臺灣博碩士論文加值系統

本研究以有限差分為基礎之數值分析軟體FLAC 3D程式來進行寶山第二水庫築壩過程中壩體的受力行為、蓄水後壩體滲流與力學行為以及在921地震加速度下之動態行為的模擬以驗證分析方法之正確性。然後改變土石壩之壩長與壩高的比值、心牆底寬與壩高的比值，探討這些參數對土石壩體力學性質之影響。在檢核分析中，模擬寶二水庫的分析結果與現場監測值和2D模擬分析結果相當吻合，因此本研究的分析方法有其正確性，而且寶二水庫因壩體長度夠長，因此以平面應變的2D模擬分析即可得到3D模擬的分析結果。由於寶山第二水庫並未遭遇強震之侵害，本研究以921集集地震加速度施加在壩底，以了解其在破壞型地震下之動態反應，由本研究發現壩體除下游殼層之表面會發生破壞以外，壩頂之沈陷量與壩體皆屬於安全範圍。在壩體幾何尺寸影響評估中，當壩長與壩高比值≧4，可忽略3D效應。自然振動頻率隨著壩長的增加而降低，其共振頻率主要約在3Hz。當心牆底寬與壩高比值≧0.9，對沉陷量變化影響不大，蓄水後的自然頻率高於蓄水前的頻率，當壩心的比例增加時，其頻率也隨著降低。當壩長與壩高比值等於6和心牆底寬與壩高比值等於0.9時，蓄水後的自然頻率最高，其次為蓄水前的自然頻率，接著為地震後的自然頻率，最小的是集集地震下壩體的卓越頻率，心層的自然頻率較上下游殼層的自然頻率為低。

This research used FLA3D, a numerical analysis software based on the finite difference method, to analyze the mechanical behaviors of Pao- Shan in construction stage, and 921 Chi-Chi earthquake. These numerical results were compared with monitoring identify the rational of analysis method in this study. From the numerical results, they are close to the monitoring results and plane strain (2D) results. Therefore, the numerical analysis is rational in this study, and it can be so long enough that the 3D results are close to 2D results. And then the mechanical behaviors of earth dam were discussed for various ratio of length and weight of dam and ratio of width and height of core. In order to identify the safety of the second reservoir of Pao-Shan under the strong earthquake, 921 Chi-Chi acceleration-time history was added on the base of the dam. The results show it is in safety state except for the crust surface on the downstream of the dam. In the influence evaluation of geometrical parameters, as the ratio of length and height≧4, the 3D effect is able to neglect. Natural vibration frequency will reduce with the length increasing of the dam and the frequency is mainly about 3Hz. As the ratio of core base-width and height≧0.9, it is less influential on the deformation. After seepage stage,the natural frequency is higher than that of before seepage stage. As the ratio of core increase, the frequency will reduce. As the ratio of the length and height is equal to 6, and the ratio of the core base-width is equal to 0.9, the natural frequency before seepage stage and the third one is after the highest. The second high one is before seepage stage and the third one is after earthquake and the smallest one is predominant frequency of the dam under Chi-Chi earthquake. The natural frequency of the core is lower than those of crusts on the upstream and downstream.

目錄
中文摘要 I
ABSTRACT II
誌 謝 III
目錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 VII
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 1
1.3 研究方法 2
1.4 研究內容 3
第二章 文獻回顧 6
2.1土石壩概述 6
2.2 分析原理與方法 13
2.3 離心機模型試驗 20
2.4數值分析軟體 23
第三章 數值分析方法 27
3.1 FLAC程式簡介 27
3.2 FLAC數值分析 31
3.3傅氏譜 41
第四章 分析結果與討論 43
4.1檢核分析－靜態分析結果與討論 44
4.2檢核分析－滲流分析結果與討論 48
4.3檢核分析－動態分析結果與討論 49
4.4參數影響分析 54
第五章 結論與建議 65
5.1結論 65
5.2建議 66
參考文獻 67


表目錄
表2.1台灣土石壩壩高與心牆底寛關係統計表【1】 12
表2.2坡面與週期關係圖（取材自Okamoto, S【9】） 17
表2.3壩心位置與週期關係圖（取材自Okamoto, S【9】） 17
表2.4土壩和土石壩在三方向的週期（取材自Okamoto, S【9】） 17
表4.1寶山第二水庫材料參數表 44


圖目錄
圖1.1 研究流程圖 5
圖2.2各類型土壩斷面圖 7
圖2.1各類型堆石壩斷面圖【1】 8
圖2.3分區型土石壩心牆尺寸示意圖【1】 10
圖2.4日本分區型土石壩心牆底寬與壩高之關係【1】 11
圖2.5台灣土石壩心牆底寬與壩高之關係【1】 11
圖2.6擬靜態分析法示意圖 15
圖2.7剪力梁法示意圖 16
圖2.8 Newmark 分析法示意圖 20
圖2.9 VELACS 離心機模型 22
圖3.1 FLAC程式運算之步驟 27
圖3.2（a）典型三角元素與速度向量 30
圖3.3 FLAC 提供不同動態外力加載下的邊界條件設定 35
圖3.4自由場邊界示意圖 36
圖3.5正規化臨界阻尼比隨角頻率變化圖 38
圖4.1網格與材料區分圖 44
圖4.2靜態平衡後鉛直向變位量（3D） 45
圖4.3靜態平衡後鉛直向變位量（2D） 45
圖4.4靜態平衡後垂直壩軸向變位量（3D） 45
圖4.5靜態平衡後垂直壩軸向變位量（2D） 47
圖4.6監測儀器位置圖 47
圖4.7沈陷鈑監測與模擬結果 47
圖4.8傾斜儀監測與模擬結果 48
圖4.9孔隙水壓分佈圖（3D） 48
圖4.10孔隙水壓分佈圖（2D） 49
圖4.11孔隙水壓分佈圖（SEEP/W分析之結果） 49
圖4.12地震加速度之原始資料（寶山第二水庫） 50
圖4.13 Husid 圖 50
圖4.14動態分析之垂直壩軸向變位量（3D） 51
圖4.15動態分析之垂直壩軸向變位量（2D） 51
圖4.16動態分析之鉛直向變位量（3D） 52
圖4.17動態分析之鉛直向變位量（2D） 52
圖4.18動態分析之垂直壩軸向有效應力分佈圖（3D） 52
圖4.19動態分析之垂直壩軸向有效應力分佈圖（2D） 52
圖4.20動態分析之鉛直向有效應力分佈圖（3D） 53
圖4.21動態分析之鉛直向有效應力分佈圖（2D） 53
圖4.22動態分析之平行壩軸向有效應力分佈圖（3D） 53
圖4.23動態分析之平行壩軸向有效應力分佈圖（2D） 53
圖4.24網格與尺寸位置圖 55
圖4.25網格與紀錄點位圖 55
圖4.26不同長高比在壩頂和中間殼層之垂直變位量 55
圖4.27不同長高比在點位1的自然頻率 56
圖4.28不同長高比在點位2的自然頻率 56
圖4.29不同長高比在點位3的自然頻率 56
圖4.30不同長高比在點位4的自然頻率 57
圖4.31不同長高比在點位5的自然頻率 57
圖4.32不同長高比在點位6的自然頻率 57
圖4.33不同長高比在點位7的自然頻率 58
圖4.34不同長高比在點位8的自然頻率 58
圖4.35不同長高比在點位9的自然頻率 58
圖4.36不同心牆尺寸在壩頂和中間殼層之垂直變位量 60
圖4.37不同心牆尺寸在點位1的自然頻率 60
圖4.38不同心牆尺寸在點位2的自然頻率 60
圖4.39不同心牆尺寸在點位3的自然頻率 61
圖4.40不同心牆尺寸在點位4的自然頻率 61
圖4.41不同心牆尺寸在點位5的自然頻率 61
圖4.42不同心牆尺寸在點位6的自然頻率 62
圖4.43不同心牆尺寸在點位7的自然頻率 62
圖4.44不同心牆尺寸在點位8的自然頻率 62
圖4.45不同心牆尺寸在點位9的自然頻率 63
圖4.46相同尺寸於4種分析情形下不同點位的頻率 64

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