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研究生:葉軒弟
研究生(外文):Hsuan-Ti Yeh
論文名稱:圓形隧道開挖面之變形行為及縱向地拱效應探討
論文名稱(外文):Studies of Deformation Behavior and Longitudinal Arch Effect of the Excavation of Circular Tunnel
指導教授:陳堯中陳堯中引用關係
指導教授(外文):Yao-Chung Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:營建工程系
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:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:136
中文關鍵詞:縱向地拱FLAC 3D縱向變位
外文關鍵詞:longitudinal archFLAC 3Dlongitudinal deformation
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論 文 摘 要
本研究探討縱向地拱效應與隧道開挖變形間之關聯性,以評估利用隧道三維變形量測結果來評估前方地質之可能性。本研究利用三維FLAC 3D程式來分析隧道開挖通過岩體強弱不同之地質界面處之整體變形行為與趨勢,改變不同側向應力大小及是否架支撐等情況,探討隧道開挖面附近之三維變形行為及開挖面前方應力和變形之發展情形。
本研究分析結果為:(1)不論岩體強弱或現地側向應力之大小,縱向地拱效應會在開挖面前方形成一應力集中區域。(2)縱向地拱效應對於縱向變位有較明顯之影響,而對垂直變位則無明顯影響。(3)隧道開挖面附近頂拱之縱向變位(L)與徑向變位(S)之比值,在隧道由堅硬岩體趨於軟弱岩體時會增加,反之,由軟弱岩體接近堅實岩體時則會減少。(4)岩體強弱差異愈大時,L/S比值之變化趨勢對於不同地質界面之反映愈明顯,而差異愈小則愈不明顯。(5)現地側向應力係數愈大時,頂拱處之L/S比值會比側壁處更能反映地質差異性,側向應力係數愈小時,則側壁處較能反映地質差異性。(6)在隧道架設支撐之條件下,L/S比值對於反映地質變化之敏感度高於無支撐之條件。
ABSTRACT
This research investigates the relationship between longitudinal ground arch and the deformation of tunnel excavation to evaluate the possibility of using measurements of tunnel three-dimensional deformations to predict the geological conditions beforehand. A three-dimensional numerical code, FLAC-3D, was used to analyze the excavation of tunnel through the interface of different geological conditions. Different lateral stress coefficients and the erection of support were studied. The three-dimensional deformation behavior around the tunnel excavation face and the development of stresses and deformations ahead the excavation face were investigated.
The following conclusions were obtained from this research. (1)Longitudinal ground arch would induce a stress concentration zone ahead the excavation face no matter the deformability of rock mass or the lateral stress coefficient. (2)Longitudinal ground arch has obvious effect on the longitudinal deformations and very little effect on the vertical deformations. (3)The ratios of the longitudinal deformations (L) and the radial deformations (S) at the crown of the excavation face would increase while the tunnel is excavated from competent rock to weak rock, and vice versa. (4)The changes of ratios L/S would more clearly reflect the geological interface if the differences of the rock mass deformability are larger, and vice versa. (5)At the condition of larger lateral stress coefficients, the ratios of L/S at the crown would more clearly reflect the geological differences than the ratios of L/S at the side walls, and vice versa. (6)The ratios of L/S are more sensitive to the changes of geology when supports are applied to the tunnel as compared with no support conditions.
目 錄
摘要…………………………………………………………….I
英文摘要………………………………………………………II
誌謝…………………………………………………………...III
目錄…………………………………………………………...IV
表目錄………………………………………………………..VII
圖目錄……..………………………………………………..VIII
第一章 緒論…………………………………………………1
1.1前言…………………………………………………….…….1
1.2研究動機……………………………………….…………….1
1.3研究內容……………………………………………………..2
第二章 文獻回顧……………………………………………3
2.1岩石之力學之行為…………………………………………..3
2.2隧道開挖後產生之拱效應現象……………………………..4
2.3拱效應理論…………………………………………………..5
2.3.1Terzaghi之拱效應理論………………………………...5
2.3.2 Handy之拱效應理論………………………………......8
2.4開挖面處之縱向位移之發展……………………………….10
第三章 數值分析方法………………………………………12
3.1 FLAC 3D程式概述……………………...…………………..12
3.2 FLAC 3D的基本理論架構………………………………….12
3.2.1 FLAC 3D運動方程式..………………………………12
3.2.2 應變─位移關係………………………………………13
3.2.3 組合方程式……………………………………………14
3.3 FLAC 3D……………………………………………………..15
3.4 FLAC 3D程式之組合律模式………...……………………..16
3.5 FLAC 3D程式之基本術語………………………………….18
3.6 FLAC 3D分析流程………………………………………….21
3.6.1 FLAC 3D之基本分析架構……………………………21
3.6.2 基本分析步驟…………………………………………22
3.7基本假設及材料參數之選用………………………………..23
3.7.1網格之建立…………………………………………….23
3.7.2數值分析之基本假設………………………………….25
3.7.3材料參數選用之依據………………………………….26
第四章 數值分析結果與討論………………………………31
4.1前言…………………………………………………………..31
4.2縱向地拱行為機制之探討…………………………………..32
4.2.1縱向地拱效應對應力之影響………………………….32
4.2.2縱向地拱效應對變形之影響………………………….35
4.2.3縱向變位(L)與垂直變位(S)之關係…………………...38
4.3地質條件對L/S比值之影響………………………………..39
4.3.1地質條件對隧道縱向變位之影響………………….....39
4.3.2地質變異對縱向變位(L)與沈陷量(S)比值之影響.....42
4.3.3彈性模式與彈塑性模式之差異…………………….....43
4.4 側向壓力係數及支撐對縱向變位(L)與沈陷量(S)比值之影響……………………………………………………………44
4.4.1 K=0.5時頂拱與側壁處縱向變位(L)與沈陷量(S)比值之情形………………………………………………………....45
4.4.2 K=1.5時頂拱與側壁縱向變位(L)與沈陷量(S)比值之影響………………………………………………………47
4.4.3支撐對縱向變位(L)與沈陷量(S)比值之影響……….48
第五章 結論與建議…………………………………………50
5.1結論…………………………………………………………..50
5.2建議…………………………………………………………..51
參考文獻…………..…………………………………………53
附錄 A………………………………………………………124
附錄 B………………………………………………………127
附錄 C………………………………………………...…….130
附錄 D………………………………………………………133
附錄 E……………………………………………………….136
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