植物根系於边坡稳定力学行为之研究.PPT

3.2室內與室外植物根系參數量測 (2/7) 山黃麻 現地拉拔試驗結果 Pu=8.52D1.18 R2=0.81 適用範圍：2.5cm＜D＜13.5cm 3.2室內與室外植物根系參數量測 (3/7) 拉拔抗力試驗成果討論 1. 拉拔抗力上升速率 山黃麻其根系拉拔抗力初始階段之上升速率大致相似。 2. 拉拔抗力尖峰值所需之拔出量 山黃麻不同基徑之尖峰拉拔抗力所需之拔出量皆不相同， 此外山黃麻根系皆呈水平生長、根系較淺，因此能提供之拉拔抗力較小。 3.2室內與室外植物根系參數量測 (4/7) 室內根系材料試驗 室內根系材料試驗，主要為單根拉力強度試驗。本試驗將由試驗區所取得之植物根系材料中，分類及選取完整根系樣本進行試驗。 試驗採用電腦伺服材料試驗機，並由試驗獲得之根系應力~應變之關係曲線，可用以推導根徑~極限拉力強度及根徑~楊氏模數之關係式。 3.2室內與室外植物根系參數量測 (5/7) 回歸方程式： t=2.68d1.88 R2=0.82 t：破壞載重(kgf) d：根徑(mm) 適用範圍：2.46 ≤ d ≤ 5.12 山黃麻 單根拉力強度試驗結果 調查及試驗區域土壤直接剪力試驗 為決定試驗區土壤之力學參數（凝聚力c及摩擦角?），於選定之調查區域，採用薄壁鋼圓管進行土壤採樣，以進行直接剪力試驗 3.2室內與室外植物根系參數量測 (6/7) 調查及試驗區域之土壤直接剪力試驗 於選定之調查區域，採用薄壁鋼圓管進行土壤採樣，以進行直接剪力試驗，試驗中，採用4種不同之正向應力(?)施加於剪力盒上，並設定剪動速率1.5 mm/min，依序測定最大剪應力(?)，再以4組不同正向應力(?)與所對應之最大剪應力(?)求得其回歸式，並找出其對應之c值與?角。 3.2室內與室外植物根系參數量測 (7/7) 項目 試體 σ (kPa) (kPa) 回歸方程式 S1 49 42 S2 98 58 C 值：23.5 kPa ? 角：21.30° S3 147 90 S4 196 95 =剪力強度(kPa)，w=土壤水分含量 【註】c=凝聚力、?=摩擦角、σ=正向應力(kPa)、 石門水庫集水區 四、數值模擬及分析結果與討論 四、數值模擬及分析結果與討論 拉拔與直剪數值模擬步驟(一) 1. 選用植物根系進行含根土拉拔抗力及抗剪強度之二維有限元素數值分析。 2. 依據植物現地調查之根系分布型態，建構含根土之二維立體數值模型。 拉拔與直剪數值模擬步驟(二) 3. 輸入土壤參數及根系參數 4. 透過現地拉拔抗力試驗值與模擬值，比對根系拉拔抗力試驗之拉拔抗力~拔出量關係曲線(P~Lp曲線)及極限拉拔抗力值Pu後，驗證二維數值程序之有效性。 5. 採用驗證之含根土二維數值模型，進行含根土之直接剪力試驗數值模擬，並推估含根土之根系抗剪強度增量值ΔSr。 統一土壤參數 pull-out displacement(mm) pull-out resistance(kN) 拉拔與直剪數值模擬步驟(三) 6. 建置根系極限拉拔抗力Pu與相應之根系抗剪強度增量ΔSr之力學關係式，即ΔSr=f ( Pu )關係函數。 4.1山黃麻拉拔與直剪數值模擬(1/4) 部位 d (cm) a (cm2) L (cm) Er (kPa) t (kPa) 主根 3 7.069 30.0 1500 15.93 4 12.57 27.39 5 19.63 41.69 6 28.27 58.78 側根 2 3.14 40.0 1500 7.421 鬚根 (主根下方) 1 0.79 31.9 1500 2.011 鬚根 (側根下方) 1 0.79 20.0 1500 2.011 根系參數 山黃麻含根土直接剪力試驗 數值模型有限元素網格 t(kN)=0.0263 ×d 1.8838 pull-out displacement(mm) pull-out resistance(kN) 山黃麻現地拉拔抗力試驗拉拔歷程不同階段之土-根變形模式 根系拉拔抗力試驗之拉拔抗力~拔出量關係曲線(P~Lp曲線)及根系拉拔數值模擬曲線圖 4.1山黃麻拉拔與直剪數值模擬(2/4) 山黃麻模擬土-根系統垂直變化等直圖分佈 山黃麻含根土直剪試驗直剪歷程之剪應力(?yx)分布 (正向應力=10 kPa，水平剪位移=80 mm) 4.1山黃麻拉拔與直剪數值模擬(3/4) 山黃麻Pu與ΔSr之關係式: ΔSr=15.874×lnPu+ 37.374