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研究生:林義翔
研究生(外文):Ih-Siang Lin
論文名稱:利用最佳化技巧進行冰凍工法地溫之反算分析
論文名稱(外文):The Back Analysis on the Ground Temperature of Artificial Ground Freezing Using Optimization Method
指導教授:吳博凱
指導教授(外文):Po-Kai Wu
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
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:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:129
中文關鍵詞:地溫最佳化熱傳導冰凍工法有限元素法(FEM)
外文關鍵詞:artificial ground freezingfinite element methodoptimizationground temperaturethermal conductivity
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冰凍工法因具有高安全性及無公害等優點而逐漸成為都市捷運工程開挖時之重要輔助地盤改良工法。於實務工程上,由於現地土壤的相關熱參數不易評估,往往只能藉由連續量測之地溫資料並依所假設之經驗計算模式據以推測後續的地溫分布與凍結面之成長半徑。然而,上述方法往往因過於簡化而無法合理預測地溫與冰凍面。為合理推測地溫分布,本論文採用結合二維有限元素法(TEMP/W)所建立之正分析計算模組與非線性演算法之逆分析最佳化模式,探討人為選取因素,如測溫管位置、量測天數、起始猜測參數值等對單管凍結問題之地溫計算結果與凍結面成長半徑計算結果之影響,並進行最佳化模式獨立參數之敏感度分析。研究結果顯示,地溫計算誤差值將所選取之量測位置距凍結管距離之增加而減少,且上述計算誤差值亦隨凍土成長半徑計算誤差值之增加而增加;採用較多量測天數的地溫量測值所建立之目標函數,可減少地溫之計算誤差。研究結果亦顯示,未凍水含量相關之α與β參數及石英含量參數之最佳化值受其初始猜測值之影響較大。另外,敏感度分析結果顯示,在α與β參數保持固定不變之情況下,相較於石英含量參數與土壤顆粒熱容量參數,體積含水量參數對地溫計算值之敏感度最高。
Due to its reversibility, flexibility and environmental benignity, artificial ground freezing (AGF) has been widely utilized on civil engineering projects for the construction of shafts, large open excavations, and tunnels. Practically, due to the difficulty in estimating the related thermal parameters of soil, the prediction on the ground temperature is usually based on empirical rule or oversimplified calculation methods. In view of the above, a two dimensional finite-element method coupling with nonlinear optimization method was adopted in this study to study the effect of the locations of measured temperatures, the period for temperature measuring, and the initial guess values of parameters of the model on the calculated ground temperature. A sensitivity analysis of the independent parameters of the model on the calculated temperature was also performed. The results showed the error of calculated temperature decreased with an increase in the locations of measured temperatures. The results showed the errors of calculated temperature increased with an increase in the errors of predicted diameter of frozen zone. Using the measured temperatures during longer period to establish the objective function can reduce the error of the predicted ground temperature. The optimization results of the parameters related to the unfrozen water content and the content of quartz were found to be seriously affected by its corresponding initial guess values. The results also found that volumetric water content is the most sensitive parameter to the calculated ground temperature.
目 錄
中 文 摘 要 I
英 文 摘 要 Ⅱ
誌 謝 Ⅲ
目 錄 Ⅳ
表 目 錄 Ⅵ
圖 目 錄 Ⅹ
符 號 表 ⅩⅡ

第一章 緒論 1
1.1 冰凍工法介紹 1
1.2 研究動機與目的 1
1.3 研究內容 2
第二章 文獻回顧 4
2.1 冰凍工法之相關研究 4
2.2 冰凍工法施工之原理 4
2.3 土壤熱傳導係數之相關試驗方法及結論 7
2.4土壤熱物理性質參數 12
2.5比熱與體積熱容量 19
2.6 最佳化方法於大地工程之應用 22
第三章 溫度預估模式 25
3.1有限元素法 25
3.1.1 TEMP/W程式簡介 25
3.1.1.1 基本熱傳導推導過程 25
3.1.1.2 FEM元素弱函數 26
3.1.1.3 TEMP/W程式所需之輸入參數 29
3.2 最佳化理論 41
3.3 最佳化計算程式介紹 43
3.3.1 最佳化計算程式分析流程 43
3.3.2 執行最佳化程式所需之輸入檔 43
第四章 利用最佳化技巧進行地溫反算分析 51
4.1 地溫最佳化計算模型驗證 51
4.2正分析與逆分析所有結果分析內容 56
4.2.1 TEMP/W分析網格及測溫管位置說明與正分析說明 56
4.2.2 各逆分析群組之分析內容 59
4.2.3 各逆分析群組之結果綜合討論 65
4.3 不同人為選取因素對於最佳化參數及計算結果之影響討論 80
4.3.1 測溫管距冰凍管之直線距離 80
4.3.2 初始猜測參數值之影響 85
4.4 參數敏感度分析 91
4.4.1 敏感度分析案例說明 91
4.4.2 參數敏感度之計算方式說明 95
4.4.2.1 敏感度分析之選擇距離位置 95
4.4.2.2 案例說明 95
4.4.3 敏感度分析之結論說明 99
第五章 結論與建議 100
5.1 結論 100
5.2 建議 101
參考文獻 102
附錄一 1
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[7]高丞瑋,2006,土壤冰凍工法現地試驗及地溫推估模式,國立雲林科技大學,碩士論文。
[8]張家銘,2006,以熱探針量測大地材料熱傳導係數之適用性,國立中央大學,碩士論文
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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