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研究生:劉宗瑋
研究生(外文):Liu, Tsung-Wei
論文名稱:不同節理條件下岩石反覆載重之剪力強度
論文名稱(外文):Shear Strength of Rock with Different Joints under Cyclic Loading
指導教授:陳俶季陳俶季引用關係
指導教授(外文):Chern, Shuh-Gi
口試委員:許世孟顧承宇
口試委員(外文):Xu, Shi-MengKu, Cheng-Yu
口試日期:2016-06-29
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣海洋大學
系所名稱:河海工程學系
學門:工程學門
學類:河海工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2016
畢業學年度:104
語文別:中文
論文頁數:81
中文關鍵詞:岩石直剪試驗反覆剪動節理面
外文關鍵詞:rock shear testcyclic shearjoint
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岩石節理面的剪力強度衰減主要因素為磨擦角、粗糙度(JRC)以及岩石單壓強度,本研究以製作節理模型進行反覆直剪試驗之實驗數據進行比較,由結果數據瞭解到在不同條件下剪力強度的衰減與鋸齒磨損之關係。

本研究根據Plasha(1987)提出自然節理面可用三角形鋸齒節理面簡化,而設計節理面,再參考Kodikara et al.(1994)所設計之節理面修正設計出規則及不規則的鋸齒狀之三角形的節理面各三種,共六種節理面;試體材料為石膏及水泥砂料,水灰比分別為0.35、0.5 與0.14、0.2,而水泥試體只製作不規則節理面,共計十八種試體。

試驗得到的結果為:(1) 鋸齒在剪動中有磨損甚至破壞則其剪力強度發生陡降;(2) 膨脹角可表示鋸齒的受損情況,試驗剪力強度跟膨脹角有相同的變化趨向;(3) 鋸齒上坡角增加會造成更多的受損,複數次剪動的殘餘強度因而下降,下降的幅度可由膨脹角變化量來了解;(4) 較高的正向應力下,鋸齒受損的情況加劇,則複數次剪動後的殘餘強度下降,下降的幅度可由膨脹角變化量來了解;(5) 在低正向應力下,剪力強度變化的高低比起正向應力由鋸齒形狀(受損程度小)的影響更大;而在較大正向應力下,剪力強度變化的情形由試體強度(鋸齒受損程度)來主導。

The major factors influencing the shear strength degradation of rock joints are friction angle, roughness and compression strength. By performing cyclic shear tests, shear strength degradation affected by sawtooth under different conditions are studied.

According to Plasha (1987), natural joint can be simplified by the triangular sawtooth. Reqular and irregular triangular sawtooth were further modified by Kodikara et al.(1994). Material used in the model is plaster with water-cement ratio of 0.35, 0.5 and cement with water-cement ratio of 0.14, 0.2.

Based on test results, the following conclusions are given: (1) The sawtooth wearing or destructing makes shear strength to drop fast. (2) The dilatancy angle is related to the damage degree of sawtooth, and the shear strength has the same trend as dilatancy angle. (3) Sawtooth damage increases as sawtooth angle increases, resulting in the decrease of residual strength after cyclic shear; (4) More sawtooth damage occurs under high normal stress; (5) Under lower normal stress, cyclic shear strength is dominated by sawtooth shape; while under high normal strength, cyclic shear strength is dominated by joint compressive strength.

摘要 I
Abstract II
目錄 III
表目錄 V
圖目錄 VI

第一章 緒論 1
1-1 研究背景與動機 1
1-2 研究方法及內容探討 1

第二章 文獻回顧 3
2-1 岩體破壞理論 3
2-1.1 Mohr-Coulomb破壞理論 3
2-1.2 Hoek-Brown經驗破壞準則 4
2-1.3 Griffith破壞理論 4
2-2 節理面受剪力之力學行為及鋸齒損傷形式 5
2-2.1 Patton雙折線模式 5
2-2.2 Goodman剪力變形行為模式 6
2-2.3 Ladanyi模式 6
2-2.4 Schneider剪力模式 7
2-2.5 Barton剪力經驗公式 7
2-2.6 張文誠節理面剪力強度模式 8
2-2.7 Plesha模式 9
2-2.8 Amadei et al.模式 9
2-2.9 Jafari et al.模式 10
2-2.10 Kodikara et al.之研究結果 10

第三章 物理試驗之內容與步驟 22
3-1 試體基本力學試驗及結果 22
3-1.1 基本力學試驗 22
3-1.2 基本力學試驗結果 23
3-2 鋸齒節理面設計與直剪試體製作 24
3-3 節理面直剪試驗內容與步驟 25
3-3.1 節理面直剪試驗之試驗內容 25
3-3.2 節理面直剪試驗之試驗步驟 26

第四章 試驗結果之分析 32
4-1 各項數據說明 32
4-1.1 膨脹角的測量 32
4-1.2 鋸齒磨損計算 32
4-1.3 JRC值計算 32
4-2 剪力強度之衰減 33
4-2.1 由試體強度看正向應力對剪力強度衰減 33
4-2.2 由鋸齒節理面看正向應力對剪力強度衰減 33
4-3 膨脹角之衰減 34
4-3.1 不同試體強度看正向應力對膨脹角衰減 34
4-3.2 規則及不規則鋸齒節理面看正向應力對膨脹角衰減 34
4-4 總括 35

第五章 結論 79
5-1 結論 79

參考文獻 80


1. Amadei B., and Wibowo J., (1998), Applicability of Existing Modelto Predict the Behavior of Rock Joints Under Different Boundary Conditions, Taiwan Rock Engineering Symposum, Sep. 24-25, pp. 1-70.

2. Barton, N. R., and Chubey V., (1977), The Shear Strength of Rock Joints in Theory and Practice, Rock Mechanics and Rock Engineering, Vol. 10, pp. 1-54.

3. Goodman R.E., (1969), The Deformability of Joints, in Determination of the In-situ Modulus of Deformation of Rock, pp. 174-196.

4. Griffith,A.A., (1921), The Phenomena of Rupture and Flow in Solids, Phil Trans. Roy. Soc. London, Ser. A,pp. 163-198.

5. Hoek,R.E. and E.T Brown., (1980), Emperical Strength Griterion for Rock Masses, J. of Geotech. Engng Division ,ASCE,Vol.106, GT9.No. pp. 1012-1035.

6. Jafari M.K et al., (2003),Evaluation of Shear Strength of Rock Joints subjected to Cyclic Loading, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, Vol. 23, pp. 619-630.

7. Kodikara, J. K.,and Johnston I. W., (1994), Shear Behaviour of Irregular Triangular Rock-Concrete Joints, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, Vol. 31 ,No4. pp. 313-322.

8. Ladanyi et al., (1970), Simulation of Shear Behavior of a Jointed Rock Mass, Proc. 11th. Symposum on Rock Mechanics, AIME, pp. 105-125.

9. Patton, F. D., (1966), Multiple Modes of Shear Failure in Rock, Proc. 1st. Congress ISRM, Lisbon, Vol. 1, pp. 509-513.

10. Plesha, M. E., (1987), Constitutive Models of Rock Discontinuities With Dilatancy and Surface Degradation, International Journal of Numerical Analysis Methods Geomechanics, Vol. 1l, pp. 345-362.


11. Schneider, H. J., (1976), The Friction and Deformation Behavior of Rock Joints, Rock Mechanicss, Vol. 8, pp. 169-184.

12. 孟建安,(2008),模擬中強岩含不規則節理面之反覆直剪試驗,碩士論文,國立臺灣海洋大學河海工程研究所,基隆。

13. 林欽崇,(2006),在反覆直剪試驗下不規則節理面之剪力衰減行為,碩士論文,國立臺灣海洋大學河海工程研究所,基隆。

14. 張文城,(1988),岩石節理面之粗糙度與剪力強度研究,博士論文,國立臺灣大學土木工程研究所,台北。

15. 陳文躍,(2005),反覆剪動下規則節理面之剪力強度,碩士論文,國立臺灣海洋大學河海工程研究所,基隆。

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