(3.236.231.61) 您好!臺灣時間:2021/05/11 16:08
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果

詳目顯示:::

: 
twitterline
研究生:呂勝能
研究生(外文):Sheng-Neng Lu
論文名稱:互層軟岩隧道分析與支撐探討
論文名稱(外文):Analyses of Tunnel Support in Weak Rock with Interlayered Structures
指導教授:徐松圻徐松圻引用關係
指導教授(外文):Sung-Chi Hsu
學位類別:碩士
校院名稱:朝陽科技大學
系所名稱:營建工程系碩士班
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:2005
畢業學年度:93
語文別:中文
論文頁數:113
中文關鍵詞:砂頁岩互層UDEC數值分析隧道
外文關鍵詞:Numerical analysisTunnelSandstone/Shale
相關次數:
  • 被引用被引用:9
  • 點閱點閱:542
  • 評分評分:系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔
  • 下載下載:56
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
台灣海陸板塊運動頻繁,造成局部地區岩石膠結不良、岩性軟弱,對隧道工程而言,常遭遇嚴重之滑落、擠壓、抽心、崩塌等災害,進一步對其破壞機制研究,以了解支撐型態與岩體間之變位關係。
本研究針對北二高碧潭隧道工程之擠壓、坍塌及滑落問題,對互層軟岩之砂頁岩互層岩體,進行UDEC數值程式分析了解其破壞模式及機制,且透過設置支撐系統的數值模擬,分析岩栓設置之位置與角度及節理位置、間距對軟岩隧道之影響。
本研究結果顯示:(1)依第Ⅳ、Ⅵ岩體支撐模擬碧潭隧道破壞模式結果顯示,兩者皆因隧道頂拱岩體自重過大,導致頂拱滑落產生陷落破壞,與現地實際狀況相符合。(2)當隧道右側節理岩體為砂岩節理性質時,其節理強度比砂頁岩節理高,僅需在可能破壞處設置支撐即可增加岩體強度,可避免破壞產生;另外,岩栓打設位置以在偏頂拱上方為佳,可減少大部分的變形量產生。(3)隧道節理位置在隧道中間時,發現主要破壞來自於岩體節理滑動與岩體擠壓造成隧道頂拱上方岩體產生下陷、滑落,對頂拱架設支撐以節理夾角為30°時效果最佳。(4)分析覆蓋土層深度與隧道直徑關係時,發現當覆土深度越高時,其節理之殘餘摩擦力越大,再加上側向應力提高,節理摩擦力也相對提高,當節理摩擦力大於岩體下滑驅動力時,則不會產生破壞。
Plate technotic movements are very often in Taiwan. Rock quality is usually weak and fractured. Tunneling in these formations had encountered some serious problems and failures, including squeezing, block falling, sliding, buckling and caving. In order to understand the relationship between support types and displacements around the rock during tunneling, analyses are required.
The Pitan tunnel encountered some failures in interlayered sandstone and soft rock during construction in Northern Second Highway. Numerical analyses using distinct element method (UDEC) are used to understand the failure model and mechanisms. Impacts of rockbolt position, rock bolt angle, and bolt spacing for tunnels in soft rock are analyzed in this study.
Some results can be drawn from the analyses: (1) The analyses of the Pitan tunnel use the same support systems, i.e. Types IV and VI, as in situ. It was found these two types of support are all failed sicne the dead weight of the roof rock is too heavy. It causes subsequent massive caving and sliding. (2) If the joints, dipping to the right, at the right hand side of the tunnel are in sandstone formation, which have higher hsear strength than joints in shale, the strength of the rock masses around the tunnel could be increased easily by installing supports at the joints, especially at the places close to the crown. The displacements around the tunnel can be controlled. (3) As the joints locate at the middle of a tunnel, most failures are due to the sliding of the joints above the crown and causing squeezing at the sidewalls. Thus, cause huge crown displacement and caving due to sliding. For these kinds of joints, the most effective support is to install rock bolts at about 30 degrees to the joints. (4) The resisting shear strength between joints is increased as the overburden depth is increased for the lateral in situ stresses increased as well. Therefore, as the shear strength is greater than the driving force, no huge failure will occur.
摘要 I
ABSTRACT II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 VIII
圖目錄 X
第一章 序論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2研究目的 1
1.3研究方法與流程 2
1.3.1研究方法 2
1.3.2研究流程 3
1.4研究內容 4
第二章 文獻回顧 5
2.1隧道之理論模式 5
2.1.1理論分析法則 5
2.2隧道開挖變形之影響因素 7
2.2.1 隧道數值分析之相關研究 7
2.2.2 隧道支撐之功用 12
2.3岩體隧道之破壞機制 14
2.3.1節理岩體之變形行為 16
2.3.2岩體弱面剪力強度之理論模式 17
2.4 軟岩隧道破壞行為 18
2.4.1軟岩之成因與定義 18
2.4.2軟岩之工程特性 19
2.4.3軟岩隧道之破壞模式 20
2.5隧道在砂頁岩互層中破壞案例 22
2.5.1台灣砂頁岩工程性質 23
2.5.2砂頁岩互層破壞因素 24
第三章 UDEC數值分析程式 35
3.1 程式發展 35
3.2 理論基礎 36
3.2.1、岩塊分析模式 36
3.2.2 岩體材料行為模式與組成模式 37
3.2.3不連續面行為模式分析 43
3.3加勁材料模擬 45
3.3.1 岩栓與噴凝土加勁元素(Cable Element and Struct Element) 45
3.4 數值模擬參數之選用依據 47
第四章 隧道破壞案例分析 55
4.1 案例介紹 55
4.1.1 碧潭隧道 55
4.1.2地形與地質 55
4.1.3工程與災害概況 63
4.2災害機制探討 64
4.2.1計測資料之研判 64
4.2.2破壞機制之探討 70
4.3 數值模擬案例分析與結果 71
4.3.1 分析參數與模式說明 71
4.3.2 現地應力參數 72
4.3.3案例模擬分析 73
4.4現地案例參數值分析 79
4.4.1頂拱岩體之影響 82
第五章 數值分析與結果 85
5.1節理位置之影響 85
5.1.1岩栓位置之影響 87
5.1.2砂岩節理與岩栓角度之影響 92
5.2隧道頂拱節理之影響 98
5.2.1頂拱節理之支撐 98
5.2.2頂拱節理寬度之影響 102
第六章 結論與建議 107
6.1結論 107
6.2建議 108
參考文獻 109
1.王文禮、張清秀、王泰典,「大斷面隧道分區開挖之比較」,岩 盤工程研討會論文集,台北,第131-140頁,1996。
2.王泰典,「岩石隧道擠壓變形模式之研究」,博士論文,國立台灣大學土木工程研究所,台北,2002。
3. 施國欽,岩石力學,文笙書局,台北,第2-69 – 2-87頁,1999。
4.彭嚴儒,「延遲支撐對隧道變形行為之影響」,碩士論文,國立台灣工業技術學院營建工程研究所,台北,1992。
5.陳正勳、黃燦輝,「岩石隧道周圍破裂區及非軸對稱隧道問題之地盤反應曲線」,岩盤工程研討會論文集,pp.359-371,1992。
6.洪秋金,「隧道地盤反應曲線及破裂區發展之三向度數值分析」,碩士論文,國立台灣工業技術學院營建工程研究所,台北,1995。
7.盧明祥,「分階開挖對隧道變形行為之影響」,碩士論文,國立台灣工業技術學院營建工程研究所,台北,1995。
8.侯治安,「卵礫石層隧道開挖程序與最適支撐型態之回饋分析」,碩士論文,國立中興大學土木工程研究所,台中,2001。
9.楊長義,「以物理模型實驗研究地空洞之力學行為及岩釘支保功能」,碩士論文,國立中興大學土木工程研究所,台中,1987。
10.朱喜麒,「隧道工程」,中國工程師學會出版,1983。
11.徐松圻,「隧道工程教材」,私立朝陽科技大學,2000。
12.施國欽,「岩石力學」,文笙書局,台北,第7-16頁,1999。
13. 洪如江,「順向坡之破壞與穩定」,地工技術,第94期,第5-18頁,2002。
14.黃燦輝、朱家德、鄭富書,「台灣一些軟弱岩石的工程性質」,岩盤工程研討會論文集,中壢,第259-268頁,1994。
15.寶勇華,「軟弱岩石隧道數值分析模式研究」,碩士論文,國立台灣大學土木工程研究所,台北,1996。
16.胡紹敏,「砂岩與頁岩之邊坡穩定問題」,邊坡穩定與坍方研討會,台北,第117-144頁,1979。
17.鄭名志,「栓合節理之直剪試驗」,碩士論文,國立台灣科技大學營建工程研究所,台北,1999。
18.黃建源,「岩栓對栓合節理之影響」,碩士論文,國立台灣科技大學營建工程研究所,台北,2001。
19.羅勝方,「數值模擬栓合節理岩體直剪試驗之研究」,碩士論文,國立台灣科技大學營建工程研究所,台北,2002。
20.鄭文隆、胡純仁、王希光,「北二高新店一號隧道鄰近邊坡開挖問題探討」,北二高困難隧道案例研討會論文集,台北,第43-82頁,1997。
21.趙子澤、林文章,台灣地滑重大案例之探討,高立圖書有限公司,台北,第69-172頁,1998。
22.李勝宗、楊蜀生、李有�琚B費業雲,「北二高碧潭隧道北洞口坍塌案例探討」,北二高困難隧道案例研討會論文集,台北,第83-124頁,1997。
23.鄭文隆、胡純仁、王希光,「北二高新店一號隧道鄰近邊坡開挖問題探討」,北二高困難隧道案例研討會論文集,台北,第43-82頁,1997。
24.林真在,「陡峭地層之隧道災變案例檢討」,岩盤工程研討會論文集,台 北,第151-159頁,1996。
25.鄺寶山、王文禮,「FLAC程式於隧道工程之實例分析」,地工技術雜誌,第41期,台北,第50-61頁,1993。
26.江秀旭,「互層軟岩隧道破壞模式探討」,碩士論文,私立朝陽科技大學營建工程研究所,台中,2003。
27.Deist, F. H., “A nonlinear continuum approach to the problem of fracture zones and rock bursts,” J. S. Afr. Institute of Mining and Metallurgy., 65, pp. 502-522, 1965.
28.Brown, E.T.,“Rock Characterization, Testing and Monitoring,” ISRM Suggested Methods, Pergamon, Oxford, 1981.
29.Panet, M., “ Time-Dependent Deformations in Underground Works,” Proc. 4th Congr.ISRM, Vol.3, pp. 279-289, 1979.
30.Gaudin, B., J.P. Folacci , M. Panet, and L. Salva,“Soutenement dune galerie dans les marnes du Cenomanien, ” Proc. Xth ICSMFE , Stockholm, Vol. 1, pp. 293-296, 1981.
31.Guenot, A., Panet, M., and Sulem, J.A.,“A New Aspect in Tunnel Closure Interpretation,” Proc.26th U.S Symp. On Rock Mechanics, Rapid City, Vol. 1, pp. 455-460, 1985.
32.Hoek, E. and E.T. Brown,“Underground Excavations in Rock,”The Institution of Mining and Metallurgy , London, 1980.
33.Schwartz, C. W. and Einstein, H. H., “ Improvement of Ground – Support Performance by Full Consideration of Ground Displacements,” Transportation Reserch Record, No. 684, pp. 14-20, 1978.
34.Eric, L., and Clough, G.W., “ Preliminary Design for NATM Tunnel Support in soil, ” Journal of the Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 118, No. 4, pp. 558-575, 1992.
35.Deere, D.U., Peck, R.B. Monsees , J.E., and Schmidt , B., “ Design of Tunnel Linings and Support Systems,” Highway Research Record, No. 339, pp. 26-33 , 1970.
36.Barlow, J.P., and Kaiser, P.K. “ Interpretation of Tunnel Convergence Measurement,” Proc. 6th Congr. ISRM Montreux.,Vol. 2, pp. 787-792, 1987.
37.Wittle,W.,“Rock Mechanics Theory and Applications with Cases Histories, ” Springer-Verlag, 1990.
38. Patton,F.D., “Multiple Model of Shear Failure in Rock,” Proceeding of the 1st Congress of ISRM , Libson, pp. 509-513, 1966.
39.Bieniawski , Z.T.,“Determining Rock Mass Deformability:Experience form Case Histories,”International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics , Abstracts,Vol.15,pp. 237-248,1978.
40. ISRM,“Suggested Method for Determining Shear Strength,”E.T. Brown, Rock Characterization, Testing and Monitoring, pp. 129-140, 1981.
41. Aydan, O., T. Akagi, and T. Kawamoto, “The Squeezing Potential of Rock Around Tunnels Theory and Prediction,” Rock Mech. & Rock Engng., 26(2), pp. 137-163, 1993.
42. Hoek, E. and E. T. Brown, “Practical Estimates of Rock Mass Strength,” International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics , Abstracts., 34(8), pp.1165-1186, 1977.
43.UDEC (Universal Distinct Element Code),Version 2.0 Manual. Itasca Consulting Group Inc., Minneapolis, MN.USA, 1993.
44.Cundall, P. A. “A computer model for simulating progressive large scale movements in blocky rock system,” Proc. Int. Symp, 1971.
45.Wong, Lup-Wong, Tung-Lih Yen, Jiann-Yuan Wang and Wen-Cheng Chang, “Residual Strength of The Mudstones of The Cholan Formation,” Journal of The Geological Society of China, Vol. 40, No.1, pp. 77-86, 1997.
46.Brady, B.H.G. and Brown , E. T.,“Rock Mechanics for Underground Mining,” Chapman & Hall , London, 1993.
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top
系統版面圖檔 系統版面圖檔