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研究生:陳冠州
研究生(外文):Guan-jhou Chen
論文名稱:以PFC2D探討基礎加載之破壞演化
論文名稱(外文):Study of the Failure Evolution of Rock subjected to Foundation Loading Using PFC2D
指導教授:陳志南陳志南引用關係
指導教授(外文):Chee-Nan Chen
口試委員:陳志南
口試日期:2012-07-03
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:營建工程系
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:135
中文關鍵詞:PFC2D離散元素法裂縫演化
外文關鍵詞:Particle Flow Code in 2 DimensionsDistinct Element MethodFailure Evolution
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本研究利用離散元素法之二維數值軟體PFC2D模擬岩盤承載之裂縫演化,首先探討顆粒微觀參數與整體材料巨觀參數間關連性之敏感度分析。再以三軸壓縮(含單軸壓縮)及巴西劈裂試驗之模擬,來檢核巨觀參數值,在可接受誤差範圍內即視對應之微觀參數為材料之參數,用以探討不同載重情況下之裂縫演化。
透過敏感度分析,發現顆粒元素數量大於4000顆時之巨觀材料參數值會趨於穩定。至於微觀參數與巨觀參數之關聯性,微觀參數之鍵結半徑放大係數對巨觀材料參數之影響最高,研究提出各微觀參數調整對各巨觀參數之高中低影響,作為微觀參數調整選擇之參考。
探討包含水平地表岩體承載(有、無鄰房)、傾斜地表岩盤承載等四種不同情況之基礎下方裂縫演化,及基礎下方周遭之最小主應力或圍壓狀況。當基礎有鄰近建築時,裂縫延伸較無鄰近建築少,且基礎下方之最小主應力隨著鄰房距離減小而增加。
The Numerical Software PFC2D is used to simulate crack evolution within the rock under various magnitude of foundation load in this study. The first part is to conduct the sensitivity analysis of eight microscopic parameters on six macroscopic material parameters. Triaxial compression test (including uniaxial compression) and the Brazilian test simulation were performed to verify the acceptable range of error of the macro parameter values.
Through sensitivity analysis, it is found that the macroscopic material parameter values will be stable if the number of particle elements is more than 4000. It also has been observed that the bonding radius magnification factor has the biggest influence on macroscopic material parameters. A sensitivity classification (high, medium, low) is made of eight microscopic parameters on six macroscopic parameter for the purpose of proceeding study.
The second part of this study includes the analysis and comparison of rock crack initiation and propagation beneath the foundation under various conditions, such as horizontal surface rock bearing (with/without addition of building structure) and the inclined rock surface. The minimum principal stress or confining pressure situation is also analyzed during the process. Some other findings from the study are, the influence of building structure in the model will make cracks to be less apparent than when there is no building structure nearby. Meanwhile, higher confining pressure will also be observed when the distance of the building structure is closer.
論文摘要
ABSTRACT
誌謝
目錄
圖目錄
表目錄
符號說明
第一章 緒 論
1.1研究動機及目的
1.2 研究方法與流程
1.3 論文內容
第二章 文獻回顧
2.1微觀與巨觀敏感度分析
2.1.1 微觀參數與巨觀參數影響
2.1.2 顆粒數之影響
2.1.3摩擦係數對巨觀之影響
2.2 完整岩石Mohr-Coulomb破壞準則
2.3等向性材料承載之應力傳遞
2.3.1集中荷重加載於下方均質材料之應力傳遞理論
2.3.2條型荷重承載於下方均質材料之應力傳遞理論
2.4 接觸應力與基礎沉陷理論
第三章 數值分析工具及模型建立
3.1 PFC程式概述
3.2 PFC2D 基本假設
3.3 運算原理
3.3.1 力-位移關係
3.3.2 運動方程式
3.4 PFC2D 之接觸組成模式介紹
3.4.1 接觸勁度模式(contact-stiffness model)
3.4.2 滑動模式(slip model)
3.4.3 連結模式(bonding models)
3.5 本研究顆粒變化模型及範圍與邊界之設置
3.5.1側邊界與底部邊界支撐設置
3.5.2 粒徑變化範圍設置
3.5.3 鄰房及邊坡位置設置
第四章 PFC2D輸入之微觀參數分析與評估過程
4.1 PFC2D微觀參數及欲模擬之岩體參數選取
4.1.1 初始微觀參數(m0)與目標巨觀參數(Mg)選取
4.1.2 利用首次選定之初始微觀參數(m0)由PFC2D分析出對應之巨觀參數(M0)
4.2 僅單一微觀參數(mi)調整對巨觀參數(Mi)之敏感度影響
4.2.1 單一調整各微觀參數(m0)對巨觀參數(Mi)之敏感影響探討
4.2.2 調整微觀參數(mi)對巨觀參數(Mi)之敏感度定性影響
4.3調整微觀參數(mi)對巨觀參數(Mi)敏感度之高中低影響結論
4.3.1巨觀參數得到之最大與最小調整值出入百分比I(%)
4.3.2 單一微觀參數(mi)調整對巨觀參數(Mi)之影響高、中、低定義與結論
4.4顆粒數變化對巨觀參數(Mi)之影響
4.4.1 選用之微觀參數值
4.4.2 顆粒數對巨觀影響探討
4.5 目標巨觀參數(Mg)與調整後巨觀參數(Mi)檢核
第五章 利用微觀參數探討基礎承載之下方岩盤裂縫發展
5.1 以PFC2D計算水平地表垂直覆土應力與檢核
5.2基礎承載之裂縫發展歷程探討
5.3鄰房離基礎不同距離對基礎下方岩盤之裂縫發展與圍壓變化探討
5.3.1 無鄰房狀況下之圍壓變化探討
5.3.2鄰房較遠離基礎(L=B/2)狀況下之圍壓探討
5.3.3鄰房較接近基礎(L=B/8)狀況下之圍壓探討
5.3.4 有鄰房與無鄰房之下方岩盤圍壓變化對比
第六章 結論與建議
6.2結論
6.2建議
參考文獻
附錄A-出入百分比I(%)計算值
附錄B-顆粒數參數折減前後之敏感度
附錄C-有、無鄰房於不同載重下裂縫演化過程
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