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研究生: 羅科評
Ke-Ping Lo
論文名稱: 於無節理及一條節理岩盤中隧道開挖引致之應力位移微觀發展探討
Microscopic Development of Stress and Deformation during Tunneling Through Rock Mass with and without a Joint
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: 2016
畢業學年度: 104
語文別: 中文
論文頁數: 155
中文關鍵詞: 敏感度隧道PFC2D
外文關鍵詞: sensitivity of micro parameters, tunneling, PFC2D
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本研究首先探討如何利用PFC2D模擬雙軸及巴西試驗,求出岩盤六個巨觀參數(包含qu、E、ν、C、ϕ、σt)對應之八個微觀參數,接著利用微觀參數分析岩覆深度300公尺之隧道開挖數值模式。探討於無節理及一條節理岩盤中之圓形及馬蹄形隧道開挖引致之應力位移微觀之發展。
研究探討中,圓形開挖下之鍵結壓應力會隨著隧道切向分布,鍵結拉應力則是徑向傳遞,圓形隧道開挖後距離5倍隧道半徑(5r)之範圍內皆會受到影響,其中在2r之範圍內之鍵結應力調整最為明顯。馬蹄形隧道開挖下,左右兩角隅處會同時被垂直向與水平顆粒束制住,較其他顆粒更不容易移動,此時之壓應力會相對增加而呈現應力集中之現象。


The numerical software PFC2D is used to investigate the microscopic behaviors of tunneling such as crack and bonding stress development after excavation. Firstly, this study investigate a series of sensitivity of micro parameters and conducting the biaxial and Brazilian test in order to produce an acceptable macroscopic parameters (qu、E、ν、C、ϕ、σt) of selected granite between PFC2D numerical results and lab rock testing results. Secondly, the shape of circular and horse-shoe tunnel are built with overburden depth of 300 meters. The surrounding rock masses of tunnel include no jointed and single-jointed rock situations.
The analytical results show that micro bonding stress after excavation of circular tunnel has been gradually influenced from excavation surface to distance of 5 times the tunnel radius (5R) and the produced micro stress is annular. During horse-shoe excavation, the around particles near tunnel corner are restrained by side wall and floor. This lack of displacing ability for particles cause an ascending compressive bonding stress, so-called stress concentration.

論文摘要 I Abstract II 誌謝 III 目錄 IV 圖目錄 VII 表目錄 XI 第一章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 研究方法與流程 2 1.3 研究內容 2 第二章 文獻回顧 5 2.1 PFC2D輸入參數之相關研究 7 2.1.1 微觀參數與巨觀參數之相互關係 8 2.1.2 顆粒數對巨觀參數之影響 15 2.1.3 顆粒粒徑比相關研究 20 2.1.4 Potyondy and Cundall對於BPM之微觀參數建議 22 2.1.5 PFC2D量測圓 23 2.2 以PFC模擬巨觀岩石三軸與巴西試驗之探討 25 2.2.1 巨觀岩石三軸與巴西試驗之ISRM相關建議(1981) 25 2.2.2 力學試驗不連續面存在之尺寸效應 25 2.3 圓型隧道開挖彈性理論解 27 2.4 岩石破壞準則 30 第三章 數值分析工具 33 3.1 PFC2D基本假設 34 3.2 PFC2D之運算原理-力與位移定律 35 3.2.1 力與位移關係(Force-Displacement Law) 36 3.2.2 運動方程式(Law of Motion) 42 3.3 PFC2D接觸組成模式介紹 46 3.3.1 接觸勁度模式(Contact-Stiffness Model) 46 3.3.2 滑動模式(Slip Model) 50 3.3.3 鍵結模式(Bonding Model) 51 第四章 岩石巨觀參數對應之PFC2D微觀參數分析評估 56 4.1 巨觀參數對應之微觀參數選定分析 57 4.1.1 微觀參數之物理意義 57 4.1.2 由實測之岩石巨觀參數推求對應微觀參數評定步驟 65 4.1.3 雙軸及巴西模擬試驗建置過程 68 4.1.4 首次選擇之微觀參數猜測值(m0)與目標巨觀參數決定 76 4.1.5 首次輸出之巨觀參數(M0)與微觀參數(mi)調整過程 77 4.2 微觀鍵結半徑係數(λ)對巨觀參數(Mi)之敏感度分析 83 4.3 隧道開挖模型之數值模式 88 4.3.1 覆蓋應力施加方式探討 88 4.3.2 隧道數值邊界範圍及顆粒布置 93 4.3.3 開挖模型生成後之初始應力 96 第五章 隧道於岩體中開挖之微觀行為 100 5.1 圓形隧道於良好岩體中進行開挖 107 5.1.1 圓形隧道開挖後應力調整、位移分布、裂縫發展之分析 108 5.1.2 圓形隧道開挖徑向之影響範圍 116 5.2 馬蹄形隧道於良好岩體中進行開挖 122 5.2.1 馬蹄形隧道開挖後鍵結應力調整及位移分析 123 5.2.2 馬蹄形隧道開挖水平向之影響範圍 131 5.3 馬蹄形隧道於節理岩盤中開挖之裂縫發展 137 5.3.1 兩種節理建置 138 5.3.2 一條節理通過角隅之應力、位移、裂縫探討 140 5.3.3 一條節理通過角隅之裂縫探討 141 第六章 結論與建議 149 6.1.1 結論 149 6.1.2 建議 151 參考文獻 153

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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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