無凝聚性土壤於定正向力下受反覆剪力之體積應變衰減行為

因應我國推動離岸風場的開發，離岸風機基礎設計為我國工程顧問公司積極爭取本土化的工作項目，我國離岸風場多採用套管基礎，軸向承載力為套管樁基礎的主要設計控制條件。為評估樁基礎受反覆軸向力下之承載力衰減，White and Bolton (2002)提出摩擦疲勞機制，樁周土壤於反覆作用力下造成體積縮減，無限遠處之土壤產生水平卸載，造成樁身摩擦阻抗降低，基樁承載力下降。黃迪瑩 (2014)、曾玉修 (2016)及彭艾琳 (2018)建立有限元素樁-土互制系統數值模型，模擬基樁受軸向力下之變形行為，基樁反覆軸向作用力時，樁周土壤之體應變衰減模型以Achmus et al. (2015)使用Silver and Seed (1971)之實驗數據歸納而得，本研究為求得更符合台灣離岸風場土壤受反覆剪力下之體應變推估式，探討土壤受反覆應力之邊界條件Constant Normal Load(CNL)、Constant Normal Stiffness(CNS)及Constnat Volume(CV)下之變形行為，確認CNL邊界條件下，土壤經反覆作用下之體應變縮減為三種邊界條件之上限；且於CV邊界條件下，土壤經反覆作用下時之正向應力衰減為上述三種試驗條件下之上限。

本研究統計彰化近海離岸風場之土壤種類，選定台灣離岸風場代表性中等緊密砂土，進行反覆單剪試驗。於CNL邊界條件下，對不同相對密度之中等緊密砂施予2000次之反覆剪應力，取得土壤體積應變，以建立體應變衰減推估式；並於CV邊界條件下，對不同相對密度之中等緊密砂土施予反覆應變，取得正向應力隨反覆作用力變化關係，提出土壤於定體積條件不受反覆剪應變造成之正向應力衰減推估式。

透過有限元素分析軟體Abaqus建立樁土互制分析數值模型，給定彰化近海中等緊密砂土地工設計參數，並代入本研究利用反覆單剪試驗結合CNL邊界條件所建立之體應變衰減推估式，將作用次數N=2、10、100、1000、2000時之體應變帶入樁土互制數值模型，計算出不同作用次數下對應之正向應力衰減量與基樁極限軸向承載力，經與本研究利用反覆單剪試驗結合CV邊界條件所建立之正向應力衰減推估式比較，兩者結果隨深度有不同之關係。