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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:雷世璋
研究生(外文):Lei Shih-Chang
論文名稱:岩石節理面受剪行為及對導水性影響之研究
論文名稱(外文):Shearing Behavior of Rock Joints and Its Effects to Conductivity
指導教授:黃燦輝黃燦輝引用關係趙振宇趙振宇引用關係
指導教授(外文):Huang Tsan-HweiChao Chen-Yu
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:2003
畢業學年度:91
語文別:中文
中文關鍵詞:岩石節理面剪力強度滲透係數偶合行為
外文關鍵詞:rock jointsshear strengthpermeabilitycoupling behaviour
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臺灣位於歐亞板塊與菲律賓海板塊擠壓帶,地質構造複雜且斷層破碎帶極多,當山岳隧道或地下結構物設置於其中時,易遭遇湧水、坍塌等工程災害,此類的問題將提高工程施工困難度並造成工期的延宕。對於岩體而言,滲透性主要決定於節理面之導水性,然節理導水性又與其內寬分佈有關。當外在應力埸改變時,節理面之變形性將依其力學特性而變,其內寬分佈亦伴隨著改變,並導致節理面導水性之變化。另外,當岩體中之水壓甚大時,水壓之改變將影響岩體穩定性。有鑑於此,岩石節理面力學-導水性偶合行為實有其研究之必要。
本文透過實驗與理論模式分析兩途徑,探討岩石節理面受剪過程中內寬分佈及導水性之變化。在實驗方面,大量翻製模擬節理試體,並配合可供節理面剪動-導水偶合實驗之封水裝置,進行一系列之導水偶合實驗,藉以求取節理面之力學行為及導水性變化。在理論模式方面,依據趙振宇(1999)所發展的微觀力學-導水偶合分析模式,推估節理面力學行為,並將任一剪位移之節理內寬分佈轉換成平行板滲流模型進行滲流埸分析,藉以預測節理面導水性變化及滲流埸分佈。
本文累積多次實驗失敗之經驗,終於發展一套可進行平面滲流條件之封水裝置,使得岩石節理面可進行最大剪位移5mm之力學-導水偶合實驗。實驗結果顯示,模擬節理面C由剪動初期至4mm剪位移之導水性變化可達100倍之多,模擬節理面D則因含較大之初始內寬,所以僅有10餘倍之變化;並由剪動-導水性曲線之變化趨勢可得知,當剪位移達到2倍尖峰剪位移時,節理面之滲透係數趨於一穩定值。模式分析方面,本文模式可以適時的模擬節理面剪動過程中之導水性變化,並由微觀角度說明節理內寬分佈對滲流速度埸、勢能分佈及滲透係數變化之影響。分析結果顯示,節理剪動初期,節理面處於緊密接觸之條件,流徑扭曲之效應較為顯著,當節理剪動至尖峰剪位移時,滲流水沿順著主要流徑滲流而出,當剪位移大於3mm時,數條次要流徑已隨剪動膨脹而產生,促成節理滲流量大增。
摘要…………………………………………………………………i
目錄…………………………………………………………………Ⅰ
表目錄………………………………………………………………Ⅲ
圖目錄………………………………………………………………Ⅳ
符號說明……………………………………………………………VII
第一章 導論 ………………………………………………………1
1.1 研究背景………………………………………………………1
1.2 研究目的與方法………………………………………………2
1.3 研究架構………………………………………………………3
第二章 前人研究 …………………………………………………6
2.1 節理內寬與粗糙幾何特性……………………………………7
2.1.1 節理內寬……………………………………………………7
2.1.2 節理面粗糙幾何特性………………………………………7
2.2 節理面力學-導水偶合模式…………………………………7
2.2.1 修正JRC-e導水模式 ………………………………………8
2.2.2 岩石節理面微觀力學–導水偶合模式……………………10
2.3 節理面導水偶合實驗…………………………………………11
2.3.1 Esaki等人之實驗研究……………………………………11
2.3.2 Olsson 與Barton之實驗研究……………………………12
2.3.3 Lee等人之實驗研究………………………………………13
2.4 綜合分析………………………………………………………14
第三章 模擬材料及導水偶合實驗設備 …………………………20
3.1 模擬材料基本力學性質………………………………………20
3.1.1 試驗設備……………………………………………………20
3.1.2 模擬材料之基本力學性質…………………………………21
3.1.3 模擬節理面試體製作………………………………………24
3.2 導水偶合實驗設備……………………………………………25
3.2.1 直剪儀………………………………………………………25
3.2.2 滲流控制裝置………………………………………………26
3.2.3 封水技術的發展……………………………………………27
3.3 實驗規劃………………………………………………………28
3.3.1 試體準備……………………………………………………28
3.3.2 實驗條件……………………………………………………30
第四章 節理面力學–導水偶合實驗 ……………………………40
4.1 實驗成果………………………………………………………40
4.1.1 模擬節理面力學行為………………………………………40
4.1.2 模擬節理面導水性行為……………………………………42
4.2討論 ……………………………………………………………45
第五章 節理面力學–導水偶合模式分析 ………………………63
5.1 節理面微觀力學-導水偶合行為分析模式…………………63
5.1.1擬三維節理面組成模式 ……………………………………63
5.1.2 節理面滲流分析模式………………………………………67
5.2 節理面力學行為模擬…………………………………………68
5.2.1 代表性剖面數與節理元素尺寸之決定……………………68
5.2.2 節理面剪力行為……………………………………………69
5.3 節理面導水性之預測…………………………………………71
5.3.1 節理面滲流勢能分佈………………………………………71
5.3.2 節理面滲流速度場分佈……………………………………72
5.3.3 節理面滲流量………………………………………………73
5.3.4 節理面導水性變化…………………………………………74
5.4 綜合討論………………………………………………………77
第六章 結論與建議 ………………………………………………99
6.1 結論……………………………………………………………99
6.2 建議……………………………………………………………100
參考文獻……………………………………………………………102
1.董祐祥,(1989),“模擬岩石節理面剪力強度異向性之研究”, 國立台灣大學土木工程學研究所碩士論文。
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