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專欄主題名稱:
T3-STONE 程式簡介 (開挖穩定性檢核工具)
摘要:
地工技術基金會於TORSA 3.0上市三年後,因應市場需求,再行開發「T3-STONE」開挖穩定性檢核工具程式,透過視窗化界面,檢核貫入深度(側向壓力平衡)、隆起與懸臂式擋土壁貫入深度等,為鑽探報告最佳幫手。
專欄作者:
webmaster

目錄:
 
  • 一、簡介
  •  
  • 二、程式安裝
  •  
  • 三、輸入、輸出介面與功能說明
  •  
  • 四、注意事項
  •  
  • 五、計算書範例
  •  
  • 訂購單下載


  • 一、簡介
     



    地工技術研究發展基金會(以下簡稱基金會)發展TORSA程式已歷經1.0版、1.01版、1.02版、2.0版,至目前之3.0版(TORSA3),其中對於開挖穩定性檢核並未特別著墨。開挖穩定性檢核方式國內規範雖然明確,但僅針對支承式擋土壁,並未及於無支撐開挖之懸臂式擋土壁。基金會因應數位分析工具之發展與深開挖工程分析之需求,遂於TORSA3介面程式之輸入與輸出格式架構下,開發一套開挖穩定性檢核工具程式,並命名為T3-STONE,其功能包含貫入深度(側向壓力平衡) 檢核、隆起檢核及懸臂式擋土壁貫入深度檢核。
    T3-STONE程式與TORSA3程式之介面相似,對於TORSA3之使用者將會非常方便操作,若非TORSA3之使用者,亦可透過簡單直覺介面,快速建構分析所需輸入資料與檔案。使用者需了解  T3-STONE各模組分析結果僅供工程分析設計之參考,除須依據工程經驗慎選輸入參數外,對於分析結果亦須詳細評估其合理性。
    值得一提的是T3-STONE之貫入深度檢核中,土壓力計算除遵循Coulomb理論外,亦包括Caquot-Kerisel建議之土壓力計算方式。
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    二、程式安裝
     
    系統需求:T3-STONE程式為視窗環境下所發展之應用程式,運行於微軟.Net平台,可於一般視窗作業系統下執行,如Windows 7/8/10等,且32位元及64位元之系統皆可執行。其硬體並無特殊需求,惟軟體需要在.Net Framework 4.0平台上運行,但因T3-STONE安裝程式會偵測系統環境並自動安裝需要的元件,因此基本上並無另外軟體的需求。而T3-STONE執行時必須將螢幕字型改為小字型才有較佳的介面配置。
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    三、輸入、輸出介面與功能說明
     
    當程式安裝完成後,由視窗系統開始功能表之程式集,點選T3-STONE程式即可進入系統主畫面,如圖3.1 所示,畫面分割成兩個子視窗,分別為(1)資料輸入視窗及(2)開挖分析斷面圖形視窗等,各子視窗都可手動進行顯示範圍調整,程式會自動進行必要的配置調整。主功能表包含「檔案」、「編輯」、「執行」與「說明」等,各主功能選項下均有子功能選單,分述如下:
     
    圖3.1 系統執行主畫面
     3.1 「檔案」功能
    「檔案」功能選項下包含「建立新專案」、「開啟舊專案」、「儲存專案」、「另存新專案」、「產生計算書」與「結束」等子功能選項,如圖3.2所示。
    「建立新專案」即由本介面程式建立分析所需之輸入檔案;「開啟舊專案」係開啟已存在之輸入檔(*.i) ;「儲存專案」為儲存正在執行之輸入檔案;「另存新專案」則可變更輸入檔案之名稱。
    T3-STONE程式之輸入與輸出檔案共包括輸入檔(*.i)、輸出檔(*.o)與暫存之繪圖資料輸出檔(*.prn,該檔案在移出專案時即自硬碟中刪除),所有檔案皆支援中文檔名與長檔名(英文總長80字元內)。其中輸入檔由Windows介面程式透過圖形介面產生,其產生之輸入檔案皆有各參數之註解。
    3.2 「編輯」功能
    「編輯」子功能主要在建立輸入檔案資料及資料格式檢核,其選單下有「基本資料」、「土層參數」、「水壓力」、「地盤改良與扶壁」與「資料格式檢核」等功能選項,如圖3.3所示,資料畫面皆呈現於資料輸入與圖形輸出視窗內。「資料格式檢核」功能可協助使用者檢核使用者輸入的資料格式是否完整及正確,以減少程式運算時發生錯誤的機會。
     
        
         圖3.2 檔案子功能選單                                            圖3.3 編輯子功能選單
     
    3.2.1 「基本資料」選項
    「基本資料」選項係輸入開挖專案之基本參數,包括專案名稱、分析者、壁體長度、最終開挖深度、最下層支撐深度、初始地下水位深度與垂直超載等,其輸入視窗畫面如圖3.1之上半部畫面。
    各項資料輸入時,使用者移動滑鼠游標到欲輸入之資料欄位點擊,並直接輸入對應之數據即可。「專案名稱」資料可輸入中文,而各資料輸入後點選「編輯」功能選單之「資料格式檢核」,程式會進行格式驗證,若正確則其旁將出現打勾小圖示。

    3.2.2 「土層參數」選項
    「土層參數」選項為輸入分析所需各土層參數,如圖3.4所示,其輸入資料包括層底深度、土壤分類、單位重、隆起檢核及懸臂式開挖穩定性分析用參數(總應力參數)、SPT-N值、貫入深度檢核用參數(有效應力參數)等。土層參數表上方另包括土壤與牆土界面之不排水剪力強度比值Suw/Su與摩擦角比值δ/φ,以及土壓力係數計算選用Coulomb 或 Caquot-Kerisel 建議值。
    圖3.4 土層參數輸入視窗
     
    使用者輸入土層參數時,先點選 圖示新增輸入表格列,再於該列依序輸入各參數值。使用者若選取整列土層再點 圖示,程式將以選取之土層直接複製插入一層土壤參數,亦可點選滑鼠右鍵進行土層往上插入、往下插入或刪除土層之操作,依此方式新增其他土層。
    總應力參數包括不排水剪力強度與有效垂直應力比值、不排水剪力強度、摩擦角與主動、被動土壓力係數;有效應力參數包括凝聚力、摩擦角與主動、被動土壓力係數。當使用者輸入總應力強度參數φ及δ或有效應力強度參數φ’及δ’後,土壓力係數 Ka 及 Kp 或 K’a 及K’p 會自動根據所點選之 Coulomb 或 Caquot-Kerisel 選項計算,然使用者亦可自行手動修改土壓力係數;SPT-N值係為計算扶壁效應對土壤強度參數之效益,若未設置扶壁,則N值對土壤參數並無作用。

     
    T3-STONE程式所計算提供之土壓力係數,係基於以下之假設:
     1. 擋土壁背側地表呈水平狀態,且擋土壁呈垂直狀態之數值。
     2. Caquot-Kerisel 土壓力計算須輸入以下兩項數值:
      (1) φ:土壤內摩擦角,單位為弧度 (deg),0≦φ≦60°。
      (2) δ/φ:擋土壁與土壤間摩擦角δ與φ之比值,0≦δ/φ≦1。
    計算結果輸出 Caquot-Kerisel 建議之 Ka 及 Kp 值,以及兩者之水平分量 Ka*cosδ及 Kp*cosδ。
     
    3.2.3 「水壓力」選項
    「水壓力」主要定義開挖側與非開挖側於開挖階段之地下水位分佈,其水壓力分佈類型共提供靜態水壓、均勻消散滲流水壓與線性分佈水壓等三種輸入類型。如圖3.5所示,進入水壓力指令輸入資料子視窗畫面,靜態水壓與均勻消散滲流水壓皆僅需輸入檔土壁兩側之地下水位深度,差別在於均勻消散滲流水壓會由程式依水密性擋土壁兩側水位自動計算均勻消散(uniform dissipation)之滲流分析,且滲流係通過擋土壁底端(即壓力於擋土壁底部相同);線性水壓分佈係由使用者依據分析需求,自行定義水壓隨深度之分佈,兩深度間之水壓採線性變化自動計算,點選 圖示以新增不同深度之水壓值,依序增加各深度之水壓數值,直至深度超過擋土壁體長度為止。

    3.2.4 「地盤改良與扶壁」選項
    「地盤改良與扶壁」考量其對於原有土壤參數之效益,係依據TORSA3之應用原則(詳TORSA3理論背景)處理。如圖3.6所示,進入「地盤改良與扶壁」後,輸入地盤改良參數或扶壁參數,其中柱狀地盤改良土壤強度參數由使用者自行輸入,扶壁式改良則由使用者輸入扶壁尺寸參數(如圖3.7),程式將會自動計算其對原有土壤強度參數之效益,提供後續之開挖穩定性分析。 

    圖3.5 水壓力輸入視窗
     
    圖3.6 地盤改良與扶壁輸入視窗
     
    圖3.7 扶壁參數輸入視窗
     
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    四、注意事項
     
    T3-STONE主要為深開挖穩定檢核工具程式,其支承式開挖穩定分析遵循「建築物基礎構造設計規範」,且計算結果僅供使用者分析設計參考。其次,因為分析結果受土層力學參數影響極大,故使用者必須慎選土層輸入參數並詳細評估結果之合理性。
    為方便使用者對T3-STONE所提供之各分析模組應用能進一步掌握,茲將各模組功能與輸入參數特性彙整於下表,祈望使用者能謹慎評估。
     
    各分析模組功能與輸入參數特性  
     

    程式名稱

    T3PD

    T3BH

    T3CW

    功能

    計算支承式擋土壁貫入深度
    安全係數

    計算開挖底面隆起
    安全係數

    計算懸臂式擋土壁貫入深度
    安全係數

    計算依據

    建築物基礎構造設計規範
    8.8.1

    建築物基礎構造設計規範
    8.8.2

    歐章煜(2017)
    進階深開挖工程分析與設計

    分析模式

    有效土壓力+水壓力之淨值

    不排水剪力強度

    全土壓力簡化模式

    土壓力理論

    CoulombCaquot-Kerisel

    N/A

    CoulombCaquot-Kerisel

    土層參數

    有效應力強度

    不排水剪力強度

    有效應力/總應力

    支撐(BUT)

    必 須

    必 須

    地盤改良

    可考慮

    可考慮

    可考慮

    內扶壁

    可考慮

    不考慮

    可考慮

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    五、計算書範例
     

    1. 擋土壁貫入深度安全係數計算書範例  (下載)
    2. 隆起安全係數計算書範例
    3. 懸臂式擋土壁貫入深度安全係數計算書範例

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