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研究生: 連于榛
Yu-Chen Lien
論文名稱: 不同節理分佈與不同初始應力作用對馬蹄形隧道開挖之應力與變形探討
Study of the Stress and Deformation due to Horseshoe Tunnel Excavation under Different Joint Distribution and Initial Stresses
指導教授: 陳志南
Chee-Nan Chen
口試委員: 陳堯中
none
彭桓沂
none
林志森
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: 2016
畢業學年度: 104
語文別: 中文
論文頁數: 111
中文關鍵詞: 馬蹄形隧道節理分佈
外文關鍵詞: horse-shoe tunnel excavation, joint distribution
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本研究利用UDEC軟體探討不同節理分佈對馬蹄形隧道開挖之應力與變形影響,首先分析無節理情況之馬蹄形隧道開挖,接著引入三種不同節理分佈,包含一條節理之傾角分別為45°及135°,以及合併成兩條節理,三種分佈情況之節理皆通過隧道之右角隅,就開挖伴隨之應力再分配與位移分佈進行探討,並延伸至四種不同初始應力 (K=0.5、1、2、3) 進行綜合對比。隧道之開挖係穿越良好之岩盤,採用全斷面開挖及無支撐打設,隧道覆蓋深度設定為300公尺。
本研究結果顯示當一條 45° 節理通過隧道右角隅,節理有產生類似應力遮蔽效應,在節理與馬蹄形隧道區域之另側區域應力,幾乎不受隧道開挖影響;而當一條135°節理通過時,節理周圍等壓線分佈大致在單一節理兩側呈對稱形狀;在兩條節理分佈之情況時,應力再分配與位移分佈大致為一條 45° 節理及一條135°節理分佈之影響趨勢的疊加。在本研究的分析範圍內,最需要關注的情況為兩條節理分佈且K = 3。


This study investigates the effect of stress and deformation redistribution of a horse-shoe tunnel excavation under three different joint distributions using the UDEC code. First, analyzed the tunneling of rock mass without joint, and then extended the rock masses contain three different joint distributions as follows: single joint with dip angle 45°, 135° and the combination of these two joints. All joints are set to pass the right corner. The tunneling stress redistribution and displacement distribution at the excavation and surrounding rock were investigated under K=1, and extended under four initial stresses(K=0.5、1、2、3). The tunnel excavated through hard rock under full-face excavation, no support installation and at overburden depth of 300 meters.
This study found that single joint with dip angle 45° produce a shaded effect of equal stress contour, and the tunnel excavation does not significant affect in the opposite side of the single joint. Single joint with dip angle135°forms an approximately symmetrical shape and equal stresses contour after excavation is also roughly symmetrical. As for two joints combination, the stress redistribution and displacement distribution are roughly the combination of single joint with dip angle 45° and single joint with dip angle135°. Within the study scope, the most critical condition happens at two joints combination under K = 3.

論文摘要 I Abstract II 誌謝 III 圖目錄 VI 表目錄 VIII 第一章、 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機與目的 2 1.3 研究方法與流程 3 1.4 論文內容 5 第二章、 文獻回顧 7 2.1 圓形與馬蹄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 13 2.2.1 完整岩石之力學行為 13 2.2.2 節理岩體之力學行為 14 2.2.3 節理密度對岩體強度之影響 17 2.2.4 節理組數對岩體強度之影響 17 第三章、 數值分析方法與二維數值模式建置 19 3.1 UDEC程式的發展與理論背景 20 3.1.1 歷史背景 20 3.1.2 UDEC基本運算原理 21 3.2 UDEC 之行為模式 24 3.2.1 塊體之組合律模式 24 3.2.2 岩石節理之組合律 27 3.3 UDEC 基本術語定義 30 3.4 分析流程簡介 33 3.4.1 輸入之指令說明及分析架構 33 3.4.2 實際分析步驟 36 3.5 數值分析模式建置 37 3.5.1 數值分析之邊界範圍與束制 37 3.5.2 完整岩心與節理之輸入參數 39 3.5.3 數值模型之初始應力驗證 41 第四章、 馬蹄形隧道於無節理與節理岩盤中開挖之應力與位移分析 43 4.1 馬蹄形隧道於岩盤開挖之測點配置 43 4.1.1 測點及不同節理位置命名 43 4.1.2 開挖角隅處應力數值分析值之探討 47 4.2 馬蹄形隧道於無節理岩盤中開挖之應力與位移分析 ( K=1 ) 50 4.2.1 隧道穿越無節理岩盤之應力再分配( K=1 ) 50 4.2.2 無節理岩盤隧道開挖於開挖面上及開挖面後未挖岩盤之位移分析( K=1 ) 54 4.3 四種不同初始應力之隧道於無節理岩盤開挖後應力與位移分析 ( K=0.5、1、2、3 ) 58 4.3.1 四種不同初始應力作用下之應力分析比較 58 4.3.2 四種不同初始應力之位移比較 62 4.4 隧道穿越無節理岩盤與不同節理分佈之應力調整與位移分佈( K=1 ) 68 4.4.1 不同節理分佈與無節理岩盤隧道開挖後之應力調整( K=1 ) 68 4.4.2 於不同節理分佈與無節理岩盤隧道開挖後之變形趨勢比較(K=1) 74 4.5 四種不同初始應力之不同節理分佈與無節理情況之應力與位移分析( K=0.5、1、2、3 ) 77 4.5.1 不同節理分佈與不同K值情況於隧道開挖之應力趨勢 77 4.5.2 不同初始應力作用於隧道開挖之變形趨勢 83 第五章、 結論與建議 89 5.1 結論 89 5.2 建議 94 參考文獻 95

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無法下載圖示 全文公開日期 2021/08/25 (校內網路)
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全文公開日期 本全文未授權公開 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
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