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研究生:黃智煒
研究生(外文):Chih-Wei Huang
論文名稱:剪動速率對岩石節理面力學行為影響之研究
論文名稱(外文):Effects of Shear Rate on Mechanical Properties of Rock Joints
指導教授:李宏輝李宏輝引用關係
指導教授(外文):Hung-Hui Li
口試委員:趙振宇王泰典楊樹華
口試日期:2013-05-17
學位類別:碩士
校院名稱:國防大學理工學院
系所名稱:軍事工程碩士班
學門:軍警國防安全學門
學類:軍事學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:131
中文關鍵詞:規則節理面剪動速率直剪試驗
外文關鍵詞:Regular rock jointShear rateDirect shear test
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傳統的岩石節理直剪試驗係在慢速剪動速率下探討節理面力學行為,但在地震作用時,節理面的受剪速率可能會超過101 mm/sec,一般直剪試驗是無法觀察到節理面在此種剪動速率條件下的剪力行為,故本研究嘗試利用高速率材料試驗機進行剪動速率101 mm/sec範圍內的岩石節理面受剪實驗研究。實驗採用MTS 819高速率材料試驗機,剪力試驗裝置則自行研製一套雙剪力面直剪試驗設備,對模擬材料之規則節理面進行10-2、10-1、100 與101 mm/sec等四種剪動速率之剪力實驗研究。實驗結果顯示平滑節理面基本摩擦角隨剪動速率達10-1 mm/sec時有顯著增加的趨勢,但在剪動速率達到100 mm/sec時則呈現緩慢下降;在15°與30°規則節理部分,15°規則節理的尖峰摩擦角並無顯著的剪動速率效應,30°規則節理的尖峰摩擦角則隨剪動速率增加而有緩慢增強的趨勢。
A direct shear test is the most typical experimental method to investigate the shear behaviors of rock joint. However, the shear rate of direct shear test suggested by ISRM is relative slow compared with the shear rate induced by earthquake events. In this study, a schemed direct shear experimental investigation with planar and regular saw-tooth joints is conducted. In order to improve the limitation of static shearing rate of traditional direct shear test, a high rate testing machine, MTS 819 high rate test system, is used as the frame of direct shear test, and the actuator of this hydraulic system could provide maximum shear rate to 40 mm/sec. Additionally, a bi-lateral direct shear testing setup is developed by NDU. A series of double shear test are carried out by detail planning, and the adopted shear rate is 10-2, 10-1, 100 and 101 mm/sec based on the scale exchanging with respect to earthquake magnitude. According to the experimental results, the peak friction angles of planar and 30° regular rock joint are increased slightly with the increasing of the shear rate, but the peak friction angle of 15° regular rock joint keep no change compared with the traditional direct shear test.
誌謝
摘要
ABSTRACT
目錄
表目錄
圖目錄
1. 緒論
1.1 研究背景
1.2 研究目的與方法
1.3 研究架構與內容
2. 文獻回顧
2.1 岩石節理面的力學性質
2.1.1 節理面的剪力強度
2.1.2 節理面之變形性
2.1.3 節理面之剪力行為
2.2 剪動速率對節理面力學行為之影響
2.2.1. Olsson
2.2.2. Jafari
2.2.3 賴明順
2.2.4. Keefer
2.3 綜合分析
3. 實驗規劃與設備測試
3.1 實驗項目與組數規劃
3.1.1 規則節理試體尺寸與鋸齒傾角
3.1.2 邊界條件
3.1.3 剪動速率
3.2 實驗設備
3.2.1 剛性壓力試驗機
3.2.2 雙軸向油壓伺服控制岩石直剪儀
3.2.3 雙剪力面直剪試驗設備
3.2.4 量測設備與資料擷取系統
3.3 模擬材料選取、製作與養護
3.4 岩石模擬材料基本力學性質與相似性分析
3.4.1 岩石模擬材料基本力學性質
3.4.2 岩石模擬材料之相似性分析
3.4.3 基本摩擦角試驗
3.5 規則節理面剪力試驗測試
3.5.1 測試結果與驗證
3.5.2 試體承座摩擦力排除
3.6 單剪力面與雙剪力面直剪試驗比較
3.7 小結
4. 實驗結果及討論
4.1 平滑節理面之剪力行為
4.1.1 剪力曲線探討
4.1.2 基本磨擦角探討
4.2. 15°規則節理面之剪力行為
4.2.1 剪力曲線探討
4.2.2 膨脹曲線探討
4.2.3 強度曲線探討
4.3. 30°規則節理面之剪力行為
4.3.1 剪力曲線探討
4.3.2 膨脹曲線探討
4.3.3 強度曲線探討
4.4 破壞模式
4.4.1 平滑節理面
4.4.2. 15°規則節理面
4.4.3. 30°規則節理面
4.5 節理面幾何特性對節理面強度之影響
4.6 平滑節理在40mm/sec剪動速率下之探討
4.6.1 剪力曲線探討
4.6.2 基本磨擦角探討
4.7 綜合討論
5. 結論與建議
5.1 結論
5.2 建議
參考文獻
附錄A
附錄B
附錄C
自傳
[1]Patton, F. D., “Multiple Model of Shear Failure in Rock.” Proc. 1st Cong. of ISRM, Libson, ” pp.509-513, 1966.
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[21]楊長義,模擬規則節理岩體強度與變形性之研究,國立台灣大學土木工程學系研究所博士論文,台北、台灣,1992。
[22]李國誠,斜坡岩塊受震滑動行為之研究,國立台灣大學土木工程學系研究所博士論文,台北、台灣,2011。
[23]林文屹,高速度雙剪力面大型直接剪力試驗儀之研發,逢甲大學土木工程 學系研究所碩士論文,台中、台灣,2005。
[24]張恆誠,夾層顆粒對節理面剪力滯動行為之影響,淡江大學土木工程研究所碩士論文,台北,台灣,1996。
[25]黃志明,多鋸齒狀節理面剪力行為之理論研究,淡江大學土木工程學系研究所碩士論文,台北,台灣,1997。

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