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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:郭俊何
研究生(外文):Jun-Her Guo
論文名稱:順向坡開發之工程穩定性探討
論文名稱(外文):Studies of the Slope Stability for Dip-Slope Development
指導教授:陳志南陳志南引用關係
指導教授(外文):Chee-Nan Chen
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:2000
畢業學年度:88
語文別:中文
論文頁數:90
中文關鍵詞:順向坡岩石邊坡udec
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坡地開發所面臨的問題,較平地社區開發遭遇者為多且複雜,不僅須考慮材料本身的特性,更涉及整體邊坡之規設施工與水土保持等問題,其中地層構造特性與規設施工扮演著重要角色。必須事先有妥善之瞭解及因應對策,才可使坡地達到安全經濟開發之目標。
本研究以國內坡地普遍存在的砂頁岩順向坡地形為研究對象,以UDEC程式進行數值分析模擬,探討節理面傾角的變化對邊坡穩定性的影響,並將地表坡度、地下水、單位重、邊坡高度、節理面摩擦角、節理面間距等各項影響邊坡穩定之因素加入討論。研究分析發現,於無擋土設施且節理面出露情況下,邊坡內節理面傾角與節理面摩擦角之大小關係既已決定了邊坡是否穩定,其他地層條件因素影響不大;而於地層條件不變情況下,地下水位的變化影響邊坡穩定甚巨;研究中以地錨作為邊坡穩定設施進行分析,可大幅提升邊坡穩定性;以層面滑動量為邊坡監測項目,可了解邊坡的滑動趨勢,以作為預判的基準。
The development of slope communities is more complex than plain communities. The engineering influential factors for slope development includes the material properties, planning and designing consideration, groundwater treatment and erosion protection etc. The geological structure plays a key role for designing and construction. To achieve the aim of safety and economic for slope development, a better understanding how these engineering factors will influence is needed.
The research focuses on the slope stability of the dip-slope which is easy to find in western Taiwan. The bedding plane between sandstone and shale was simulated in the study. The code UDEC was used for numerical simulation to analyze the dip-slope stability under various combination of engineering factors. The influence factors of slope development included the slope and height of the cut, the dip angle and shear strength parameters of bedding plane, spacing of joints, groundwater elevation, unit weight of the geological material. This study results showed that the fiction angle and the joint dip were two major factors for controlling the stability for slope development. Groundwater level also made a significant influence on slope instability under the same stratum. The factor of safety could increase if the anchor was used. The monitoring of landslide can be tracing the slip along the bedding plane.
目 錄
摘要……………………………………………………………………….. Ⅰ
目錄…………………………………………….………………………….. Ⅳ
表目錄………………………………………………………………..………Ⅶ
圖目錄……………………………………………………………………..…Ⅷ
第一章 緒論………………………………………….…………………….1
1.1 前言………………………………………………………………………1
1.2 研究動機與目的………………………………………………………..2
1.3 研究內容…………………………………………………………………2
第二章 國內現況與文獻探討………………..……………………………4
2.1 台灣坡地特性…………………………………………………………..4
2.1.1地質特性……………………………………………………………….4
2.1.2 坡地環境因素…………………………………………..…………….5
2.1.3 國內坡地災害…………………………………………..…………….7
2.2 坡地災害分類……………………………………………..…………….8
2.3 岩石邊坡破壞模式……………………………...…………………….10
2.4 岩盤節理行為………………………………………………………….11
2.4.1 變形性……………………………….……………………………….12
2.4.2 強度準則……………………….…………………………………….13
2.4.3 節理水流…………………………………….……………………….15
2.5 分離元素法…………………………………………………………….16
2.5.1 接觸的表現方式…………………………………………………….16
2.5.2 固體材料的表現方式……………………………………………….17
2.5.3 接觸的分離與更新………………………………………………….17
2.5.4 模擬非連續體之電腦程式…………………………………………17
2.5.5 分離元素法之應用………………………………………………….18
第三章 分析方法說明………………………….…………………………26
3.1 UDEC程式的發展與理論背景………………………………………26
3.2 UDEC之行為模式…………………………………………………….28
3.2.1 塊體之組合律模式……………………….……….……………….28
3.2.2 岩石節理組合律模式…………………….…….………………….30
3.2.3 UDEC水流模式…………………………….……………………….31
3.3 程式基本術語介紹………………………….……….……………….33
3.4 分析流程簡介……………………………….……………………….34
3.4.1 分析架構及輸入指令說明…………………………………………34
3.4.2 實際分析步驟……………………………………………………….36
第四章 數值分析模………………………………………………….…….45
4.1 數值分析網格建立暨邊界條件……..………………………………45
4.1.1 邊界斷面形狀及尺寸………….……..…………………………….45
4.1.2邊坡地層構造…………………………………….………………….46
4.1.3網格邊界條件………………………………………….…………….46
4.2 研究分析基本假設………………………………...…………………47.
4.2.1 分析模式…………………………………………………………….47
4.2.2材料組合律模式…………………………………………………….47
4.2.3 岩體及其變形行為之假設……………………..…………………48
4.2.4 開挖模擬…………………………………………………………….48
4.2.5 支撐架設模擬……………………………………………………….48
4.2.6 地下水模擬………………………………………………………….49
4.2.7 現地情況……………………………………………….…………….49
4.3 材料參數……………………………………………………………….50
4.3.1 塊體材料…………………………………………………………….50
4.3.2 節理材料…………………………………………………………….51
第五章 數值分析探討………………………...…………………………..60
5.1 分析變數……………………………………………………………….61
5.2分析結果與討論……………………………………………………….61
5.2.1 岩坡工程開發前大地應力探討……..……………………………62
5.2.2 邊坡穩定性探討……………………………..…………………….63
5.3 案例分析-以林肯大郡為例……………….…………………………67
5.3.1 緣起………………………………………………………………….67
5.3.2 地層條件……………………………………………………………67
5.3.3 數值分析網格建立………………………..………………………68
5.3.4 材料特性…………………………………………..……………….68
5.3.5 分析步驟…………………………………………..……………….68
5.3.6 分析結果及討論……………………………………………………68
第六章 結論與建議…………………………..………………………….86
參考文獻……………………………………………………..…………….88
表 目 錄
表2-1 山崩分類系統(Varnes,1978)…………………………………20
表2-2 分類元素法各類別與極限平衡法特點之比較(Cundall,
1993)……………………………………………………………. 21
表3-1 UDEC塊體組合律模式……………………………………..…..37
表3-2 UDEC節理組合律模式…………………..……………………..38
表4-1 不同邊界尺寸應力比較…………………………………..…….54
表4-2 台灣岩石基本工程特性之範圍(鄭富書,1994)…….……54
表4-3 岩石基本工程特性(施國欽等人,1994)…………………..55
表4-4 各種典型岩石變形參數參考值…………………………..…….55
表4-5 各種典型岩石之強度特性(節錄自Goodman,1989)……56
表4-6 邊坡穩定分析參數………………………………………….……56
表5-1 順向岩坡影響因素的重要性順位(Richards et al.,1978)…..70
表5-2 分析變數一欄表………………………………………………....70
表5-3 林肯大郡案例分析參數表 …………………………………… 71
圖 目 錄
圖2.1 各種山崩形式(潘國樑,1991)………………………..…….22
圖2.2 岩石邊坡破壞分類示意圖(Hoek&Bray,1981)………..…23
圖2.3 節理面剪力變形行為(Goodman,1969)……………….…..24
圖2.4 典型剪應力-剪位移曲線………………………………………..25
圖2.5 典型節理面閉合行為…………………………..………………..25
圖3.1 UDEC之發展及沿革年表…………………………….………..39
圖3.2 UDEC程式每一時階之計算流程…………………….……….40
圖3.3 兩相鄰塊體之接觸示意圖…………………………….…..……41
圖3.4 UDEC程式中水流模式運算機制……………………..………42
圖3.5 UDEC節理水流接觸示意圖…………………………….…….43
圖3.6 UDEC模式簡例說明…………………….……………………..43
圖3.7 UDEC一般運算流程…………………………….……………..44
圖4.1 研究中網格邊界束制示意圖……………………………………57
圖4.2 邊坡開挖及地錨施工模擬示意圖(鄭富書,)……………….57
圖4.3 垂直應力與深度Z關係統計圖(Hoek&Brown,1980)…….58
圖4.4 側向壓力係數K與深度Z關係(Hoek&Brown,1978)………58
圖4.5 台灣中部、東部地區側向壓力係數K與深度Z關係(鄺寶
山等人,1993)………………………………………………….59
圖5.1 邊坡穩定分析變數示意圖………………………………………72
圖5.2 節理面傾角β與地表坡度α對岩坡坡趾大地應力之影響….72
圖5.3 節理面傾角與勁度比對荷重作用應力分佈的影響
(Wyllie,1992)…………………………………………………….73
圖5.4 材料變形特性(勁度比)對岩坡大地應力之影響…………74
圖5.5 邊坡高度對岩坡大地應力之影響……………………..………74
圖5.6 邊坡滑動示意圖…………………………………………….……75
圖5.7 滑動面安全強度比………………………………..……………..75
圖5.8 滑動面滑動量歷時曲線(滑動趨勢)…………………………..76
圖5.9 數值網格分析系統不平衡力………………………….……….76
圖5.10 節理面傾角與地表坡度對邊坡安全性之影響…..…………77
圖5.11 節理面強度變化對邊坡穩定性之影響…………….………..77
圖5.12 節理面間距對邊坡穩定性之影響……………………………78
圖5.13 邊坡高度對穩定性之影響………………………….…………78
圖5.14 擋土設施(地錨)對邊坡穩定性之影響……………………79
圖5.15 單位重對邊坡穩定性之影響………………………………….79
圖5.16 各分析變數對邊坡穩定性影響綜合比較……………………80
圖5.17 林肯大郡滑動剖面圖[台北市大地技師工會]………..……..80
圖5.18 林肯大郡地層剖面圖[台北市大地技師工會] .……………..81
圖5.19 林肯大郡分析網格圖(整地開挖前)……………………….81
圖5.20 林肯大郡開挖網格圖(整地坡趾開挖)……………..……..82
圖5.21 林肯大郡擋土護坡施工網格圖………………………………..82
圖5.22 林肯大郡地下水流動網格圖………………..…………………83
圖5.23 林肯大郡開挖變形網格圖………………………….………….83
圖5.24 林肯大郡擋土施工後變形網格圖……………...……..………84
圖5.25 林肯大郡地下水加入後變形網格圖…………………...……..84
圖5.26 林肯大郡不連續面強度比-時間歷時曲線圖………….……..85
圖5.27 林肯大郡塊體滑落圖……………………………………….…..85
參 考 文 獻
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