臺灣博碩士論文加值系統

台灣為地震活躍區，一年平均發生1萬6千次地震，地震發生頻率高，另外隨著經濟發展及民生居住需求日益增多，地下開挖工程也常有施作。有關開挖工程施工中遭遇地震之影響，較少有此方面之研究。本論文使用PLAXIS 2D有限元素程式探討開挖過程中不同開挖深度受地震力作用下之相關力學行為，研究結果顯示：
1.當開挖深度愈深，開挖造成底部隆起量與地表載重下方沉陷均有較大之幅度；受地震力作用下，底部隆起量與地表載重下方沉陷增量也有增加情形，載重下方沉陷之增量，其幅度更超越底部隆起增量。
2.當開挖深度愈深，其擋土設施上水平位移、剪力及彎矩均有增大情形，地震力作用下，後續之發展量皆有增加情形，以剪力為例，增加量有近乎4倍。
3.水平支撐軸力當開挖深度愈深，均有增大情形，地震力作用下，後續之發展量也有增加情形，增加量甚至高達9倍。

Taiwan is an active area of earthquakes, with an average of 16,000 earthquakes per year. The frequency of earthquakes is high. At present, underground excavation projects are constructed very often with the economic development and the increase of housing request. There is very little research in the effect of construction process of excavation projects subjected to earthquake motion. In this study, the mechanical behavior of construction process of excavation projects for different excavated depth subjected to earthquake motion is studied using PLAXIS 2D finite element program. From the analyzed results, it indicates that：
1.When the excavation is deeper, the heaving at the excavated bottom and the settlement beneath the surface loading appears in a greater amplitude. Under the earthquake motion, the additional heaving at the excavated bottom and the additional settlement beneath the surface loading are also increased, the lattter is especialy even greater,
2.When the excavation is deeper, the horizontal displacement, shear and moment in the retaining are all increased. Under the earthquake motion, the follow-up development is also increased. For shear as example, the increased quantity is almost 4 times.
3.When the excavation is deeper, the axial forces in the horizontal struts are all increased. Under the earthquake motion, the follow-up development is also increased. The increased quantity is even up to 9 times.

目錄
摘要 i
ABSTRACT ii
圖目錄 vi
表目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 2
1.3 研究方法 3
1.4 研究內容 4
第二章 文獻回顧 5
2.1地下開挖支撐系統 5
圖2-1 深開挖工程與支撐系統 5
2.2地下開挖擋土結構 6
圖2-2 鋼版樁工法 6
圖2-3 連續壁工法 7
圖2-4 擋土柱工法 8
圖2-5 SMW工法 9
圖2-6 預壘樁工法 10
2.3莫爾庫倫破壞準則 11
圖2-7 莫爾庫倫破壞包絡線 11
2.4 Rankine主動土壓力 12
圖2-8 Rankine主動土壓力 12
2.5 Coulomb主動土壓力理論 13
圖2-9為Coulomb主動土壓力分析示意圖 13
圖2-9 Coulomb主動土壓力分析圖 13
2.6 Mononobe-Okabe動態土壓力 14
圖2-10 地震作用下擋土壁體主動土壓力分析圖 14
2.7 開挖工程行為探討 15
2.7.1開挖穩定性 15
圖2-11 擋土設施土壓力平衡示意圖 16
圖2-12 隆起分析示意圖 17
圖2-13 上舉分析示意圖 18
圖2-14砂湧分析示意圖 19
2.8深開挖擋土壁體特性 20
圖2-15 擋土壁開挖過程變形示意圖(Clough and O'Rourke,1990) 20
2.9數值分析-有限元素法 21
圖2-16 有限元素網格示意圖 22
第三章 分析方法 23
3.1分析軟體之介紹 23
3.1.1輸入(Input)階段 23
圖3-1 兩種單元形式之節點與應力點示意圖 24
3.1.2計算(Calculation)階段 24
3.1.3輸出(Output)階段 25
圖3-2 本研究PLAXIS分析流程圖 25
3.2網格生成 26
3.3 PLAXIS程式功能 26
3.4 材料參數之設定 28
第四章 研究範例分析 31
4.1研究範例 31
圖4-1 x向水平加速度地震歷時紀錄 31
圖4-2 研究範例一開挖2m未架設支撐 32
圖4-3 研究範例二開挖4m地下1m架設支撐 33
圖4-4 研究範例三開挖6m於地下1m、3m架設支撐 33
4.2研究範例材料參數 34
4.3研究範例分析步驟 38
4.4研究範例一 41
圖4-5 研究範例一完成開挖後總位移 43
圖4-6 研究範例一完成開挖施加地震力總位移增量 44
圖4-7 研究範例一完成開挖後水平總位移 45
圖4-8 研究範例一完成開挖後施加地震力水平總位移增量 46
圖4-9 研究範例一完成開挖後垂直總位移 47
圖4-10 研究範例一完成開挖後施加地震力垂直總位移增量 48
圖4-11 研究範例一完成開挖後擋土設施水平位移 49
圖4-12 研究範例一完成開挖後施加地震擋土設施水平位移增量 50
圖4-13 研究範例一完成開挖後挖擋土設施剪力圖 51
圖4-14 研究範例一完成開挖後施加地震擋土設施剪力圖 52
圖4-15 研究範例一完成開挖後擋土設施彎矩圖 53
圖4-16 研究範例一完成開挖後施加地震擋土設施彎矩圖 54
4.4研究範例二 55
圖4-17 研究範例二完成開挖後總位移 57
圖4-18 研究範例二完成開挖後施加地震力總位移增量 58
圖4-19 研究範例二完成開挖後水平總位移 59
圖4-20 研究範例二完成開挖後施加地震力水平總位移增量 60
圖4-21 研究範例二完成開挖後垂直總位移 61
圖4-22 研究範例二完成開挖後施加地震力垂直總位移增量 62
圖4-23 研究範例二完成開挖後擋土設施水平位移 63
圖4-24 研究範例二完成開挖後施加地震力擋土設施之水平位移增量 64
圖4-25 究範例二完成開挖後擋土設施之剪力圖 65
圖4-26 研究範例二完成開挖後施加地震力擋土設施之剪力圖 66
圖4-27 研究範例二完成開挖後擋土設施之彎舉圖 67
圖4-28 研究範例二完成開挖後施加地震力擋土設施彎舉圖 68
圖4-29 研究範例二完成開挖後擋土設施之軸力圖 69
圖4-30 研究範例二完成開挖後施加地震力擋土設施之軸力圖 70
圖4-31 研究範例二完成開挖後各支撐軸力 71
圖4-32 研究範例二完成開挖後施加地震力各支撐軸力 71
4.5研究範例三 72
圖4-33 研究範例三完成開挖後總位移 74
圖4-34 研究範例三完成開挖後施加地震力總位移增量 75
圖4-35 研究範例三完成開挖後水平總位移 76
圖4-36 研究範例三完成開挖後施加地震力水平總位移增量 77
圖4-37 研究範例三完成開挖後垂直總位移 78
圖4-38 研究範例三完成開挖後施加地震力垂直總位移增量 79
圖4-39 研究範例三完成開挖後擋土設施之水平位移 80
圖4-40 研究範例三完成開挖後施加地震力擋土設施之水平位移增量 81
圖4-41 研究範例三完成開挖後擋土設施之剪力圖 82
圖4-42 研究範例三完成開挖後施加地震力擋土設施之剪力圖 83
圖4-43 研究範例三完成開挖後擋土設施之彎矩圖 84
圖4-44 研究範例三完成開挖後施加地震力擋土設施之彎矩圖 85
圖4-45 研究範例三完成開挖後擋土設施之軸力圖 86
圖4-46 研究範例三完成開挖後施加地震力擋土設施之軸力圖 87
圖4-47 研究範例三完成開挖後各支撐軸力 88
圖4-48 研究範例三完成開挖後施加地震力各支撐軸力 88
4.6研究範例分析結果比較 89
第五章 結論與建議 92
5.1 結論 92
5.2建議 93
參考文獻 94

1.內政部營建署(2001)，建築物基礎構造設計規範，第八章基礎開挖。
2.Coulomb, C. A. (1776), “Essai sur une Application des Regles de Maximum a quelques Problemes de Statique Relatifs a l’Architecture,” Mem, Acad. Roy. Des Sciencws, Paris, Vol. 3, pp.38.
3.Clough, G. W. and O'Rourke, T. D. (1990), “Construction Induced Movements of In-situ Walls, Design and Performance of Earth Retaining Structures,” ASCE Special Publication, No. 25, pp. 439-470.
4.Das, B. M. (1982), Principles of Foundation Engineering, CLENGAGE Learning.
5.Okabe, S. (1926), “General theory of earth pressure, ” Journal of the Japanese Society of Civil Engineers, Tokyo, Japan, 12(1).
6.Mononobe, N. (1929), “Earthquake-Proof Construction of Masonry Dams,” Proceedings, World Engineering Conference 9, 176-182.
7.Ou, C. Y., Hsieh, P. G. and Chiou, D. C. (1993), “Characteristics of Ground Surface Settlement during Excavation,” Canadian Geotechnical Journal, Vol. 30, No. 5, pp. 758-767.
8.PLAXIS 2D (2018a), “Reference Manual,” P. O. Box 572, 2600 An Delft, Netherlands.
9.PLAXIS 2D (2018b), “Material Model,” P. O. Box 572, 2600 An Delft, Netherlands.