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研究生: 陳思宇
Ssu-Yu Chen
論文名稱: 圓形隧道於單一節理岩體中開挖之力學行為探討
The Mechanical Behavior of Circular Tunnel Excavation in Single Joint Rock Mass
指導教授: 陳志南
Chee-Nan Chen
口試委員: 彭桓沂
none
林志森
none
陳堯中
none
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 營建工程系
Department of Civil and Construction Engineering
論文出版年: 2015
畢業學年度: 103
語文別: 中文
論文頁數: 94
中文關鍵詞: 隧道節理開挖
外文關鍵詞: Tunnel, Joint, Excavation
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隧道是所有土木工程中與地質關係最密切者,只要岩體中存有節理(或弱面),整體岩盤工程行為就常由節理來主控。理論公式常將岩盤假設為均質、等向,開挖之隧道斷面形狀亦多侷限為圓形(如Kirsch公式),致與岩盤工程間之設計分析都不易相互套用,故需要另外之工具與方法來進行仿真模擬。本研究以UDEC二維數值分析程式,對圓形隧道進行開挖模擬,並引入岩體力學行為中方向性最強的單一節理,就其位於不同空間方位對隧道之影響進行探討,並與無節理情況進行比較,研究結果希望能提供一條節理對隧道開挖影響之預判能力,及更多節理分佈影響之推理。


Tunneling is the work in civil engineering that surrounding geological condition plays a very important role. Plane of weakness or joints dominate the construction behavior in rock mass. It is always assumed that tunneling rock is homogeneous and isotropic for most theoretic formulas such as Kirsch formula, and tunnel cross-section shape is circle. The ideal assumption can’t fit most practical conditions in construction design and analysis. Therefore, it has to stimulate in other ways. This study use two-dimensional numerical software UDEC to stimulate the excavation of circular tunnel. Single joint cutting circular tunnel with different orientations is simulated based on single joint has the strongest anisotropy. The tunneling mechanical behavior both single joint condition and no joint condition are analyzed and compared. Some conclusions and suggestion are presented for the practical design, constructions, and monitoring.

論文摘要 I ABSTRACT II 誌謝 III 圖表索引 VII 第一章、緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機與目的 2 1.3 研究方法及流程 2 1.4 研究內容 6 第二章、文獻回顧 7 2.1 單一圓形隧道於良好岩盤中開挖之應力分佈 7 2.2 岩石材料之力學行為 14 2.2.1 完整岩石之力學行為 14 2.2.2 節理岩體之力學行為 15 2.2.3 節理組數對岩體強度之影響 18 第三章、數值分析方法與二維數值分析模式建置 20 3.1 UDEC程式的發展與理論背景 21 3.1.1 歷史背景 21 3.1.2 UDEC之基本運算原理 22 3.1.3 UDEC之工程應用範圍 25 3.2 UDEC之行為模式 26 3.2.1 塊體之組合律模式 26 3.2.2 岩石節理之組合律模式 29 3.3 基本術語定義 32 3.4 UDEC之分析流程簡介 35 3.4.1 輸入之指令說明及分析架構 35 3.4.2 本研究之實際分析步驟 38 3.5 數值模式建置 39 3.5.1 數值分析之邊界範圍與束制 39 3.5.2 完整岩心及節理之輸入參數 42 第四章、無節理與單一節理之隧道開挖後應力調整與位移分佈之數值分析 44 4.1 單一節理六種不同配置代號命名 44 4.2 無節理岩體中隧道開挖之數值解與Kirsch彈性理論解之印證 47 4.3 無節理與單一水平節理切於頂拱之開挖應力再分配(K=1) 50 4.4 無節理與單一水平節理切於頂拱之開挖位移分佈(K=1) 55 4.5 無節理與單一水平節理位於隧道頂拱上方不同距離之開挖應力再分配與位移分佈(K=1) 58 4.6 無節理與單一節理六種不同空間方位隧道開挖之應力再分配與位移分佈(K=1) 64 4.7 無節理與單一節理隧道開挖於五種不同初始應力之頂拱主應力變化 70 第五章、結論與建議 74 5.1 結論 74 5.2 建議 77 參考文獻 78 附錄A 五種K值(0、0.5、1、2、3)於無節理岩體隧道開挖後之1等位移線分佈 80 附錄B 五種K值(0、0.5、1、2、3)於無節理岩體隧道開挖後之z等位移線分佈 83 附錄C 五種K值(0、0.5、1、2、3)於無節理岩體隧道開挖後之x等位移線分佈 86 附錄D 無節理與三種單一節理情況隧道開挖後之應力再分配 89 附錄E 處置隧道(Disposal tunnel)之數值分析模型建置 90 附錄E 處置隧道(Disposal tunnel)之數值分析模型建置(續) 91 附錄F 處置隧道(Disposal tunnel)開挖後之1等壓線分佈(K=1) 92 附錄G 處置隧道(Disposal tunnel)開挖後之z等位移線分佈(K=1) 93 附錄H 處置隧道(Disposal tunnel)開挖後之x等位移線分佈(K=1) 94

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