淺基礎承載行為與破壞機制

本節針對各試驗條件之模型承載試驗結果，將膠結不良砂岩承載 曲線依其承載行為分為四個階段，分別是應力調整階段(承載曲線中 原點~A 點)、直線階段(承載曲線中 A~B 點)、非直線階段(承載曲線中

B~C 點)、及極限破壞階段(承載曲線中 C 點)，承載曲線對應基礎破

壞狀態照片描述基礎承載行為探討如下：

1. 水平地表條件

圖 5. 7(a)為基腳置於水平地表基礎之承載曲線關係圖，其中圖 5.

7(b)~(d)為各承載階段之試體照片。

應力調整階段即為剛性基腳與基礎接觸面間應力調整過程，因剛 性基腳與基礎接觸面間非絕對完全平整，故當基腳承受載重向下沉陷 時基礎勁度則逐漸提高，於承載曲線初期造成一小段非線性之微上凹 型曲線，基礎透過觀察窗發現網格無明顯變化且無任何裂縫產生。

於直線階段中，基礎承載荷重與基腳沉陷量曲線關係大略維持直 線。首先於此階段初期因剛性基腳兩側產生應力集中，因此可觀察到 基腳兩側各出現斜向的裂縫，於本研究中定義為“初始裂縫”。初始裂 縫在此階段中隨者基礎承載荷重增加而逐漸伸長，並且愈趨明顯可 見。基腳下方網格在接近非線性階段中，可觀察到其網格逐漸向下方 變形，由此可得知基底下方基礎開始產生塑性變形。

於非線性階段中，承載曲線斜率隨基腳沉陷量增加而逐漸增大。

由照片觀察結果，初始裂縫隨承載荷重增加持續產生錯動位移並生長 延伸，基腳兩側也產生數條斜向的微裂縫，並且隨承載荷重增加而生 長。透過觀察窗可發現基底下方網格明顯向兩側推擠變形，推估基底 下方之基礎主動區明顯形成並且開始向兩側推擠，隨者進入降伏階段

末期，基腳向下快速沉陷且網格變形速度漸趨劇烈，主動區向兩側的 推擠導致初始裂縫開始轉折向地表延伸發展。

於極限破壞狀態時，基礎承載力值為承載曲線之尖峰點，並且開 始隨基腳沉陷量增加而承載力遽減，是為基礎破壞失去其承載能力。

當基礎接近極限破壞狀態時，初始裂縫生長至地表面形成“滑動破壞 面”時則產生基礎被動區，此一被動區塊體受到由主動區所傳遞的承 載荷重所推擠移動，一旦被動區形成時則為基礎極限承載破壞。此 時，主動區之網格可顯明觀察到其變形方向並且形成倒三角形狀的區 域，此區域之試體類似受到鉛直向壓應變，水平方向的應變卻相對不 明顯，如單向度壓縮作用，材料顆粒有被壓碎現象顯得更為緻密的現 象產生。主動區與初始裂縫之間區域可觀察到 2~3 條明顯的裂縫，而 於此區域網格愈接近被動區則呈現較無明顯的變化，但在裂縫附近的 網格則可觀察到明顯的位移錯動。由圖 5. 7(a)所示，當被動區之滑動 破壞面同時於基腳兩側形成時，其承載曲線表現出脆性(brittle)行為明 顯，如試體 No.0°-1；但當一側滑動破壞面較另一側先形成時，則基 礎之承載行為較為亦呈應變軟化行為，但脆性程度較小，如試體 No.0°-2 及 No.0°-3。

2. 10 度邊坡坡緣條件

圖 5. 8(a)為基腳置於 10 度邊坡坡緣之承載曲線關係圖，其中圖

5. 8(b)~(d)為各承載階段試體之照片。

於應力調整階段中，其承載行為如同基腳置於水平地表條件者。

於直線階段中，可觀察到基腳兩側邊緣處因基腳承受荷重而產生 應力集中現象進而誘發裂縫產生，且隨者承載荷重增加而裂縫持續緩 慢生長。於此階段中，當基礎接近降伏強度時，邊坡側之初始裂縫生 長延伸略較水平側者明顯，其中試體 No.10°-2 於水平側基腳邊緣外 側 2cm 處生成一明顯斜向下裂縫。基腳下方網格隨承載力接近降伏 強度時，即可明顯觀察到略微向下變形。此外，在此階段中於基腳邊 緣處很難觀察到有新的微裂縫產生。

於非線性階段中，初始裂縫生長漸趨明顯且較線性段時發展快 速。另外，基腳處有新裂縫開始發展並且在基腳下方網格有明顯向下 塑性變形且向邊坡面推擠之現象，由承載曲線顯示此階段之基礎勁度 隨沉陷量增加而快速遞減。在此階段後期，水平側初始裂縫發展延伸 至一定長度後即無生長，而邊坡側之初始裂縫受到主應力區傳遞之承 載荷重推擠，開始轉向水平發展的趨勢。

於極限破壞狀態中，邊坡側初始裂縫發展延伸至邊坡面時即形成 滑動面並產生基礎被動區，當被動區被推擠滑動時導致基腳下方失去 邊坡面之被動支撐，此時基礎失去承載能力。基腳下方網格明顯形成 倒三角形狀之主動區，並且網格有向下及兩側推擠之塑性變形，主動

區材料顆粒有被壓碎而呈現緻密的現象。主動區與邊坡側滑動面之間 的區域可觀察到 1~2 條明顯裂縫，而在水平側則無明顯之新裂縫產生 及網格明顯的變形。當滑動破壞面形成後，主動區開始往邊坡側推擠 滑動，而導致多條新裂縫產生並形成數個塊體相互推擠滑動，此破壞 過程發生非常迅速。另外，試體 No.10°-3 於此階段因邊坡側基腳邊 緣處產生新裂縫，且當到達極限承載力而生長延伸至邊坡面，並形成 於被動區域中之小塊滑動體。探究上述現象產生原因，推測應是 No.10°-3 試體之坡緣處表面稍有不平整所導致。

3. 20 度邊坡坡緣條件

圖 5. 9(a)為基腳置於 20 度邊坡坡緣之承載曲線關係圖，其中圖 5. 9(b)~(d)為各承載階段之試體照片。

於應力調整階段中，其承載行為與試體狀態如同水平地表條件者 所述。

於直線階段中，基礎於基腳邊緣處會因基腳之應力集中現象進而 誘發裂縫產生，隨者基腳沉陷量增大而使得裂縫持續緩慢生長。其 中，水平側初始裂縫生長擴展程度不若 10 度試驗條件者明顯。

於非線性階段中，原先於直線段產生之初始裂縫生長漸趨明顯且 較線性段時發展快速。基腳邊緣處有新裂縫開始發展，且於基腳下方 網格明顯產生向下塑性變形並向邊坡面推擠，另由承載曲線顯示此階

段之基礎勁度隨沉陷量增加而快速遞減。其中，邊坡側初始裂縫隨承 載荷重增加而明顯生長，較水平側初始裂縫生長明顯(水平側初始裂 縫於此階段幾乎停止擴展)。當基礎接近極限破壞時，基腳下方網格 較 10 度試驗條件者明顯產生向邊坡側之塑性變形。此外，試體 No.20°-2 及 No.20°-3 於此階段中，初始裂縫延伸接近邊坡面並形成一 小塊滑動體，但基礎未受到此滑動體影響而失去承載能力。探究上述 兩試體之初始裂縫發展情形，如同 10 度邊坡坡緣條件者應為坡緣處 表面稍有不平整所導致。

於極限破壞狀態中，試體 No.20°-1 之邊坡側初始裂縫以及試體 No.20°-2 與 No.20°-3 於非線性段產生之主要裂縫，擴展延伸至邊坡面 形成滑動面並產生基礎被動區，當被動區被推擠滑動時導致基腳下方 失去邊坡面之被動支撐，基礎即失去承載能力。隨後基礎開始往邊坡 側推擠滑動，而導致多條新裂縫產生並形成數個塊體相互推擠滑動，

此破壞過程發生非常迅速。基底下方網格明顯形成朝邊坡側傾斜之倒 斜三角形狀，此區材料顆粒有被壓碎而呈現緻密的現象。主動區與邊 坡側滑動面之間區域可觀察到 1~2 條明顯的裂縫，而此區網格則無觀 察到明顯變形。

4. 30 度邊坡坡緣條件

圖 5. 10(a)為基腳置於 30 度邊坡坡緣之承載曲線關係圖，其中圖

5. 10(b)~(d)為各承載階段之試體照片。

於應力調整階段中，其承載行為與試體狀態如同水平地表條件者 所述。

於直線階段中，基腳邊緣處因應力集中進而誘發裂縫產生，並隨 承載荷重增加而使得裂縫持續生長。其中，邊坡側初始裂縫隨基礎承 載荷重增加而明顯生長延伸，但水平側則無明顯之初始裂縫產生。

於非線性階段中，初始裂縫生長漸趨明顯且較線性段時發展快 速。基腳邊緣處開始有新裂縫發展，且基腳下方網格較 10 度及 20 度 條件者更明顯有向邊坡面推擠之斜向塑性變形，此階段之基礎勁度隨 承載荷重增加而快速遞減。其中，邊坡側初始裂縫隨者基礎承載荷重 增加而較其它試驗條件者明顯生長，但水平側於初始裂縫於此階段開 始緩慢生長。

於極限破壞狀態中，邊坡側初始裂縫首先快速延伸至邊坡面時形 成一小塊滑動體，但基礎未受到此滑動體影響而失去承載能力。主要 滑動面是於非線性階段所產生之邊坡側新裂縫隨承載荷重增加而快 速發展，當此主要裂縫擴展延伸至邊坡時形成基礎被動區，則基礎到 達極限承載力，隨後基礎開始往邊坡側推擠滑動，而導致多條新裂縫 產生並形成數個塊體推擠滑動，此破壞過程較其它條件者發展非常迅 速。基腳下方網格隨載重增加而快速發展出主動區，並且形成往邊坡

側傾斜之倒斜三角形狀主動區，靠近基腳下方之主動區材料顆粒略有 被壓碎而呈緻密現象。介於主動區與邊坡側滑動面之區域可觀察到 1~2 條明顯的裂縫，但此區域之網格則無觀察到明顯變形。

5. 20 度邊坡之退縮距離為 1 倍基腳寬度條件

圖 5. 11(a)為基腳置於 20 度邊坡之退縮距離為 1B 條件下模型承 載曲線關係圖，其中圖 5. 11(b)~(d)為各承載階段之試體照片。

於應力調整階段，其承載曲線與試體狀態如同水平地表條件者。

於直線階段中，基腳邊緣處因應力集中現象而產生初始裂縫，且

於直線階段中，基腳邊緣處因應力集中現象而產生初始裂縫，且