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研究生:周文政
研究生(外文):Wen-Zhang Zhou
論文名稱:以隧道內空變位智能反算板岩異向性依時行為參數
論文名稱(外文):Smart Inverse Calculation of Anisotropic and Time dependent Parameters of Slate Based on Tunnel Deformation
指導教授:壽克堅壽克堅引用關係
口試委員:余騰鐸陳立憲廖志中
口試日期:2017-06-28
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:土木工程學系所
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:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:112
中文關鍵詞:板岩異向性依時性智能反算彈塑性數值分析
外文關鍵詞:slateanisotropictime dependentsmart inverse calculationelastic-plasticnumerical analysis
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台灣地質條件因板塊作用劇烈而破碎複雜,在進中央山脈地區進行隧道工程時常遇到板岩地形。其板岩具有異向性與依時性之行為,板岩中因劈理面傾角造成應力分部不均之狀況,而劈理間時常有夾泥之狀況;此外,而觀察其板岩解壓過程之變形趨勢並非單純的彈塑性關係,而是與時間相關之依時性行為。故探討板岩開挖之行為,需同時考慮異向性與依時性之特性,方能較準確模擬其行為。
本研究採用有限差分軟體FLAC執行隧道斷面開挖分析,並以陳勝翔(2016)所撰寫之FLAC外掛UDM材料模組為基礎執行反算。本研究先針對此外掛材料模組進行平行驗證,接著針對陳勝翔以FLAC所建立之隧道開挖模型,進行FISH指令宣告之檢討,修正其初始極限潛變時間階,讓其分析結果更趨近於現地監測結果。
本研究搭配影像操作工具按鍵精靈,發展一套自動化反算參數之邏輯,期望能以此自動化流程,以給定的參數範圍自動的找尋出符合現地監測結果之參數組合。本研究提出之智能運算模式,除可減低人為出錯之機率,並可提高運算之效率(減少本研究案例約20%運算及操作時間),並減低繁瑣反算時的工作時間以及參數反算時人為出錯之機率。
Due to the active tectonic activities, the geological formations in Taiwan areas are highly fractured and complex, and the slate formations are often encountered, in the tunnel engineering near the Central Ridge. The properties of slates include anisotropy and time-dependent behaviors. Due to the existence of cleavages, there is anisotropic stress distribution in the slate rock mass, it is also affected by the mud fillings in the cleavages. In addition, the stress-strain relation of slates is not simple elastic-plastic, but time-dependent.
In this study, the finite difference software FLAC was used to perform the tunnel section excavation analysis and the back calculation was carried out based on the FLAC external UDM material module written by Chen (2016). In this study, a preliminary verification by the intrinsic material modules were carried out. Then, the FISH commands were reviewed for the tunnel excavation model established by Chen (2016), especially the command of time step, such that the analysis results can be closer to the monitoring results.
This study, couple the monitor tool “Keyboard Spirit ” a set of automate parameter back calculation logic, in order to automate the back calculation process. For a ranges of parameters, it can automatically find the most suitable set of parameters, it can automatically find the most suitable set of parameters to obtain the numerical result closed to the monitoring result. The result also suggest that the “SMART” back calculation method not only can reduce the possible errors induced by manual operations, but also can increase that efficiency (reduce the calculation time by about 20% for the cases in this study).
目錄
摘要 ii
Abstract iii
目錄 iv
圖目錄 viii
表目錄 xii
符號表 xiv
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究背景與目的 1
1.3 研究內容 2
1.4 論文架構 3
研究流程圖 4
第二章 文獻回顧 5
2.1 具劈理岩體相關文獻 5
2.2 具依時行為之岩體相關文獻 6
2.3 弱面與依時行為之岩體相關文獻 8
2.4 自動化反算 10
第三章 研究方法 12
3.1 數值分析軟體及介紹 12
3.2 數值理論與模型 13
3.2.1 數值理論基礎 13
3.3 數值模型建立 15
3.3.1 節點設定以及網格劃分 16
3.3.2 元素選用 16
3.3.3 邊界條件 22
3.4 初步分析結果 22
3.4.1 UBI與複合式模型之驗證結果 23
3.4.2 Burger與複合式模型之驗證結果 23
第四章 研究案例 37
4.1 地形地質條件 37
4.2 基本材料參數選用 38
4.3 二維數值模型 38
4.3.1 模型邊界條件、初始應力條件 39
4.3.2 開挖階段以及支撐型式 39
4.3.3 現地與數值之計測 40
4.4 依時行為基本相關研究 41
4.4.1 Maxwell Model 行為 41
4.4.2 Kelvin Model行為 42
4.4.3 Burger Model行為 43
4.5 潛變分析之時間階探討 44
4.5.1 Burger Model 時間階 44
4.5.2 Burger Model相關行為驗證 45
第五章 自動化反算方法驗證 62
5.1 按鍵精靈 62
5.1.1 操作介紹 63
5.1.2 按鍵精靈指令 63
5.2 整體反算流程 64
5.2.1 FLAC操作 65
5.2.2 FLAC結果檔處理 65
5.2.3 資料清除 67
5.2.4 誤差判識 67
5.3 反算方法驗證 69
第六章 案例自動化反算分析結果 84
6.1 分析案例介紹 84
6.2 參數選用 85
6.2.1 UBI參數選用 85
6.2.2 Burger參數選用 86
6.3 反算流程 87
6.3.1 反算區間決定 87
6.3.2 自動化反算 88
6.4 分析結果 89
第七章 結論 106
7.1 結論 106
7.2 建議 108
參考文獻 109
參考文獻

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