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研究生: 邱繼正
Ji-Jheng Ciou
論文名稱: 不同初始應力作用對馬蹄形隧道於無節理與單一節理岩體中開挖之力學行為探討
The Mechanical Behavior of Horseshoe Tunnel Excavated in Intact Rock and Single Jointed Rock under Different Initial Stresses
指導教授: 陳志南
Chee-Nan Chen
口試委員: 彭桓沂
林志森
陳堯中
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: 2017
畢業學年度: 105
語文別: 中文
論文頁數: 196
中文關鍵詞: 隧道節理開挖
外文關鍵詞: Tunnel, Joint, Excavation
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  • 本研究利用UDEC軟體探討覆岩深度為300公尺之處置隧道開挖於良好之岩盤(花崗岩)中,進行全斷面開挖且無支撐打設。處置隧道為馬蹄形隧道與下方處置槽所組成,隧道共分為三階段開挖,分別為第一階段的馬蹄形隧道開挖,與下方處置槽的第二、三階段的分階降挖。首先分析馬蹄形隧道開挖於無節理岩盤之情況,接著引入一條傾角45°之節理,且通過隧道之右側角隅,就開挖伴隨之應力再分配、位移分佈與安全性評估,並延伸至三種不同初始應力(K=0.5、1、2)進行綜合對比。
    本研究結果顯示當一條 45° 節理通過隧道右側角隅時,馬蹄形隧道角隅周遭在不同初始應力情況(K=0.5、1、2)與不同開挖階段均會產生張力破壞。而馬蹄形隧道在開挖穩定後,最需要注意(危險)的測點為單一節理分佈且初始應力K=2時之頂拱處,此測點於處置隧道三階段開挖中,均為安全係數最小之測點(FS=3)。


    In this paper, the UDEC code was used to explore the tunnel with a depth of 300 meters. The tunnel was excavated in a hard rock (granite), and the whole section was excavated without support. Disposal tunnel composed of a horseshoe and the lower deposition hole. The tunnel is divided into three stages of excavation, a first stage is excavated for horseshoe tunnel, and a second and third stage is excavated for deposition hole. First, analyzed the tunneling of rock mass without joint, and then to discuss a 45 ° angle of the joint is through the tunnel on the right corner. The tunneling stress redistribution, displacement distribution and safety assessment of excavation and surrounding rock were investigated under K=1, and extended under three initial stresses(K=0.5,1,2)for comprehensive comparison.
    The results of this paper show that when a 45 ° joint passes through the right corner of the horseshoe tunnel, the horseshoe tunnel corner around at different initial stress conditions(K=0.5,1,2)and different excavation stages will produce tension failure. And the horseshoe tunnel in the excavation steady state, the most need to pay attention to ( dangerous ) the monitoring position for a single joint distribution and the initial stress is K=2 at the top of the arch, the monitoring position in the three-stage tunnel excavation, has the minimum factor of safety(FS=3).

    論文摘要 I Abstract III 誌謝 V 目錄 VII 圖目錄 XI 表目錄 XVI 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 19 2.2.1 完整岩石之力學行為 19 2.2.2 破裂岩石(fractured rocks)之力學行為 20 2.2.3 節理岩體之力學行為 21 2.2.4 節理對岩體強度之影響 23 2.2.5 節理組數對岩體強度之影響 23 2.2.6 節理長度對岩體強度之影響 24 2.2.7 節理剪位移量之限制 28 2.3 岩體現地應力 29 第三章 分析方法說明 32 3.1 UDEC程式的發展與理論背景 33 3.1.1 歷史背景 33 3.1.2 UDEC程式運算原理 34 3.2 UDEC之行為模式 38 3.2.1 塊體之組合律模式 38 3.2.2 岩石節理之組合律 42 3.3 UDEC 基本術語定義 46 3.4 分析流程及基本輸入指令簡介 50 3.4.1 分析架構及輸入指令說明 50 3.4.2 實際分析步驟 53 3.5 數值分析模式建置 54 3.5.1 數值分析之邊界範圍與束制 55 3.5.2 數值模擬之岩體與節理參數選定 57 3.5.3 數值分析(UDEC)建置之初始應力驗證 59 第四章 馬蹄形隧道於無節理與一條節理岩盤中開挖之數值分析 61 4.1 馬蹄形隧道於無節理岩盤中開挖之力學行為分析(H=300、K=1) 61 4.1.1 岩盤開挖之測點配置 61 4.1.2 應力分析 65 4.1.3 位移分析 70 4.1.4 安全性評估 73 4.2 於無節理岩盤中及不同初始應力情況下馬蹄形隧道開挖之力學行為分析與比較(H=300、K=0.5、1、2) 77 4.2.1 應力分析與比較 77 4.2.2 位移分析與比較 84 4.2.3 安全性評估分析與比較 91 4.3 單一節理通過馬蹄形隧道角隅開挖之力學行為探討與比較( H=300、K=1 ) 96 4.3.1 節理階數之說明與隧道測點佈設 96 4.3.2 應力分析與比較 100 4.3.3 位移分析與比較 104 4.3.4 安全性評估分析與比較 110 4.4 無節理與單一節理通過角隅開挖之力學行為分析(H=300、K=0.5、1、2) 112 4.4.1 應力分析與比較 112 4.4.2 位移分析與比較 118 4.4.3 安全性評估分析與比較 126 4.5 馬蹄形隧道下方處置槽開挖於無節理岩盤與單一節理通過角隅之影響探討(H=300、K=0.5、1、2) 130 4.5.1 處置槽之開挖方式與測點配置 130 4.5.2 應力分析與比較 133 4.5.3 位移分析與比較 137 4.5.4 安全性評估分析與比較 143 4.6 不同覆岩深度下馬蹄形隧道於無節理岩盤中開挖之初步探討(H=300、400、500、K=1) 147 4.6.1 應力分析與比較 147 4.6.2 位移分析與比較 154 4.6.3 安全性評估分析與比較 161 第五章 結論與建議 165 5.1 結論 165 5.2 建議 171 參考文獻 172 附錄A:三種K值(0.5、1、2)處置槽開挖於無節理與單一節理通過角隅之σ1等值線分佈 175 附錄B:三種K值(0.5、1、2)處置槽開挖於無節理與單一節理通過角隅之σ1值 178 附錄C:三種K值(0.5、1、2)處置槽開挖於無節理與單一節理通過角隅之等位移(δR)線 181 附錄D:三種K值(0.5、1、2)處置槽開挖於無節理與單一節理通過角隅之開挖斷面 184 附錄E:三種K值(0.5、1、2)處置槽開挖於單一節理通過角隅之節理剪位移 187 附錄F:三種K值(0.5、1、2)處置槽開挖於單一節理通過角隅之節理開口 189 附錄G:三種K值(0.5、1、2)處置槽開挖於無節理與單一節理通過角隅之塑性區 191 附錄H:三種K值(0.5、1、2)處置槽開挖於無節理與單一節理通過角隅之安全係數等值圖 194

    1.Andrea Lisjak a, Daniel Figi, Giovanni Grasselli, “Fracture development around deep underground excavations: Insightsfrom FDEM modelling,” Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, pp.493-505, (2014)
    2.Bandis, S., Lumsden, A.C. and Barton, N.R., “Foundamentals of Rock Joints Deformation.” International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences & Geomechanics Abstract, 20 (6), pp. 249-268, (1983).
    3.Bandis, S., Lumsden, A.C., Barton, N., “Experimental studies of scale effects on the shear behavior of rock joints,” Norwegian Geotechnical Institute, Publication No.:162, Oslo, Norway, pp. 1-21, (1986).
    4.Goodman, R. E. “Introduction to Rock Mechanics,” 2nd Ed., John Wiley&Sons, New York (1989).
    5.Hoek,E., and Brown, E.T., “Underground Excavations in Rock,” The Institution of Mining and Metallurgy, London. (1980a)
    6.Hoek,E., and Brown, E.T., “Empirical Strength Criterion for Rock Masses,” Journal of the Geotechnical Engineering Division, pp.1013-1033,(1980b)
    7.Hoek. Martin“Fracture initiation and propagation in intact rock e A review,” Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, pp. 287-300, (2014)
    8.Itasca Consultin Group. UDEC (Universal Distinct Element Code) Version 4.0. Minneapolis, Minnesota (2004).
    9.Jaeger, J.C., “Shear failure of anisotropic rock,” Geo. Mag., 97, pp. 65-72, (1960).
    10.Kulitilake, P. H., Ucpirti, S. W., Wang, H. S., Radberg, G. and Stephansson, O., “Use of the Distinct Element Method to Perform Stress Analysis in Rock with Non-persistent Joints and to Study the Effect of Joint Geometry Parameters on the Strength and Deformability of Rock Masses,” Rock Mechanics and Rock Engineering 25(4), pp. 253-274 (1992).
    11.Lama, R.D. and Vutukuri V.S., “Hand Book on Mechanical Properties of Rock.” Trans Tech Publications, Germany (1978)
    12.Majid Noorian Bidgoli, Zhihong Zhao, Lanru Jing, “Numerical evaluation of strength and deformability of fractured rocks,” Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, pp.419-430, (2013)
    13.Nick Barton, Baotang Shen, “Risk of shear failure and extensional failure around over-stressed excavations in brittle rock,” Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, pp.210-225, (2017)
    14.R. Pusch, “Rock Mechanics on a Geological Base,” Elsevier, (1994)
    15.SKB, “Numerical modelling of fracture displacements due to thermal load from a KBS-3 repository.” TR-02-08 (2002).
    16.台灣電力公司,「我國用過核子燃料最終處置初步技術可行性評估報告」,(2009)。
    17.李宏輝,「砂岩力學行為之微觀機制-以個別元素法探討」,博士論文,國立臺灣大學土木工程研究所,台北,(2008)。
    18.陳思宇,「圓形隧道於單一節理岩體中開挖之力學行為探討」,碩士論文,國立台灣科技大學營建工程研究所,臺北,(2015)。
    19.連于榛,「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應變探討」,碩士論文,國立台灣科技大學營建工程研究所,臺北,(2016)。
    20.楊長義、黃燦輝,「人工規則節理岩體單軸壓力強度之研究」,中國土木水利工程學刊,第七卷,第四期,中國土木水利工程學會,(1995)。
    21.鄺寶山、王文禮,「FLAC程式於隧道工程之實例分析」,地工技術雜誌,第41期,第50-61頁,(1993)。
    22.龔台慶,「節理傾角、地下水及開挖工法對隧道開挖變形行為影響之探討」,碩士論文,國立台灣科技大學營建工程研究所,臺北,(2001)。

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