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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:王建智
研究生(外文):Chien-ChihWang
論文名稱:中寮山附近軟岩地盤變動模擬之研究
論文名稱(外文):Investigation of the Ground Movement of the Soft Rock at the Chung Liao Mountain Using FLAC3D
指導教授:李德河李德河引用關係
指導教授(外文):Der-Her Li
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:土木工程學系碩博士班
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:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:99
中文關鍵詞:數值模擬旗山斷層龍船斷層泥岩
外文關鍵詞:numerical simulationChishan faultLungchung faultmudstone
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台灣的人口分布多集中於台灣西部的沖積平原,在有限的平地條件下,未來台灣人口必逐漸往麓山帶移動,交通建設亦同樣往麓山帶發展。其中麓山帶為廣大軟岩的分布區域,西南部則以泥岩分布最廣。國道三號南部路段通過西南部麓山帶泥岩區,由於板塊的擠壓,造成在此區域有龍船斷層及旗山斷層兩斷層產生,並使得地層受到極端之大地應力的影響,導致此區域之岩層更為軟弱,因此在此路段內發現橋台結構物有持續位移、隧道內襯砌龜裂及檢修步道高程差異之現象。此種地盤變動情況及大地應力條件關係值得土木工程界深入了解與分析。
本研究針對中寮隧道周邊區域的地質條件、地質材料特性等進行調查與試驗,並結合3D數值模擬之方式進行綜合研析判斷。由現場調查及模擬結果可知,田寮3號高架橋受到龍船斷層帶的抬升,而導致橋面板傾斜,加上泥岩區域以塑性變形來調整此區域之應變,進而推擠到北橋台,以至於伸縮縫出現損壞的情況;中寮隧道北洞口則是受到旗山斷層帶的影響,其中旗山斷層帶內的破碎岩體使其成為相對軟弱的區域,在受到擠壓的情況下,可能使得斷層變形帶向上擠壓,導致結構物產生下盤相對於上盤變位的情況。且由結果亦可得知中寮隧道北洞口處於複雜的應力條件,使得隧道襯砌及頂拱產生不同形式的破壞。本研究認為在此區域的橋樑與隧道結構物損壞原因大抵與當地的大地應力與斷層帶有關。
Population distribution in Taiwan is more concentrated in the alluvial plains of western Taiwan. Under the limited ground, the population move to the foothills, and the traffic constructions are also developed on the foothills. The extensive soft rock are distributed at the foothills, and mudstone is the most widely distributed on the southwest Taiwan. Southern section of Formosa Expressway passes through the southwestern mudstone area. Because of plate extrusion, resulting Lungchung fault and Chishan fault occurred here, and made the strata gotten the extremes earth stress. It made the strata get more weak in the region ,so that we found the continued displacement at the abutment structures, cracks on the tunnel lining and the elevation difference of the maintenance trails in this section of Formosa Expressway. The relation between ground movement and earth stress is worth in-depth understanding and analysis for civil engineering.
This study will focus on investigating and test for the geological conditions and geological material properties around Chungliao tunnel, and combining the 3-dimentions numerical simulation to analyze all problems. By the results of investigation and simulation, the deck of Tianliao 3rd viaduct tilted because of the uplift of Lungchung fault, and the mudstone area are adjusted the strain in this region by plastic strain. Therefore, both of two reasons caused the deck pushed to the north abutment and it made the expansion joints be damaged. On the other hand, the north exit of Chungliao tunnel was affected by Chishan fault, the rocks of which were so broken that Chishan fault was relatively weak. By extruding, the fault zone might deform upward, which caused the footwall displaced upward relative to the hangingwall. And the results shown, the north exit of Chungliao tunnel is in the complex stress, making the tunnel lining and crown of tunnel occur different type of damage. Finally, this study believes that the damage of the viaduct and tunnel structures are causing by earth stress and the fault zone.
中文摘要 I
Abstract II
誌謝 IV
目次 V
圖次 VIII
表次 XII
照片目錄 XIII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機及目的 2
1.3 研究內容 4
第二章 區域地質概述 7
2.1 區域地質概況 7
2.1.1 旗山斷層及龍船斷層 12
2.1.2 古亭坑層泥岩 16
2.1.3 蓋子寮頁岩 20
2.1.4 烏山層 21
2.1.5 GPS資料 21
2.2 現場結構與損壞情況調查 26
2.2.1 田寮三號高架橋 26
2.2.2 中寮隧道北口 29
第三章 數值分析軟體介紹 31
3.1 FLAC3D 程式簡介 31
3.2 FLAC3D 的基本理論架構 31
3.3 FLAC3D 之運算程序 34
3.4 FLAC3D 內建的組合律模式 36
3.5 FLAC3D之基本架構 37
3.6 FLAC3D之符號規定 39
3.7 FLAC3D之單位系統 39
第四章 試驗與分析方法 42
4.1 烏山層砂岩室內試驗 42
4.1.1 基本物理性質試驗 42
4.1.2 超音波試驗 43
4.1.3 單軸壓縮試驗 45
4.1.4 三軸壓縮試驗 49
4.2 數值分析方法 51
4.2.1 數值分析的基本假設 51
4.2.2 邊界範圍選定 51
4.2.3 3D數值模型之建構 54
4.2.4 數值模型的地質模式與參數設定 56
4.2.5 大地應力之設置 59
第五章 試驗與分析結果 61
5.1 室內試驗 61
5.1.1. 基本物理性質試驗 61
5.1.2 單軸壓縮試驗 61
5.1.3 超音波試驗 64
5.1.4 三軸壓縮試驗 64
5.2 數值模擬 70
5.2.1 模型分層與參數之設定 70
5.2.2 數值模擬結果 72
5.2.3 綜合討論 87
第六章 結論與建議 92
6.1 結論 92
6.2 建議 93
參考文獻 94
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