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研究生： 鄭文陵
Wen-ling Cheng
論文名稱： 節理傾角變化對岩坡建物興建引致之裂縫發展探討
Microcrack Development in Regular Jointed Rock Slope under Different Dip Angle due to Building Construction
指導教授： 陳志南
Chee-nan Chen
口試委員: 彭桓沂
Huan-yi Peng
陳堯中
Yao-chung Chen
林志森
Chih-sen Lin
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： 2014
畢業學年度： 102
語文別： 中文
論文頁數： 256
中文關鍵詞： 岩坡 、節理傾角 、退縮距離 、裂縫發展
外文關鍵詞： rock slope, dip angle, recessional distance, microcrack development, PFC2D
相關次數： 點閱：197  下載：2 
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    • 本研究利用PFC2D軟體建立數值模式，於設定之建物基礎寬度(B=30m)與岩坡(坡角θ=45°、坡高H=150m)情況下，考量五種不同退縮距離(0、B/2、B、2B、5B)及八種不同節理傾角(無節理、0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°)組合，針對規則節理岩坡之建物興建，就引致坡體內部之裂縫初裂與衍化、坡頂及坡趾之主應力調整進行探討。
    分析結果發現，就無節理岩坡之裂縫發展，如採莫爾庫倫破壞準則，是由岩石之剪力強度(c、ϕ)所決定；至於有節理岩坡之裂縫發展，初期主要是沿著節理方向延伸，後期則未必如此。再透過水平地表於無節理情況下之最終裂縫發展範圍分析，可印證與完整岩盤之理論等壓線分佈形狀相似，因此裂縫發展與應力路徑有關。最後彙整提出岩坡承載引致裂縫發展之定性及定量發現，提供工程界參考。

    This study is using numerical analysis software PFC2D to simulate microcrack development of rock with one regular set of joint and development of principle stress on hill slopes under building loading. The building near slope on the assumed that the rock slope angle is 45° with slope height 150m. Microcrack initiation and developmental are analyzed under the combination of five different recessional distances (0、B/2、B、2B、5B) and eight different dip angles (no joint、0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°) where B=30m is the width of the building. The principal stress adjustment near slope summit and toe are also analyzed.
    The analytic results show that the microcrack development is determined by shear strength of the rock on the basis of Mohr-Coulomb criterion if no joint exists in rock slope. However, the microcrack development in jointed rock slope is different. At the beginning stage of the microcrack development is extended along the main jointed, then it spreads. The shape of microcrack fully development of final stage in no jointed flat is similar to isobars in intact rock. The microcrack development is related to the direction of stress path. Finally, qualitative and quantitative conclusions relating microcrack development under loading in rock slope are proposed for engineering reference.

    論文摘要 I ABSTRACT II 目錄 V 圖目錄 IX 表目錄 XVI 符號說明 XVIII 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機與目的 1 1.3 研究方法與流程 2 1.4 研究內容 2 第二章 文獻回顧 4 2.1 PFC微觀與巨觀參數之研究 5 2.1.1 微觀與巨觀參數之敏感度分析 7 2.1.2 顆粒數之影響 11 2.1.3 PFC2D量測圓 16 2.2 節理岩體之力學行為 17 2.2.1 節理岩體之破壞準則 17 2.2.2 節理岩體之破壞模態 20 2.3 等向性材料承載之應力傳遞 23 2.3.1 條型荷重承載於下方均質材料之應力傳遞理論 23 2.3.2 條型荷重承載於橫向等向性岩盤之應力傳遞 24 2.4 岩石基礎之破壞模式 25 2.4.1 單一岩層之破壞模式 25 2.4.2 層狀岩層基礎破壞模式 27 第三章 數值模擬工具及模型建置 29 3.1 數值模擬軟體-PFC2D 29 3.1.1 PFC2D之概述 29 3.1.2 PFC2D之輔助語言FISH程式碼 30 3.2 PFC2D基本假設 30 3.3 PFC2D運算原理 31 3.3.1 力-位移關係(Force-Displacement Law) 32 3.3.2 運動方程式(Law of Motion) 37 3.4 PFC2D接觸組成模式介紹 39 3.4.1 接觸勁度模式(Contact-Stiffness Model) 40 3.4.2 滑動模式(Slip Model) 42 3.4.3 鍵結模式(Bonding Model) 43 第四章 一組規則節理岩坡承載之裂縫發展 50 4.1 本研究之數值模型建置與模擬 51 4.1.1一組規則節理岩坡承載之數值模型建置 51 4.1.2 PFC2D標準模型生成步驟 55 4.1.3 PFC2D研究模擬程序 60 4.2 一組規則節理岩坡之巨觀參數選定及對應之微觀參數決定 70 4.2.1 微觀參數之決定過程 71 4.2.2 岩石之巨觀參數值選定 72 4.2.3 利用RocLab檢核岩石之剪力強度參數 82 4.2.4 巨觀參數對應之微觀參數設定 87 4.3 七種不同節理傾角之岩坡極限承載重 100 4.4 一组規則節理岩坡於荷重加載下引致之裂縫發展 104 4.4.1 無節理之水平地表與岩坡承載之裂縫發展階段訂定 107 4.4.2 無節理之水平地表與岩坡承載之裂縫衍化發展 110 4.4.3 節理傾角45°之岩坡裂縫發展過程 125 4.4.4 七種節理傾角對岩坡承載之裂縫衍化比較 131 4.4.5 無節理及有節理傾角之岩坡裂縫發展對比 145 4.4.6 八種節理傾角之岩坡裂縫發展範圍 147 4.5 八種節理傾角岩坡於建物承載下之坡面主應力探討 149 4.5.1 無節理與節理傾角45°岩坡之主應力發展比較 150 4.5.2 八種節理傾角岩坡之坡面主應力比較 157 第五章 一组規則節理岩坡坡頂於不同退縮距離(L/B)下之裂縫發展 162 5.1 五種退縮距離與八種節理傾角岩坡之極限載重率定曲線 163 5.1.1 建物之載重變形曲線變化與增量比值探討 163 5.1.2 五種退縮距離與八種節理傾角之岩坡極限承載重回歸分析 167 5.2 不同退縮距離之岩坡於荷重加載下引致之裂縫發展 173 5.2.1 五種退縮距離之無節理岩坡裂縫發展比較 174 5.2.2 無節理之水平地表與L=150m岩坡之裂縫發展對比 187 5.2.3 五種退縮距離之節理45°岩坡裂縫發展比較 193 5.3 五種退縮距離之岩坡於建物承載下之坡面主應力探討 207 第六章 結論與建議 219 6.1 結論 219 6.2 建議 225 參考文獻 226 附錄A 六種不同節理傾角θ之岩坡於不同加載比下之裂縫發展過程 228 附錄B 四種退縮距離(L=15、30、60、150)m之無節理岩坡裂縫發展過程 240 附錄C 四種退縮距離(L=15、30、60、150)m之45°節理岩坡裂縫發展過程 249

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