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研究生: 謝佑鴻
Yu-Hung Hsieh
論文名稱: 鑽炸損傷對隧道開挖面周遭岩盤工程行為之影響探討
Effects of Engineering Behavior of Surrounding Rock near Tunnel Surface Due to Blasting Damage
指導教授: 陳志南
Chee-Nan Chen
口試委員: 林宏達
none
林志森
none
彭桓沂
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: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 121
中文關鍵詞: 隧道鑽炸
外文關鍵詞: tunnel, blasting damage
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  • 本研究針對鑽炸對隧道開挖面周遭區域造成損傷之影響進行探討,工程行為涵蓋應力、變形、塑性區等項目,模擬地下300m深之圓形斷面隧道,採用全斷面開挖施工,輪進長度定為2m,支撐打設包含岩栓、鋼支保、噴凝土,延遲工作面一輪進架設支撐,鑽炸造成之損傷範圍設定在緊鄰開挖面周圍2公尺之範圍,本論文利用三維軟體FLAC3D進行鑽炸損傷模擬,損傷區之參數為將岩盤參數降低。
    研究組合包含三種不同側向壓力係數 (K=0.5、1、2),二種不同損傷模式(開挖面周圍損傷、開挖面周圍加前方損傷等)。隨著輪進開挖,分析探討開挖周遭岩盤之三維應力再分配、變形分布、與塑性區發展。研究顯示二種損傷模式於三種K值(0.5、1.0、2.0)最大塑性區之厚度都相同,分別為(2.4、2、2.4)公尺,其中K=0.5發生在頂拱及仰拱處,K=2發生在兩側壁處。損傷情況塑性區厚度為未損傷情況之(2、4、1.7)倍,至於損傷工作面前方之塑性區厚度,於上述三種K值分別為(1.5、2、3)公尺。


    This study conducts on effects of engineering behavior of surrounding rock near tunnel surface due to blasting damage. Engineering behaviors focuses on stress redistribution, deformation and plastic zone development. A circular tunnel with overburden depth 300 meters is simulated, and full face excavation is conducted. Length of tunneling cycle is 2 meters. Supports include rock bolt, steel rib and shotcrete. Support installation is one cycle behind working surface. The thickness of damage zone due to blasting is set to 2 meters around excavation surface. Three-dimensional numerical code FLAC3D is used for the study, and damage simulation is by lowering parameter of laccolith.
    Study combinations include three different lateral pressure coefficients (k=0.5, 1, 2) and two damage modes. The first damage mode is that damage occurs within 2 meter thickness of surrounding rock. The second damage mode is that not only surrounding rock but also 2 meter thickness rock before working face is adopted. It was found the maximum thickness of plastic zone
    Are almost the same for both two damaged modes for each K. For both damage modes, the maximum thickness of the plastic zone under three different under K (0.5, 1, 2) are (2.4, 2, 2.4) meters, where it occurred at the crown and invert for K=0.5, and occurred at sides wall for K=2. Compare with undamaged condition, the plastic zone of damage condition is larger and the thickness ratio is (2,4,1.7) higher than undamaged condition with three different K (0.5, 1, 2).

    目錄 論 文 摘 要 I ABSTRACT II 誌謝 III 目錄 IV 表目錄 VI 圖目錄 VII 符號說明 X 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論文內容 4 第二章 文獻回顧 5 2.1單一隧道開挖完成時之周圍岩體的應力分佈 5 2.2前期變形量 9 2.3隧道輪進開挖引致之周圍岩體塑性區 10 2.4岩體參數與支撐參數 13 2.4.1 岩體強度參數 13 2.4.2 剪力模數G與體積模數B 18 2.4.3隧道支撐參數評估 18 2.5隧道鑽炸開挖損傷範圍 20 第三章 數值分析方法與三維數值模式之建立 22 3.1 數值分析流程 22 3.2 FLAC3D的基本理論架構 24 3.3 FLAC3D的組合律模式 33 3.4本研究之網格建立及參數設定 41 第四章 鑽炸損傷三維數值分析探討 50 4.1數值分析建置 50 4.1.1開挖輪進長度 51 4.1.2座標系統之標示 52 4.1.3輪進順序與編號 53 4.1.4細化分析網格 55 4.1.5支撐設定 56 4.1.6分析測點與測站 57 4.1.7鑽炸損傷之網格模擬設定 58 4.2鑽炸損傷於良好岩盤(RMR=70)中進行隧道輪進開挖之工程行為(K=1) 60 4.2.1鑽炸損傷對頂拱之三維應力再分配 60 4.2.2鑽炸損傷對開挖面上及開挖面後位移變化探討 65 4.2.3鑽炸損傷對開挖面後之塑性區發展 75 4.3三種不同初始應力之鑽炸損傷工程行為(K=0.5、1、2) 81 4.3.1三種不同初始應力之頂拱處之三維應力再分配 81 4.3.2三種不同初始應力之位移變化探討 87 4.3.3三種不同初始應力之塑性區發展與範圍分析 98 第五章 結論與建議 111 5.1結論 111 5.2建議 117 參考文獻 118 附錄 120 附錄A:良好岩盤(RMR=70、K=1)內空變位變化分析 121

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