$$\mathrm{FS_{s,r}=\frac{P_pL_p}{P_aL_a}≥1.5}$$
首先求取旋轉點,使其滿足擋土壁兩側之側向壓力平衡,再進行安全係數分析。一般全土壓法之安全係數需求為 FSs,r = 1.5,適用之分析計算模式為採用 [有效應力法]。因此,不論地層種類為 [D] 排水地層或 [U] 不排水地層,皆採用 [有效應力法] 進行側向壓力平衡分析,請輸入有效應力參數 c'、ϕ'。
地表超載 Q 以及壁體側向受力 Sh 採均布荷重,數值由設計者自行決定。
地表超載 Q 採均布荷重,分析時 Q 納入地層的垂直應力。在支撐式開挖的情況下,擋土側的壁體側向受力增值為 Sh = KaQ;在懸臂式開挖的情況下,旋轉點以上擋土側的壁體側向受力增值為 Sh = KaQ,旋轉點以下擋土側的壁體側向受力增值為 Sh = KpQ
以 Boussinesq 公式計算壁體側向受力 Sh。公式如下:
$$\mathrm{S_h(z)=\frac{Q}{\pi}\left[tan^{-1}\frac{(B-A)z}{AB+z^2}+\frac{Az}{A^2+z^2}-\frac{Bz}{B^2+z^2}\right]}$$
擋土側及開挖側之地下水位呈靜態水壓分布,不考慮擋土壁兩側水壓差造成之影響。
當採用非水密性擋土壁 (鋼軌樁、型鋼、排樁),一般而言,原地層呈靜態水壓分布時可選用本模式,因 (開挖面抽水後) 擋土壁之兩側水位相同,擋土側地下水位 Dw,ret 與開挖側地下水位 Dw,exc 請輸入相同之數值。
擋土側及開挖側之地下水位不同,因擋土壁底兩側水壓差而發生滲流。適用於水密性擋土壁 (連續壁、鋼板樁),地層為厚排水地層 (砂、礫石、卵礫石),且沒有黏土夾層。壁底水平向滲流後,CATii 自動計算水壓力之公式如下:
$$\mathrm{i=\frac{u_{ao}/\gamma_w-u_{po}/\gamma_w}{D_a+D_p}}$$ $$\mathrm{u_p=u_{po}+i\times D_p\times\gamma_w=u_{ao}-i\times D_a\times\gamma_w=u_a}$$
本模式適用各種地層情況,對於砂土與黏土互層之地層,建議優先選用本模式,依施工抽水情況輸入各層水位以及滲流模式後,CATii 可自動計算垂直滲流以及壁底水平滲流。輸入方法請另見分層水位輸入模式說明。
統一土壤分類系統 (USCS) 與工程地質常見的岩層分類代號如下表,如果是 A 與 B 互層,或 A 與 B 之混合物可以用 A/B 表示,例如:粉土質砂夾粉土薄層可以用 SM/ML 表示。
當採用水密性擋土壁時 (例如:連續壁),分層水位輸入模式適用各種地層狀況,尤其是排水地層 [D] (例如:砂、礫石、卵礫石) 及不排水地層 [U] (例如:黏土) 交互沉積之層狀地層。[D] 視為含水層 (Aquifer),[U] 視為阻水層 (Aquitard);相鄰的 [D] 視為同一個含水層單元,相鄰的 [U] 視為同一個阻水層單元。
對於支撐式開挖之側向壓力平衡分析,在 [U] 不排水地層中,於 TWN-090(2001) 規範採用有效應力法分析,於 TWN-112(2023) 規範則採用總應力法分析。
排水地層內呈現靜態水壓分布,請輸入地下水位深度 (由地表面起算之深度),輸入 - 則代表該地層無水 (水位在該地層的下方)。
不排水地層採有效應力法分析時,其上、下之含層水壓不同時將發生垂直滲流,滲流模式設定為 [V],其水壓力依上、下含水層之水壓呈線性分布。
不排水地層採總應力法分析時,水壓力為零,滲流模式設定為 [-]。
擋土壁底部所在地層為排水地層時,因開挖抽水造成開挖面內、外側水壓不同,將發生壁底水平向滲流,滲流模式設定為 [H],其水壓力依滲流路徑呈線性分布,若分析時不考慮水平向滲流,請將滲流模式設定為 [-]。
擋土壁底部所在地層為不排水地層,且採有效應力法分析時,長期可能發生水平向滲流,且亦發生垂直向流,滲流模式設定為 [V+H],若分析時不考慮水平向滲流,僅發生垂直向流,請將滲流模式設定為 [V]。
壁底水平向滲流後,CATii 自動計算水壓力之公式如下:
擋土壁底部所在地層為不排水地層,且採總應力法分析時,水壓力為零,滲流模式設定為 [-]。