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研究生: 陳靜宜
Ching-I Chen
論文名稱: 冰凍工法於隧道鏡面工程之行為研究與數值分析
Observe Performance and Numerical Analysis of Freezing Method on Tunnel Mirror Face
指導教授: 歐章煜
Chang-Yu Ou
口試委員: 林怡均
I-Chun Lin
陳建謀
Chien-Mou Chen
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: 2007
畢業學年度: 95
語文別: 中文
論文頁數: 138
中文關鍵詞: 冰凍工法TEMP/WFLAC3D熱傳導係數容積含水率
外文關鍵詞: freezing method, TEMP/W, FLAC3D, thermal conductivity, volumetric water content
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  • 本研究目的為瞭解土壤之受凍行為,並對於以數值模擬程式進行溫度場之分析時該如何選擇分析模式及適當之輸入參數給予建議。論文中分別使用TEMP/W及FLAC3D兩種程式對雲林冰凍工法現地試驗進行模擬,以尋求最佳之模擬方式。再將此模式用於模擬捷運新莊線CK570C區段標過河段(淡水河)道岔工程之大型鏡面冰凍施工。研究中發現,程式對於邊界條件之設定不足以模擬地表溫度對凍土區之影響。使用之案例中針對土質所選擇之熱傳導係數値,只分為砂土及黏土兩種進行分析,但其模擬結果已相當理想。故由研究結果認為,這種分析方式可用來預估凍土發展之情形。本研究也對凍土之特性進行彙整,了解對凍結行為影響較大的熱學參數為:熱傳導係數、容積含水率、比熱、對流熱傳導係數。並使用TEMP/W熱學分析程式進行參數研究,發現「熱傳導係數」、「容積含水率」為影響土壤凍結情形之重要參數。


    The main purpose of this study is to investigate the behavior of freezing soil and find out an appropriate input parameters for numerical analysis of freezing method in tunneling. Two programs, TEMP/W and FLAC3D, are used to analyze the in-situ freezing experiment in NYUST. It is found that TEMP/W is more appropriate for the simulation of freezing method in tunneling. Then, this research uses TEMP/W program to analyze actual freezing project of tunneling engineering, “Dao-Cha” site of mass rapid transit system in Taipei. The tunnel mirror face of “Dao-Cha” site adopted freezing method during construction stage. The analysis results showed that the boundary condition in programs can not reflect the heat of ground surface. The thermal conductivities chosen by soil types were only assorted to sand and clay to analyze these cases. The simulation results fit to the field measure quite well. As the result we can conclude that the input mode is appropriate to simulate freezing site. The investigation of freezing soil observance conduct that thermal conductivity, volumetric water content, specific heat capacity and convective heat-transfer coefficient are important parameters of thermal. Parametric study results by TEMP/W program indicate that thermal conductivity and volumetric water content of soil are two important parameters for thermal transfer.

    摘要 I ABSTRACT II 誌謝 III 表目錄 VI 圖目錄 VII 符號索引 XI 第一章、緒論 1 1.1 研究動機 1 1.2 研究目的 2 1.3 研究架構 2 第二章、文獻探討 4 2.1 冰凍工法之由來及應用 4 2.2 冰凍工法施工原理 5 2.2.1 冰凍原理 5 2.2.2 工法介紹 6 2.3 熱傳理論 7 2.3.1 熱傳導 8 2.3.2 熱對流 8 2.3.3 熱幅射 9 2.4 凍土層特性及物理參數 9 2.4.1 凍土特性 9 2.4.2 凍土成長模式 11 2.4.3 熱傳導係數 13 2.4.4 對流熱傳導係數 13 2.4.5 容積含水率 16 2.4.6 比熱與體積熱容量 16 2.5 其他冰凍相關模擬 17 第三章、數值模擬方法 20 3.1 基本假設 20 3.2 有限元素法TEMP/W程式介紹 20 3.2.1 TEMP/W分析方式 23 3.2.2 TEMP/W輸入參數 24 3.3 有限差分法FLAC3D程式介紹 25 3.3.1 FLAC3D分析方式 26 3.3.2 FLAC3D輸入參數 27 3.4 TEMP/W與FLAC3D兩計算程式分析方法之差異 28 第四章、現地工程與模擬結果探討 30 4.1 雲林冰凍工法現地試驗 30 4.1.1 雲林冰凍工法現地試驗地質資料 30 4.1.2 雲林冰凍工法現地試驗施工情形 30 4.1.3 雲林冰凍工法現地試驗監測結果 31 4.1.4 雲林冰凍工法現地試驗於TEMP/W分析設定值 32 4.1.5 雲林冰凍工法現地試驗於TEMP/W模擬結果 35 4.1.6 雲林冰凍工法現地試驗於FLAC3D分析設定值 36 4.1.7 雲林冰凍工法現地試驗於FLAC3D模擬結果 38 4.2 捷運新莊線CK570C區段標過河段(淡水河)道岔工程西部發進端上行線 38 4.2.1 W1工區地質資料 39 4.2.2 W1工區施工情形 39 4.2.3 W1工區監測結果 41 4.2.4 W1工區於TEMP/W分析設定值 41 4.2.5 W1工區於TEMP/W模擬結果 43 4.3 捷運新莊線CK570C區段標過河段(淡水河)道岔工程東部到達端上行線 44 4.3.1 E工區地質資料 44 4.3.2 E工區施工情形 45 4.3.3 E工區監測結果 46 4.3.4 E工區於TEMP/W分析設定值 46 4.3.5 E工區於TEMP/W模擬結果 48 4.4 分析結果之參數研究 48 4.4.1 熱傳導係數對溫度場之影響 49 4.4.2 容積含水率對溫度場之影響 49 4.4.3 土質對溫度場之影響 49 4.4.4 對流熱傳導係數對溫度場之影響 50 第五章、結論與建議 51 5.1 結論 51 5.2 建議 53 參考文獻 54

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