5.1 節所假設之土壤飽和度分布條件進行開挖模擬以展示 另ㄧ應用範例。網格、土壤參數與飽和度之設定等皆沿用 5.1 節之尺寸與數 據。開挖之分析仍比較「不考慮吸力－不排水」、「不考慮吸力－排水」、「考 慮吸力－不排水」、與「考慮吸力－排水」四種條件。地水位以上之土層飽 和度，在「不考慮吸力－不排水」及「不考慮吸力－排水」情況下仍考慮 無毛細上升區(飽和度為 0)；「考慮吸力－不排水」與「考慮吸力－排水」
情況下則考慮有毛細上升區(飽和度介於 0 至 1 之間)。所有模擬之地水位，
假設位於距地表 6 公尺處。
開挖之模擬半寬為 1 公尺。依據表 5.1 之土壤參數，此基礎之無支撐臨 界開挖高度(Hcr)約在 4 公尺左右。因此對開挖之模擬將從開挖 3 公尺、4 公 尺、5 公尺與 6 公尺等四個開挖深度。分別在考慮吸力與不考慮吸力、排水 與不排水條件下進行分析比較。模擬之結果如圖 5.21 至圖 5.28 所示。水平 位移向量之模擬結果則如圖 5.29 至圖 5.32 所示。不考慮吸力－不排水 (NSU)、不考慮吸力－排水(NSD)、考慮吸力－不排水(SU)、考慮吸力－排 水(SD)，四種模擬條件下，各開挖深度之側向開挖面最大水平位移量與剪 應變量與發展之位置模擬結果數據，如表 5.3 ~ 表 5.6 所示。
圖 5.21 開挖深度 3m-剪應變分布 (a) 不考慮吸力－不排水
(c) 考慮吸力－不排水 (d) 考慮吸力－排水
(b) 不考慮吸力－排水
164
圖 5.22 開挖深度 3m-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 5.23 開挖深度 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
166
圖 5.24 開挖深度 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 5.25 開挖深度 5m-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
168
圖 5.26 開挖深度 5m-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 5.27 開挖深度 6m-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
170
圖 5.28 開挖深度 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
圖 5.29 開挖深度 3m-水平位移向量圖
(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
172
圖 5.30 開挖深度 4m-水平位移向量圖
(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 5.31 開挖深度 5m-水平位移向量圖
(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
174
圖 5.32 開挖深度 6m-水平位移向量圖
(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
表 5.3 開挖深度 3 公尺，側向開挖面最大水平位移與剪應變模擬結果數據
檢視模擬分析結果，比較各開挖深度的剪應變分布圖與表 5.3 之模擬數
定。
當開挖深度達 6 公尺即地下水位之位置時，「不考慮吸力－不排水」與
「不考慮吸力－排水」之分析皆已達到破壞，雖然「考慮吸力－不排水」
的分析中側向土體的吸力值持續增加，但仍因為無支撐開挖深度較深而無 法持續保持穩定狀態；而在「考慮吸力－排水」的分析中，雖然在側向開 挖面仍呈現穩定狀態，但其開挖底部則有張力破壞之模擬結果。