臺灣博碩士論文加值系統

台灣地區下方的岩石地層由於受到地震所引發的大地應力作用，岩盤之節理弱面發達。而在所有地下岩石開挖工程所產生的結構物破壞機制中，主要來自於節理弱面所構成塊體的影響。而整體性塊體的結構會因關鍵塊體的失去平衡而引起連鎖的移動效應，依序地產生移動而影響其穩定性，因此關鍵塊體是地下岩盤穩定性分析的主要分析對象。
本研究延續明潭地下電廠成功地應用關鍵塊體理論之成果外，更延伸之前文獻針對明潭地下電廠廠房以修改後之廠房長軸位態和不同交叉段之交叉角度。針對分析出來之可移動塊體之數量、滑動力、安全係數、滑動模式及塊體體積來分析。在明潭地下廠房中若欲開挖構築交叉段，應用關鍵塊體理論探討明潭地下廠房於節理岩盤內所構成之岩石塊體之穩定性分析下，建議採取與廠房長軸之交角度為15度~75度做為初步的規劃設計。

The stratum under the Taiwanese area has been impacted by tectonic force induced by earthquake. The discontinuities exist more and more in rock mass in the stratum. In the underground excavation, the fracturing pattern in the underground structure is mainly influenced by the rock masses formed by discontinuities. The stability of the whole rock masses could be lost if the key block in the rock masses is unstable. The instability of the key block will cause the initial movement of the rock masses and sequentially displace the whole rock masses. Therefore, the stability analysis of the key block is the major task of the underground excavation.
The previous successful research of applying the Key Block Theory to the block stability analysis of Mintan underground electrical power plant is continued in this research in order to investigate the influence of the variable intersection angles between tunnels to the stability of underground excavated chambers in rock masses. The research results demonstrate that the choice of direction for the intersection dimension of an underground chamber would greatly influence the type, numbers, safety factor, mode of sliding, strength of sliding and volume of potential key blocks. In the Mintan electrical power station, the analytical result of the stability analysis of rock masses formed by the underground excavated chamber and jointed rock masses using Key Block Theory in this research obtains the optimum range of the angles between the direction of long side of the chamber and the rock discontinuity. The range could be between 15 to 75 degrees for the optimum layout of the underground chamber.

目 錄

中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
誌謝 Ⅲ
目錄 Ⅳ
圖目錄 Ⅷ
表目錄 Ⅹ

第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 1
1.3 研究目的 2
1.4 研究內容簡介 2

第二章 文獻回顧 4
2.1 關鍵塊體理論之基本原理 4
2.1.1 關鍵塊體理論的基本假設 4
2.1.2 塊體之基本型式 5
2.1.3 各類塊體的定義 7
2.1.4 岩塊錐的類型 8
2.2 塊體或棱錐的標注方法 9
2.3 塊體的有限性 12
2.3.1 凸型可移動岩塊之認明 12
2.3.2 非弧狀凹型可移動岩塊之認明 13
2.4 塊體的可移動性 14
2.4.1 塊體可動性的判別方法 16
2.5 可移動塊體的運動學分析與穩定性 20
2.5.1 力的平衡方程 21
2.5.2 運動學分析 22
2.6 關鍵塊體理論於地下廠房 26
2.6.1 採立體投影法判斷地下廠房各部位的可移動塊體 27
2.6.2 塊體在兩個平面同時是可移動的﹕凹形棱 29
2.6.3 塊體同時在三個平面可移動：凹形角落 32
2.7 運用立體投影法判斷地下廠房交叉段的可移動塊體 34
2.7.1 地下廠房交叉段凸形邊牆內棱的可移動塊體 34
2.7.2 地下廠房交叉段邊牆和頂版面所組成的牆角內的可移動塊體 35
2.7.3 地下廠房交叉段邊牆和底版面所組成的牆角內的可移動塊體 36
2.7.4 介於地下廠房間的岩牆 37
2.7.5 岩柱 38
2.8 關鍵塊體體積分析 39
2.9 地下廠房長軸位態與弱面位態之特定關係 40
2.10關鍵塊體理論相關研究探討 42
2.10.1應用關鍵塊體理論探討地下廠房不同開挖軸線對節理岩盤穩定性之影響 43
2.10.2應用關鍵塊體理論探討地下廠房於不同交叉段之走向對節理岩盤穩定性之影響 44
2.10.3應用關鍵塊體理論探討弱面位態對岩坡穩定性之影響 46
2.10.4應用關鍵塊體理論於岩石隧道開挖工程之研究 48

第三章 Key Block程式說明 50
3.1 Key Block之應用程式簡介 50
3.2 Key Block應用分析程式說明 53
3.2.1 SRM分析程式簡介 54
3.2.1.1 SRM程式的功能 54
3.2.1.2 SRM程式所需輸入資料 54
3.2.1.3 SRM應用程式之輸入範例 55
3.2.1.4 SRM程式分析結果 56
3.2.2 SBL分析程式簡介 59
3.2.2.1 SBL程式的功能 59
3.2.2.2 SBL程式所需輸入資料 59
3.2.2.3 SBL應用程式之輸入範例 60
3.2.2.4 SBL程式分析計算結果驗證 62

第四章 明潭地下電廠案例分析研究 63
4.1明潭地下電廠現地地質狀況描述及初步分析結果 63
4.2本研究之分析結果 69
4.2.1程式研究輸入條件分析 70
4.2.2程式研究輸出條件分析 72
4.2.3地下廠房交叉段之可移動塊體分析統計(SRM程式) 73
4.2.4下廠房交叉段之塊體體積分析統計(SBL程式) 79

第五章 結論與建議 90
5.1 結論 90
5.2 建議 92

參考文獻 94

附錄A明潭地下廠房長軸11種交叉角度針對交叉側棱E12之上半球立
體投影圖分析結果
附錄B明潭地下廠房長軸11種交叉角度針對交叉側棱E14之上半球立 體投影圖分析結果
附錄C明潭地下廠房長軸11種交叉角度針對交叉側棱E12之關鍵塊體體積圖分析結果
附錄D明潭地下廠房長軸11種交叉角度針對交叉側棱E14之關鍵塊體體積圖分析結果


圖 目 錄

圖 2-1 弱面位態之示意圖 5
圖 2-2 弱面法線向量之分量示意圖 6
圖 2-3 塊體的型式 7
圖 2-4 有限性理論於一無限塊體的應用 13
圖 2-5 有限性理論於一有限塊體的應用 13
圖 2-6 移動性理論於二維之應用 16
圖 2-7 已知於表2-3之節理之下焦點立體投影圖 18
圖 2-8 一隧道之上的侷限塊體 19
圖 2-9 二維侷限塊體 20
圖 2-10 作用於可動塊體上的力 21
圖 2-11 塊體脫離岩體運動 23
圖 2-12 塊體脫離岩體運動的二維示意圖 23
圖 2-13 塊體沿單面滑動 24
圖 2-14 塊體沿單面滑動的二維示意圖 25
圖 2-15 塊體沿雙面滑動 26
圖 2-16 和 對：(a) 一水平頂版面；(b) 一水平底版面 28
圖 2-17 矩形斷面地下廠房牆面的 和 29
圖 2-18 矩形地下廠房邊牆棱的 和 30
圖 2-19 矩形地下廠房之壁/頂版面 棱的SP和EP 31
圖 2-20 矩形地下廠房之壁/底版面 棱的SP和EP 32
圖 2-21 矩形地下廠房之邊牆/頂版面 角落 的SP和EP 33
圖 2-22 矩形地下廠房之邊牆/底版面 角落 的SP和EP 34
圖 2-23 地下廠房交叉段中凸形邊牆內棱的SP和EP 35
圖 2-24 地下廠房交叉段邊牆和頂版面所組成牆角的SP與SP 36
圖 2-25 地下廠房交叉段邊牆和底版面所組成牆角的SP與SP 37
圖 2-26 岩牆內的可移動塊體 38
圖 2-27 岩柱內的可移動塊體 39
圖 2-28 壁面、棱、角之示意圖 41
圖 2-29 相對體積與相對棱長的關係 42
圖 2-30地下廠房之交叉段及各部位編號示意圖 45
圖 2-31 岩坡穩定分析流程圖 47
圖 3-1 SRM程式執行結果前半段（aaa） 57
圖 3-2 SRM程式執行結果後半段（bbb） 58
圖 3-3 SBL程式執行結果輸出 62
圖 4-1 廠房之佈置及平面地質圖 63
圖 4-2 明潭地下電廠地質弱面等密度圖 66
圖 4-2 地下廠房長交叉段示意圖 69
圖 4-3 地下廠房以長軸w1走向N40°W交叉段夾角15°時之側棱E12之第一張立體投影圖(aaa圖) 77
圖 4-4 地下廠房以長軸w1走向N40°W交叉段夾角15°時之側棱E12之第二張立體投影圖(bbb圖) 78


表 目 錄

表2-1 塊體或棱錐的標注方法 11
表2-2 四組節理面的位態 18
表3-1 SRM輸入範例說明 55
表3-2 SBL輸入範例說明 61
表4-1 現地地質調查結果 64
表4-2 當地地質剪力試驗與實驗室岩心試驗結果比較 64
表4-3 綜合試驗結果之剪力強度 65
表4-4 明潭地下電廠地質弱面位態 66
表4-5 廠房頂拱可能形成的岩楔 67
表4-6 原設計長壁面W1走向N13°W各開挖面位態與節理面
位態 68
表4-7 調整設計後長壁面W1走向N40°W各開挖面位態與節
理面位 68
表4-8 共11種交角與長壁面 W1走向N40°W各開挖面位態及節理面位態 71
表4-9 不連續面(節理弱面)之間距交叉比對組 72
表4-10 出露於E12各空間棱錐S.P之可移動塊體由SRM程式得之數據表 83
表4-11 出露於E14各空間棱錐S.P之可移動塊體由SRM程式得之數據表 84
表4-12 出露於各空間棱錐S.P之塊體型式判斷統計(關鍵塊體) 85
表4-13 交叉段之關鍵塊體與潛在關鍵塊體之統計比較 86
表4-14 出露於E12各空間棱錐S.P之可移動塊體由SBL程式得之各case體積數據表(一) 87
表4-15 出露於E12各空間棱錐S.P之可移動塊體由SBL程式得之各case體積數據表(二) 88
表4-16 出露於E14各空間棱錐S.P之可移動塊體由SBL程式得之各case體積數據表 89

參考文獻
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