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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:袁士哲
研究生(外文):Yuan, Shih-Che
論文名稱:混合節理之產狀與力學特性研究
論文名稱(外文):A Study on the Geometry and Mechanical Properties of Hybrid Joint
指導教授:洪如江洪如江引用關係---
指導教授(外文):Hung, Ju-Jiang
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:土木工程學系研究所
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:1998
畢業學年度:86
語文別:中文
論文頁數:181
中文關鍵詞:混合節理拉壓試驗三維應力應變場
外文關鍵詞:Hybrid jointtensile-compression testthree dimensional stress strain field
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「混合節理」為Hancock依據修正Griffith破壞準則所提出,其介於剪力節理及伸張
節理之間,屬於剪張性裂面。關於混合節理產生的力學條件,郭瑞生、黃周易及陳寶駿
曾針對不同的岩石材料進行一系列的拉壓試驗,證實其產生機制; 陳志豐以野外調查及
數值模擬的方式探討混合節理與褶皺構造應力場之關係,證明了混合節理產生於伸張的
應力場。
本研究主要分為實驗研究、模式分析及野外調查三部分。實驗研究為進行模擬產生
混合節理應力狀態之拉壓試驗,採用高剛性伺服控制壓力機於軸向應力施加,並改良試
體尺寸增加側向拉應力的範圍,希能於實驗室內得到共軛相交之小夾角混合裂面及完整
的應力破壞包絡線。模式分析方面係根據南港層砂岩、木山層砂岩、花蓮大理岩在拉應
力區及壓應力區之不同試驗結果,探討在二維應力空間及三維應力空間與各種岩石破壞
準則預測的強度與破裂面角度關係及破壞包絡線(面)的型態,此外,參考Reches真三軸
壓力試驗的結果,進行三維應力應變場下完整岩石破裂模式的分析。野外調查則針對混
合節理的產狀與其他地質構造之間的關聯及可能的應力場作討論。
實驗結果顯示:木山層砂岩拉壓試驗產生的破裂面大致可分為三類,共軛混合裂面
、垂直伸張裂面及單一斜裂面,於等面積立體圖上判別裂面位態與主應力的關係應屬小
角夾之共軛裂面型態,裂面夾角大致隨最小主應力減小而降低。二維應力空間中,
Griffith破壞準則低估強度而高估破裂面夾角; 迴歸之Hoek-Brown及Mohr-Coulomb破壞
準則參數,在壓應力及拉應力區有明顯的不同。三維應力空間中拉壓試驗之破壞應力態
有相當一致的趨勢,經過正規化的修正方法可以得到應力子午面上之正規化破壞包絡線
及應力軸差面上之相似角函數,建立三維應力空間之破壞包絡面。與傳統三軸壓力試驗
結果比較發現:加壓應力路徑與解壓應力路徑得到不同的破壞包絡線,迴歸求取破壞準
則參數時將有相當差異。
三維應力空間之破壞包絡面不具有預測材料破壞幾何型態的功能,而二維破壞包絡
線無法解釋多組裂面產生的機制。本文的分析發現:交叉分析分別以應力及應變出發之
真三軸試驗結果,可以得到一致的結果說明三維應力應變場岩石之破裂型態,用此以解
釋混合節理及斜方共軛節理的產生機制。
野外之混合節理產狀調查之區域為苗栗出磺坑背斜北段及彰化八卦台地北部。量得
之節理走向與褶皺軸正交,顯示兩地之伸張應力場皆大致與褶皺軸平行,推斷產生混合
節理的力學機制應是由地質構造主控之應力場所引致,與巨視構造相對位態有相當一致
的關係。

Hybrid joint proposed by Hancock in 1985 belongs to a kind of extensional
-shear fracture which mechanism is between shear fracture governed by Coulomb'
stheory and tensile fracture by Griffith's theory. On the study of hybrid join
t, Kuo and Huang conducted a series of tensile-compression tests to simulateth
e mechanical conditions for hybrid joint in the laboratory, and proved itsexis
tency. Chen discussed the relationship between geometry of hybrid joint andstr
ess field induced by fold according to joint field survey as well as FEMnumeri
cal simulation result. This research is divided into three parts: physical
model test in thelaboratory, model analysis and field survey. Physical experim
ent-tensile-compression test- simulates the stress conditions for hybrid fract
ure usingservo-controlled stiff machine. Specimen size is also considered in o
rder toextend the range of tensile stresses hoping for the complete stress fai
lureenvelope in the tensile stress zone. A model is constructed for rock fract
ureunder three dimensional stress strain conditions according to polyaxialexpe
riment data in different stress zone by Kuo, Huang and Reches. Fieldsurvey foc
uses on the correspondence between hybrid joint and other geologicalstructures
. Experiment results show that sandstone is fractured into three patterns:c
onjugate hybrid fracture, vertical extension fracture and singly-inclinedfract
ure. Fracture is plotted as great circles and poles by equal areaprojection, a
nd can be recognized as the pattern of steep, small dihedralangle in the direc
tion of maximum principle stress. Dihedral angle approximatelydecreases as the
minimum principle stress also decreases. In two dimensionalstress space, Grif
fith failure criterion underestimates the strength butoverestimates the dihedr
al angle; regressed Hoek-Brown and Mohr-Coulomb failurecriterion parameter are
obviously deviated for tests under different stresspaths. In three dimensiona
l stress space, there is accorded trend for thetensile-compression test data a
nd thus three dimensional failure envelope isconstructed by method of normaliz
ation. Fracture patterns are also includedin this envelope to explain the stre
ss state inducing hybrid fracture andorthorhombic fracture. Field joint data r
eveal that strikes of joints are roughlyperpendicular to the strike of anticli
ne in both cases of study and areindicators of contemporary stress field cause
d by geological changes.

QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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