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研究生: 古介予
Cheih-Yu Ku
論文名稱: 以PFC2D探討一組規則節理岩盤承載之裂縫發展
Study of Microcrack Development of One Set of Regular Jointed Rock under Loading Using PFC2D
指導教授: 陳志南
Chee-Nan Chen
口試委員: 林志森
JHIH-SEN LIN
陳立憲
LI-SIAN JHEN
林宏達
HONG-DA 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: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 146
中文關鍵詞: 加載比節理傾角水平地表節理岩盤岩坡裂縫發展裂縫分布範圍
外文關鍵詞: loading level, horizontal surface jointed rock, rock slope, microcrack distribution
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本研究以數值分析軟體PFC2D,模擬一組規則節理岩盤承受建物荷載之裂縫發展,探討包括八種節理情況(無節理及七組不同節理傾角=0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°)岩盤,兩種不同地表情況(水平地表、坡地及坡角=45°固定)情況。本研究在岩盤上方建置一剛性基礎,逐漸增加基礎載重使岩盤破壞,觀察上述組合情況之裂縫發展之初裂、裂縫延伸發展、建物下方整個破壞之裂縫發展趨勢,並分析討論觀查裂縫發展情況。
經模擬水平地表岩盤承載至岩盤破壞後發現,當節理傾角較小時,裂縫易朝橫向發展,裂縫分布區域接近扁平四邊形;當節理傾角變大,裂縫改朝偏向垂直向發展,裂縫分布區域呈倒三角形;No joint及七種不同傾角岩盤,裂縫分布最遠範圍右方、左方及深度約為4、3及1倍基礎寬。最後將模擬結果彙整,並提出定性及定量分析發現。


This study is using numerical analysis software PFC2D to simulate microcrack development of rock with one regular set of joint under foundation loading. Microcrack developmental tendencies are analyzed under the combination of eight joint conditions with different dip angle and two different surface conditions. Eight different joint conditions include seven different dip angle 0°、15°、30°、45°、60°、75°、90° and no joint. Two different surface conditions are horizontal surface and slope with slope angle 45°. In this study, the rigid foundation was built on the top surface of rock, and the loading of foundation increased gradually until the rock beneath foundation was failed. The whole process from microcrack initiation, development and linkage to fail under different dip angle were analyzed and comparison.
After simulated horizontal surface rock under loading to fail, it’s found that microcrack development is towards horizontal if dip angles is small, and the highly concentrated area is close to flat quadrilateral. When joints dip angle becomes larger, microcrack development is towards vertical and the highly concentrated area is close to inverted triangle. Eight different joint cases rock. The right, left and downwards farthest distances of highly microcrack concentrated area count from the midpoint of foundation bottom are about 4, 3 and 1 times width of foundation respectively. Finally, both qualitative and quantitative results are presented.

目錄 論文摘要I ABSTRACTII 誌 謝II 目錄V 圖目錄VII 表目錄IX 符號說明X 第一章緒論0 1.1 研究動機及目的1 1.2 研究方法與流程1 第二章 文獻回顧3 2.1 PFC參數之研究4 2.1.1 微觀與巨觀參數之敏感度分析5 2.1.2顆粒數之影響9 2.1.2 PFC2D量測圓15 2.2節理岩體的破壞強度與趨勢16 第三章 數值模擬工具與分析方法22 3.1PFC2D概述22 3.2PFC2D基本假設23 3.3PFC2D之運算原理-力與位移定律24 3.4PFC2D之接觸模式27 3.4.1 接觸勁度模式27 3.4.2 滑動模式28 3.4.3 鍵結模式28 3.5 PFC2D之微觀參數30 3.6 本研究之數值模擬方法、數值模型及輸入參數33 3.6.1 數值模型建立34 3.6.2 輸入參數36 第四章 一組規則節理岩盤水平地表荷載 之裂縫發展42 4.1 水平地表節理岩盤之基礎加載比(LL, %)46 4.2 水平地表無節理一組規則節理岩盤荷載之裂縫發展探討(=45°)50 4.2.1 裂縫發展趨勢探討50 4.2.2 裂縫分布範圍探討53 4.3 無節理及七種傾角傾角節理岩盤荷載之裂縫發展趨勢探討56 4.3.1 無節理及七種傾角節理岩盤荷載之裂縫發展趨勢比較56 4.3.2 無節理及七種傾角節理岩盤之裂縫發展分佈範圍64 4.4 無節理及七種不同傾角節理岩盤之垂直應力與斷鍵數目分析68 4.4.1 無節理及七種岩傾節理角盤之垂直應力量測及趨勢探討68 4.4.2 無節理及七種傾角節理岩盤之斷鍵數目發展趨勢探討70 第五章 一組規則節理岩坡坡頂無退縮距離荷載之裂縫發展趨勢初探(坡角=45°)74 5.1 無節理及七種不同傾角岩坡之破裂趨勢分析78 5.1.1 無節理及七種不同傾角岩坡之裂縫發展趨勢比較78 5.1.2 七種不同節理傾角岩坡之裂縫分佈範圍分析85 5.2 七種傾角節理岩坡之垂直應力與斷鍵數目分析90 5.2.1 節理岩坡之垂直應力量測及趨勢探討90 5.2.2 七種不同傾角節理岩坡之斷鍵數目發展趨勢探討94 第六章 結論與建議98 6.1 結論99 6.1.1 水平地表節理岩盤99 6.1.2 基礎無退縮距離之岩坡(坡角a=45°及一組規則節理)101 6.2 建議102 參考文獻104 附錄A-No joint及七種不同傾角之水平地表岩盤荷載裂縫發展過程106 附錄B- No joint及七種不同傾角之坡角45°岩坡荷載裂縫發展過程(初探)119

參考文獻
1李宏輝,「併構岩石力學行為之機制研究-以個別元素法探討」,博士論文,國立臺灣大學土木工程研究所,台北,(2008)。
2陳冠州,「以PFC2D探討岩基加載之破壞演化」,碩士論文,國立臺灣科技大學營建工程研究所,台北,(2012)。
3陳俐穎,「節理分佈與傾角變化對基礎底面與其下方岩盤之應力與變形探討」,碩士論文,國立臺灣科技大學營建工程研究所,台北,(2010)。
4張家銓,「分離元素法於擬脆性岩材微觀破裂機制之初探」,碩士論文,國立臺北科技大學土木工程研究所,台北,(2007)。
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12Itasca Consulting Group Inc., 2004. Particle Flow Code in Two Dimensions. Version 3.0., Itasca Consulting Group Inc., Minneapolis.
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14Potyondy, D. and Cundall, P., 2004. Abonded-particle model for rock. International Journal of Rock Mechanics & Mining Science 41: 1329-1364.

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