臺灣博碩士論文加值系統

隨著開挖前進面之推進，隧道開挖面周圍之岩體受到擾動而失去平衡，其岩體中之應力亦隨之重新調整而達到另一平衡狀態；在這期間，若能瞭解岩體位移和應力間之三維力學行為關係及應力之增減造成岩體位移的變化，應可以確切地評估隧道開挖支撐之選擇與施工安全。
因此本研究為應用收斂圍束法理論，以隧道工程廣泛使用位移計測之收歛資料為依據，探討因隧道前進開挖引致岩體變形與應力之分布變化，以二維平面應變及隧道縱剖面變形曲線之分析方式，在考量三維隧道開挖前進效應條件下，模擬分析隧道開挖所引致岩體應力位移變化等問題。利用簡便之反試算程式，以二維分析模式，並配合收斂圍束法理論，並直接且明瞭的引入隧道收歛圍束損失，以模擬隧道開挖前進之過程，用以替代計算繁雜之三維模式分析。
經研究分析可獲得以下結論為：利用隧道「收歛圍束法」為理論分析基礎，提出隧道縱剖面變形曲線，並建立隧道開挖前進效應函數，藉以確立隧道開挖收歛資料與圍束損失函數關係。並經所提反算分析法，藉由現地計測資料之分析計算，以重新顯現並預估隧道開挖圍束損失分佈趨勢及隧道前期位移量。並說明隧道前進效應函收之參數適用範圍與物理意義，及預估隧道開挖引致前期與開挖距離之收歛值；最後經隧道開挖前進效應函數分析結果與有限元素計算結果相近。

目 錄
摘 要…………...………………………………………..…..…….Ⅰ
ABSTRACT……………………………………………..……..…….Ⅱ
目 錄………………………………………….………....…..…….Ⅲ
表 目 錄………………………………………….………....…..…….Ⅷ
圖 目 錄………………………………………….………....…..…….Ⅹ
符號說明………………………………………….…….…..……ⅩⅧ
第一章 緒論………………………………………………..………….1
1.1研究背景…..…………………………………………………….1
1.2 研究動機…………………………………………...…………..1
1.3 研究目的……………………………………………………….2
1.4 研究內容及流程…………………………………...…………..2

第二章 文獻回顧………………………………………………..……5
2.1前言……………………………………………………………...5
2.2材料組成律模式………………………………………………...5
2.3隧道開挖之解析解……………………………………………...6
2.4隧道支撐設計方法與支撐力學行為…………………………...8
2.5隧道工程計測資料之回饋分析……………………………….15
2.6收歛圍束法之基本理論……………………………………….16
2.6.1隧道縱剖面變形曲線……………………………………...17
2.6.2圍束損失…………………………………………………..19
2.7新外顯法（New Explicit Analysis Method）………………..20
2.7.1新顯法之基本假設………………………..………………20
2.7.2圍束損失之假設與分析………………...…………………21
2.7.3新外顯法之分析步驟……………………………………...22
2.8隧道前進與變形關係………………………………………….23
2.9前進開挖面及時間因素之影響……………………………….25

第三章 圍束損失及縱剖面變形曲線…………………………...36
3.1前言…………………………………………………………….36
3.2隧道開挖計測資料分析……………………………………….36
3.3縱剖面變形曲線……………………………………………….37
3.3.1基本假設…………………………………………………...37
3.3.2縱剖面變形曲線參數……………………...………………38
3.3.3縱剖面變形曲線參數研究之結果與探討…...……………39
3.3.4縱剖面變形曲線參數之選擇及討論……………………...41
3.4隧道圍束損失………………………………………………….42
3.4.1隧道計測資料與圍束損失的分析………………...………43
3.4.2圍束損失討論……………………………………...………45
3.4.2.1計測斷面資料介紹………………………………………45
3.4.2.2計測資料分析……………………………………………46
3.5小結…………………………………………………………….48

第四章 有限元素法模擬隧道開挖行為………………………...61
4.1 前言…………………………………………………………...61
4.2 有限元素法分析原理………………………………………...61
4.3有限元素法模擬隧道開挖……………………………………63
4.3.1 分析所採用之元素………………………………………..63
4.3.2 分析條件與邊界範圍…………………..…………………64
4.3.3 隧道開挖之模擬步驟……………………………………..65
4.4隧道開挖之二維數值模擬與分析…………………………….65
4.4.1基本假設…………………………………………………...66
4.4.2無支撐隧道之力學行為分析……………………………...66
4.4.2.1 線彈性模式之參數影響性分析………………………...66
4.4.2.2 彈性完全塑性模式之參數影響性分析………………...67
4.4.2.3 側向壓力係數之影響性分析…………………………...68
4.4.2.4圍束損失之影響性分析………………………….……...69
4.5隧道開挖之三維數值模擬與分析…………………………….71
4.5.1基本假設…………………………………………………...71
4.5.2隧道開挖三維模式之影響性分析…………………….…..71
4.5.3 隧道開挖方式之比較……………………………………..72
4.5.4 無支撐隧道之力學行為模擬與分析……………………..73
4.5.4.1 彈性模數之影響性分析…………………….…………..74
4.5.4.2 側向壓力係數之影響性分析……………….…………..75
4.5.6 隧道開挖縱剖面變形曲線之研究………………………..77
4.6 結果分析與討論……………………………………………...78
4.6.1二維分析……………………..…………………………….78
4.6.2三維分析………………….………………………………..79

第五章 新外顯法之分析與數值計算…..……………………...111
5.1 前言………………………………………………………….111
5.2 基本假設與材料組成律模式之參數使用………………….111
5.3分析處理程序及模擬分析步驟……………………………..113
5.4 新外顯法分析結果………………………………………….114
5.4.1 彈性行為……………………………………………….114
5.4.2 彈塑性行為…………………………………………….115
5.5 有限元素法與新外顯法之計算結果………………………115
5.5.1 彈性行為……………………………………………….115
5.5.2 彈塑性行為…………………………………………….116
5.6. 小結…………………………………………………………117

第六章 結論與建議……………………………………….………136
6.1 結論 ………………………………………………………...136
6.2 建議………………………………………………………….136


參考文獻………………………………………………….….………138

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