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研究生:朱義豐
研究生(外文):Yi-Fung Chu
論文名稱:豎井與水平隧道開挖之岩體應力變化探討
論文名稱(外文):Mechanical Behavior Near the Intersection of A Shaft and Horizontal Tunnel During Tunneling
指導教授:陳志南陳志南引用關係
指導教授(外文):Chee-nan 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:182
中文關鍵詞:隧道交叉段豎井應力數值分析FLAC3D
外文關鍵詞:TunnelIntersectionShaftStressNumerical AnalysisFLAC3D
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在長度長的公路隧道中,豎井除了具有通風功能外,於施工時還有增加主隧道工作面的功用,而其與聯絡道交叉段處,周圍的岩體因開挖會引致複雜的三向度行為,此時傳統二維分析便無法模擬實際的情況。本研究以坪林隧道二號通風豎井的佈置來模擬豎井與水平聯絡道的模型,採用三維數值分析軟體FLAC3D並配合相關的岩體參數與破壞準則,藉由所設定的兩條垂直及水平的測線,分析在四個不同開挖階段中其開挖周遭岩體之應力掘進變化的情況。其中兩條測線接近交叉段,而另兩條測線離交叉段較遠,希望藉以對比出交叉段的影響。
分析的結果顯示,遠離交叉段之線開挖面上測點於開挖面通過其關鍵輪進時應力會變成接近雙軸受力狀態,而接近交叉段之開挖面上測點應力變成接近單軸受力狀態。當開挖面通過測線時其開挖面後的岩體之切線應力尖峰值則出現在開挖所引致之塑性區與彈性區邊界附近。

Shafts have the function both ventilation and increasing working faces during tunneling for long tunnel construction. The mechanical behavior near the connection of a shaft and horizontal tunnel should be three-dimensional. It is not suitable to analyze the intersection behavior by using two-dimensional numerical simulation. A three-dimensional finite difference program FLAC3D was used in this research. At First, the numerical model was established by simulating the No. 2 Shaft of Ping-Lin Tunnel. The in-situ rock parameters and Mohr-Coulomb Failure Criteria were used for analysis. At second, tracing four monitoring lines during excavation performed the variation of stress around intersection. Two monitoring lines are horizontal and one of them is near intersection. The other two monitoring lines are vertical and one is also near intersection. The intersection effect is studied by the comparison of the four monitoring lines.
The results show that the stress on excavation surface near intersection is uniaxial if the tunneling passing the horizontal monitoring line, meanwhile the stress behind the excavation is biaxial. The peak tangential stress appears around the interface of plastic and elastic region behind the excavated surface.

摘 要…………………………………………………………………….. I
ABSTRACT…………………………………………………………….. II
誌 謝……………………………………………………………………III
目錄 IV
表目錄 VI
圖目錄 VII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 2
1.3 研究內容 2
第二章 文獻回顧 4
2.1 彈性理論中隧道開挖應力分佈 4
2.2 隧道周圍應力發生塑性行為之影響 7
2.3 隧道斷面設計對岩體之影響因素 9
2.4 隧道交叉段之破壞行為 11
2.5 隧道交叉段開挖對主隧道應力影響 12
第三章 數值分析方法與分析模式 14
3.1 FLAC3D之數值方法 14
3.2 FLAC3D的組合律模式 14
3.3 FLAC3D的運算程序 16
3.4 FLAC3D的基本術語 17
3.5 FLAC3D基本分析步驟 20
3.6本研究分析模式 22
3.6.1三維分析網格的建立 22
3.6.2數值分析基本假設 24
3.6.3岩體材料參數 26
3.7本研究開挖步驟說明 32
第四章 數值分析結果與討論 34
4.1 水平測線 與 的應力掘進變化 35
4.1.1 測線 在開挖面上的應力掘進變化 35
4.1.2 測線 在開挖面後的應力掘進變化 39
4.1.3 測線 的應力掘進變化 49
4.1.4 測線 與測線 的異同 56
4.2 垂直測線 與 的應力掘進變化 60
4.2.1 測線 的應力掘進變化 60
4.2.2 測線 的應力掘進變化 69
4.1.3 測線 與測線 的不同 77
第五章 結論與建議 80
5.1 結論 80
5.2 建議 83
參考文獻 84
附錄一 測線上所有測點的應力掘進變化曲線 153

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