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研究生: 李佳璋
Jia-Jang Li
論文名稱: 節理勁度與傾角變化對岩盤承載之力學行為探討
Variation Effect of Jointing Stiffness and Dip Angle on Rock Bearing Behaviors
指導教授: 陳志南
Chee-Nan Chen
口試委員: 陳堯中
Yao-Chung Chen
陳立憲
Li-Hsien Chen
林志森
Chi-Shen Lin
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: 2011
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 142
中文關鍵詞: 節理勁渡傾角
外文關鍵詞: joint stiffness, dip angle
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  • 本研究為利用數值分析軟體UDEC模擬節理岩盤之承載能力,針對一組規則節理之不同岩性岩盤承受建物荷重,在節理勁度與傾角變化之組合情況下,分析基礎下方岩盤之主應力傳播、基礎底面沉陷與地中垂直變位分佈。首先針對節理傾角固定為45˚情況下,探討四種節理勁度比變化與兩種岩性變化組合下之最大主應力部分等壓線分佈之定性與定量特性,同時在位移方面也就基礎底面沉陷槽與地中垂直變位等位移線進行分佈歸納。接著由傾角為45˚,擴充至六種節理傾角(0˚、30˚、45˚、60˚、75˚、90˚),就節理勁度比變化對最大主應力、基礎底面沉陷、地中垂直變位分佈進行綜合對比。
    研究發現當傾角=45˚時,最大主應力傳遞等壓線呈兩股分岐,於kn/ks≧50/1兩股分岐分佈相當。當傾角>45˚時,順著節理方向之分歧線明顯大於垂直節理方向之分歧線;當傾角<45˚時,垂直節理方向之分歧線明顯大於順著節理方向之分歧線,惟兩股分歧之相對大小受kn/ks比值影響甚大,此外傾角變化於kn/ks=1/1時,對基礎底面之最大沉陷量由小到大依序為傾角為90°<75°<45°<60°<30°<0°。


    The paper adopts UDEC, a discrete element program, to study the effect of the joint stiffness with various dip angles on the deformation and stress distribution in a rock mass induced by an upper structure. Moreover, the building settlement is also of interest. A simple case with a given dip angle is firstly considered. Then, other conditions with different joint stiffness and dip angle are examined.
    In the first part, two condition of hard and soft rock are used. Four sets of the joint stiffness value with a given dip angle of 45˚ are employed. The focus is then to quantify the variation of maximum induced stress values. Accordingly, the deformation and stress distribution in the rock mass and the building settlement are studied of various dip angle (0˚, 30˚,
    45˚,60˚, 75˚, 90˚) and joint stiffness ratio kn/ks(1/1,5/1,10/1,50/1) with constant shear stiffness 100MPa.
    The analytical results exhibited that at 45˚ dip angle the stress distribution included the parallel-type and orthogonal-type. Further, when kn/ks≧50/1, the depths of the two distribution shape were similar. Moreover, The kn/ks value indicated its significant effect on the shape of the stress contour. At various dip angles, it is observed that the parallel-type or orthogonal-type dominated the stress contours when the angle was large or smaller than 45˚, respectively. In addition to the stress variation, the building settlement was obtained to be largest at 0˚ dip angle and to be smallest at 90˚ dip angle. The increase of the building settlement can be arranged according to the variation of the deep angle as 90˚<75˚<45˚<60˚<30˚<0˚.

    論文摘要 I ABSTRACT III 誌謝 IV 目錄 V 圖目錄 VIII 表目錄 XII 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機與目的 2 1.3 研究內容與流程 3 第二章 文獻回顧 6 2.1節理岩體之力學行為 7 2.1.1 完整岩石Mohr-Coulomb破壞準則 7 2.1.2 節理岩體的破壞強度與模態 8 2.1.3 節理面之力學行為 10 2.1.4 節理勁度 13 2.2 橫向等向性岩盤之應力傳遞理論 16 2.2.1 荷重承載於橫向等向性岩盤之應力傳遞理論 16 2.2.2 條型荷重承載於下方均質材料之應力傳遞理論 17 2.2.3 條形荷重承載於橫向等向性岩盤之應力位移傳遞理論 18 2.2.4 節理岩盤中應力傳遞分析理論 20 2.2.5 應力規模影響因素之權重分析 20 2.2.6 節理密度對岩體強度影響 21 2.2.7 節理組數對強度之影響 22 2.3 岩石基礎破壞模式 22 2.4 岩石邊坡破壞模式 25 第三章 數值分析方法說明 29 3.1 UDEC程式的發展與理論背景 30 3.2 UDEC之行為模式 33 3.2.1 塊體之組合律模式 33 3.2.2 節理之組合律模式 35 3.3 基本術語定義 39 3.4 分析流程簡介 42 3.4.1 分析架構及輸入指令說明 42 3.4.2 本研究實際分析步驟 44 3.5 分析模式與網格建置 45 3.5.1 分析模式與網格建置 45 3.5.2 建立水平地表數值分析網格與邊界條件設定 45 3.5.3建立傾斜地表數值分析網格與邊界條件設定 46 3.5.4岩盤參數選定 47 第四章 節理勁度變化對節理岩盤承載之應力傳遞與變形分配探討 56 4.1 數值與理論之對比印證 57 4.1.1數值分析圖號之編定說明 57 4.1.2 完整岩石承受建物荷重之UDEC數值分析與理論印證 59 4.1.3 一組規則節理岩盤承受建物荷重之UDEC數值分析與試驗印證 61 4.2不同節理構造對岩盤建物興建之應力傳遞與變形分佈影響比較(固定β=45˚) 65 4.2.1 不同節理構造通過基礎不同位置之岩盤承載應力傳遞 65 4.2.2不同節理構造通過基礎不同位置之岩盤承載等位移分佈 67 4.3節理勁度比(kn/ks)對一組規則節理岩盤承載之應力傳遞與變形分佈影響探討 70 4.3.1岩盤節理正向勁度kn及剪向勁度ks數值範圍 70 4.3.2節理勁度比kn/ks變化對一組規則節理岩盤之應力傳遞與變形分佈影響比較 (β=45˚、岛钋1=0.1q) 72 4.3.3 kn/ks變化對一組規則節理岩盤之不同岛钋1應力傳遞深度量化探討 78 4.4 不同岩性對一組規則節理岩盤之岛钋1應力傳遞與變形分佈影響比較(β=45˚) 82 4.4.1軟岩對一組規則節理岩盤之岛钋1應力傳遞與變形分佈影響比較 82 4.4.2 不同節理勁度比對一組規則節理軟岩之不同岛钋1傳遞深度量化探討 88 4.4.3 軟岩與硬岩對一組規則節理岩盤之應力傳遞與變形對比 91 4.4傾斜地表與水平地表承受均佈載重之應力傳與變形分佈比較(β=45˚) 95 4.4.1傾斜地表不同勁度比之應力傳遞與變形分佈探討 95 4.4.2 傾斜地表與水平地表之岛钋1應力傳遞與變形位移比較 99 第五章 基礎承載於水平地表不同節理傾角岩盤之應力傳遞與變形分佈 103 5.1 kn/ks變化與傾角β變化對岛钋1應力傳遞分佈探討比較 103 5.1.1四種kn/ks變化與六種傾角β變化對岛钋1應力傳遞等壓線分佈探討 103 5.2四種kn/ks變化與六種傾角變化對垂直變位δy分佈 112 5.2.1四種kn/ks變化與六種傾角變化之變形位移分佈定性分析 112 5.2.1四種kn/ks變化與六種傾角變化對基礎底面沉陷分佈探討 119 第六章 結論與建議 123 6.1 結論 123 6.2 建議 128 參考文獻 129 附錄A 傾斜地表軟岩之岛钋1傳遞等壓線與地中垂直等位移分佈圖 133 附錄B 傾斜地表不同傾角之岛钋1傳遞等壓線分佈 135 附錄C 傾角變化對軟岩之基礎底面沉陷分佈 137 附錄D 勁度與地表變化對不同岩性之應力傳遞等壓線 (岛钋1=0.3q、0.5q) 139

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