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研究生： 韓良蔚
Liang-Wei Han
論文名稱： 圓形隧道於無節理與一條節理岩盤中開挖引致之裂縫發展探討
Microcrack Development of Circular Tunnel Excavation under No Jointed Rock and Single Jointed 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： 137
中文關鍵詞： 裂縫發展 、隧道 、開挖 、節理
外文關鍵詞： PFC2D, microcrack development, excavation, joint
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    • 本研究利用PFC2D數值軟體建立模式，模擬岩覆深度300公尺之圓形隧道，考慮兩種不同圓形隧道斷面(D=4、8m)，於無節理與一條節理通過開挖面三處不同位置(頂拱、右側壁、圓心)之情況，採用全斷面之開挖方式，探討在開挖後持續變形下，其鍵結接觸應力調整、裂縫發展探討與頂拱位移之探討。
    研究中探討兩種圓形隧道尺寸(D=4、8m)，分析結果發現，於無節理岩體開挖後，其裂縫發展範圍近似2公尺，與經驗建議之鑽炸損傷範圍接近。延伸至一條節理情況，開挖後之裂縫發展初期，係沿著節理方向衍生，接著開挖面周遭岩體也產生裂縫並向四周擴散。此外，開挖後之應力再分配與變形分佈也予探討，以瞭解隧道開挖後之微觀變化過程。

    This study is using numerical analysis software PFC2D to simulate
    a circular tunnel with overburden depth 300 meters, considering two different circular tunnel sections are 4 meters and 8meters. Under no jointed rock and single joint cutting circular tunnel with different places, such as roof, right side wall and center, parallel bond stress redistribution, development of micro crack and displacement of roof were compared with these combinations.
    The analytic results show that the micro crack development under no jointed rock in two different circular tunnel sections, within 2 meters thickness of surrounding rock near excavation surface. The beginning of the micro crack development in single jointed rock , it follows along the main jointed. Then, the micro crack spread around the excavation surface. Finally, discussion the stress distribution and deformation in order to know the micro crack development after the tunnel excavation.

    論文摘要I ABSTRACTII 誌謝III 目錄IV 圖目錄VII 表目錄X 符號說明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1 1.3研究內容2 第二章 文獻回顧4 2.1PFC2D參數之研究4 2.1.1 微觀與巨觀參數之敏感度分析5 2.2.2PFC2D量測圓7 2.2 節理岩體之力學行為8 2.2.1 節理岩體之破壞準則8 2.3 圓形隧道開挖彈性理論11 2.4 深層軟岩隧道圍岩變形破壞的彈塑性力學分析14 2.4.1 隧道開挖與破壞模擬16 第三章 數值模擬工具及模型建置18 3.1 數值模擬軟體PFC2D18 3.2 PFC2D基本假設18 3.3 PFC2D之運算原理-力與位移定律19 3.3.1 力與位移關係(Force-Displacement Law)20 3.3.2 運動方程式(Law of Motion)25 3.4 PFC2D接觸組成模式介紹27 3.4.1 接觸勁度模式(Contact-Stiffness Model)28 3.4.2 滑動模式(Slip Model)31 3.4.3 鍵結模式(Bonding Model)32 3.5 本研究分析步驟與數值模型建置36 3.5.1 模型邊界之設定37 3.5.2 PFC2D標準模型生成步驟43 3.5.3 無節理圓型隧道之建置47 第四章 一條節理岩體圓形隧道開挖之探討57 4.1 巨觀參數選定及對應之微觀參數決定57 4.1.1 岩石之巨觀參數值選定58 4.1.2 微觀參數之試誤調整與選定65 4.2 隧道開挖前與開挖後之接觸力變化探討79 4.2.1 未開挖時接觸力分佈79 4.2.2 開挖後之頂拱處接觸力分佈82 4.3 顆粒間之裂縫發展過程探討88 4.3.1 顆粒間接觸應力分佈88 4.3.2 在無節理岩體中進行圓形隧道開挖之裂縫發展探討91 4.4 一條節理切於圓型隧道之開挖顆粒鍵結應力調整與裂縫發展97 4.4.1 一條節理切過開挖面上三處不同位置之裂縫發展98 4.4.2 無節理及一條節理切過開挖面上三處不同位置之接觸應力比較103 4.4.3 無節理及一條節理切過開挖面上三處不同位置之裂縫發展比較107 4.4.4 無節理及一條節理切過開挖面上三處不同位置之頂拱沉陷比較110 4.5 圓形隧道於兩種不同尺寸(D=4、8m)開挖對周圍裂縫發展之比較114 4.5.1 兩種不同尺寸開挖面之鍵結接觸力分析比較114 4.5.2 兩種不同尺寸開挖斷面之裂縫比較120 4.5.3 兩種不同開挖斷面尺寸之頂拱沉陷比較126 第五章 結論與建議132 5.1結論132 5.2建議134 參考文獻136

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