本研究針對馬蹄形隧道開挖之三維力學行為進行探討,並施加地 震力觀察對隧道力學行為之變化,利用 FLAC3D 進行分析,建立一地 下 300m 之馬蹄形斷面隧道,於硬岩與軟岩中進行全斷面開挖,輪進 長度為 2.22m,因模擬放射性廢棄物貯存,選取之岩盤屬於較好之岩 盤,故於開挖過程中未打設支撐,能夠清楚瞭解此岩體本身於開挖過 程中的應力、位移變化,以及塑性區之發展。並考慮四種側向岩壓係 數(K=0.5、1、2、3)下之力學行為變化,相互比較兩種岩體並作探討。
研究顯示隧道穿越軟岩比硬岩危險,故初步利用 FLAC3D 進行動 態分析(K=1),將隧道穿越軟岩時,掘進開挖完成後,分析地震作用 對隧道力學行為之影響,研究採用之地震規模,相當於 921 地震測站 T448001 之加速度歷時,作用歷時設定為 30 秒,分別於水平與掘進 方向震盪,進行受震後工程行為之探討與分析,涵蓋應力、變形、塑性區等項目。

This study investigates the mechanical behavior of horse-shoe tunnel excavation and observes the change of mechanical behavior considering earthquake. The three-dimensional numerical software FLAC3D was used to stimulates and analyze the excavation of horse-shoe tunnel with overburden depth 300 meters. The tunnel excavated through hard rock and soft rock under full-face excavation. It stimulated the storage of nuclear waste using good rock so there is no support, and rock mass can be realized the stress redistribution, deformation and development of plastic zone. It also considered four different lateral pressure coefficients (K = 0.5, 1, 2, 3) and two kind of rock mass to compare and investigate each other.
The study shows the tunnel through soft rock is more dangerous used to preliminarily study in dynamic analysis (K=1). The seismic scale adopted 921 earthquake at station T448001. The acceleration history lasts 30 seconds. The forces act on x-direction (Ex) and y-direction (Ex) respectively .This study investigates the variation of construction behavior including stress redistribution, deformation and plastic zone.

1. Cundall, P.A., Hansteen, H., Lacasse, S., and Selnes, P.B., “NESSI – soil structure interaction program for dynamic and static problems,” Report No.51508-9, Norwegian Geotechnical Institute.(1980)
2. Goodman, R.E., “ Introduction to Rock Mechanics, ” John Wiley and Sons, New York. (1989)
3. Hoek,E., and Brown, E.T., “ Underground Excavations in Rock, ” The Institution of Mining and Metallurgy, London. (1980)
4. Itasca Consulting Group, Inc., Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3 Dimensions, User’s manual, Version 2.10, Minneapolis(1994)
5. Itasca Consulting Group, Inc., Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3 Dimensions, Dynamic Analysis, Version 2.10, Minneapolis(1994)
6. Japan Nuclear Cycle Development Institute, Project to Establish the Scientific the Technical Basis for HLW Disposal in Japan, JNC-TN1410- 2000-001, Japan(2000)
7. Kirsch, G., “ Die Theorie der Elastizitat und Die Budurfnisse der Festigkeitslehre, ” Veit Verein Deutscher Ingenieure, 42 (28), pp797–807 (1898)
8. Kuhlemeyer, R.L. and Lysmer, J., “Finite dynamic model for infinite media,” J.Eng. Mech., Vol. 95, No. EM4, pp. 859-877.(1969)
9. Kuhlemeyer, R.L. and Lysmer, J., “Finite element method accuracy for wave propagation problem,” J. Soil Mech. & Foundations, Div., ASCE, Vol. 99, No.SM5, pp. 421-427.(1973)
10. Kunar, R.R., Beresford, P.J., and Cundall, P.A., “A tested soil-structure model for surface structures,” Proceedings of the Symposium on Soil- Structure Interaction, Roorkee University, India, Vol. 1, pp. 137- 144.(1977)
11. Owen, G.N. and Scholl, R.E., “Earthquake engineering of large underground structures,” Report No. FHWA/RD-80/195, Federal Highway Administration and National Science Foundation(1981)
12. 王文禮等人,「台灣中部山岳隧道之震害與修復」,地工技術,第 81 期,第 85-96 頁(2000)
13. 林志明,「岩石隧道掘進之變形行為研究」,博士論文,國立台灣科技 大學營建工程技術研究所,台北 (2000)。
14. 林瑤明,「現地應力及應變軟化模式對隧道變形之影響」,碩士論 文,國立台灣工業技術學院營建工程技術研究所,台北 (1996)。
15. 洪秋金,「隧道地盤反應曲線及破裂區發展之三向度數值分析」,碩 士論文,國立台灣工業技術學院營建工程技術研究所,台北 (1995)。
16. 孫祺、王文禮、王泰典、曾威量,「集集大地震三義壹號鐵路隧道震 害與修復」,臺鐵資料,第 306 期,第 96-130 頁(2001)
17. 陳正勳,「岩石隧道受震行為及襯砌破壞機制之研究」,國立台灣大 學土木工程研究所,台北 (2010)。
18. 陳正勳、黃燦輝,「山岳隧道受震之破壞型態及機制初探」,第五屆
海峽兩岸隧道與地下工程學術與技術研討會,台灣,第 A22-1-A22-10 頁(2006)。
19. 陳正勳、黃燦輝,「岩石隧道周圍破裂區及非軸對稱隧道問題之地盤
反應曲線」,1992 岩盤工程研討會論文專集,台南,第 359-371 頁 (1992)
20. 陳志南,「岩體分類及其在隧道工程之應用」,隧道工程實務,科技圖 書股份有限公司,第 23-48 頁,台北 (1998)。
21. 陳育民、徐鼎平,「非線性動力反應分析」,FLAC/FLAC3D 基礎與 工程實例,中國水利水電出版社,第 210-241 頁,中國 (2013)。
22. 陳錦清、張玉僯、李國榮、俞旗文,「岩體變形特性與 RMR 岩體評 分值關係之研究」,中興工程顧問社大地力學研究中心研究報告,台 北 (1997)。
23. 曾正宗,「岩石隧道輪進開挖引致之三維應力再分配特性」,博士論 文,國立台灣科技大學營建工程技術研究所,台北 (2010)。
24. 湯輝雄、張世忠,「大地震對公路隧道之震害及因應對策之探討」, 臺灣公路工程,第 31 卷第 8 期(2005)
25. 黃燦輝、何泰源、張吉佐、姚錫齡、常岐德、李宏徹,「震後隧道結 171
構快速診斷手冊之 建立與震後隧道結構快速補強手段」,公共工程 委員會研究報告,台北(1999)。
26. 楊宗翰,「隧道於良好岩盤中開挖受鑽炸損傷之影響探討」,碩士論 文,國立台灣科技大學營建工程技術研究所,台北(2014)。
27. 鄭世楠、葉永田、徐明同、林建邦、鄭文彬,「日據時期嘉南地區歷 史地震資料之重新整理與分析」,台灣地區十大災害地震圖集,中央 氣象局地震測報中心與中央研究院地球科學研究所(1998)。
28. 盧志杰,「隧道受震反應分析之研究」,博士論文,國立中央大學,中 壢(2009)。
29. 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)