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系統識別號 U0026-0812200912101977
論文名稱(中文) 剪力強度折減法應用於地震邊坡之研究
論文名稱(英文) Slope stability analysis under earthquake using the shear strengh reduction technique
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 資源工程學系碩博士班
系所名稱(英) Department of Resources Engineering
學年度 94
學期 2
出版年 95
研究生(中文) 林芷瑩
研究生(英文) Chin-Yang Lin
學號 n4693406
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 96頁
口試委員 指導教授-陳昭旭
口試委員-李德河
口試委員-王建力
指導教授-林宏明
中文關鍵字 動態分析  剪力強度折減  FLAC3D  塑性區 
英文關鍵字 dynamic analysis  shear strength reduction technique  plastic zone  FLAC3D 
學科別分類
中文摘要 台灣位處於環太平洋地震帶,山多平原少以及亞熱帶氣候,再加上南北狹長的地形與人口高密度化。為了疏緩交通與居住問題所跨越山區而鋪設道路,及山坡地開發等所造成的人為破壞,一旦降雨及地震等種種自然環境因素,所引發的邊坡破壞問題經常造成相當嚴重的災害,邊坡穩定的工作刻不容緩。本研究以變形分析法作為探討邊坡在受地震作用下,邊坡穩定數值分析之理論基礎,並加入剪力強度折減技巧來判斷其可能破壞的滑動面位置、安全係數之變化情形。
本研究以變形分析法作為邊坡穩定數值分析之理論基礎,採用剪力強度折減法(shear strength reduction technique)之觀念來訂定合理的邊坡安全係數並判斷可能破壞滑動面位置,並以變形分析法與極限平衡法之分析結果進行討論。針對邊坡在靜態與動態下其安全係數與滑動面進行探討,本研究分析可得以下之結果:本研究方法所定出之滑動帶涵蓋整個Bishop簡化法及Janbu簡化法之滑動面,且發展趨勢較為平緩,並可看出邊坡之破壞由坡趾至坡頂漸進破壞之過程。另外經由程式輸入真實地震波之加速度歷時紀錄,模擬邊坡受震之各種力學行為,分析結果發現隨著尖峰加速度值增大,邊坡破壞之程度越嚴重,其破壞形式由平面式破壞逐漸由坡趾處發展為深層之曲面形破壞,且滑動深度較靜態下為深。



英文摘要 The object of this thesis is to investigate the stability of soil slope by using a numerical analysis procedure combining the deformation analysis and shear strength reduction technique, in which the stress-strain characteristic of the soil can be considered. The focus of this thesis is on the stability of soil slopes which are in the states of static and dynamic. It is important to find out the failure surface and the corresponding safety factor. It should be noticed that the critical slip surface is not unique. A narrow yielding zone was developed when the slope started to fail and any slip surface passing through the yielding zone could be the failure surface, and the corresponding safety factor was the SRF. The results of static analysis showed good agreements with limit equilibrium analysis. The plastic yield zone was developed from the toe to the top, and connected two free surfaces. To simulate the soil slope under earthquake, the acceleration histories in real time domain recorded at 921-earthquake was applied in the dynamic model. From the simulation results, the failure surface under seismic is deeper than static analysis. The shear failure zone increased with the peak ground acceleration increment, and the shear zone was started from the shallow position to the deeper zone.


論文目次 目錄
頁次
摘要 I
目錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 VIII
符號表 XI
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目的 2
1.3 研究內容 3
第二章 文獻回顧 6
2.1 邊坡破壞之因素與型式 6
2.1.1 引致邊坡破壞之促崩因子 6
2.1.2 地震引起之地滑類型 7
2.2 動態邊坡穩定分析 8
2.2.1 擬靜態法 9
2.2.2 滑動塊體法 15
2.2.3 坡體動態反應分析 16
2.3 變形分析法 17
2.3.1 有限元素法 18
2.3.2 有限差分法 20
2.4 剪力強度折減法 23
2.5 邊坡破壞及臨界滑動面之判定 26
2.5.1 邊坡破壞之認定 26
2.5.2 決定安全係數 29
第三章 分析方法 30
3.1 FLAC3D程式之介紹 30
3.1.1 FLAC3D之基本理論架構 30
3.1.2 FLAC3D之運算程序 33
3.1.3 FLAC3D內建的組合律模式 35
3.2 FLAC3D動態分析原理 37
3.2.1 動態時域下不平衡力達到穩定所需的時間步階 38
3.2.2 雷利阻尼與自然震動頻率的關係 38
3.2.3 FLAC3D動態模式考量項目 39
3.2.4 FLAC3D動態模擬之步驟 47
3.3 STEDWin程式介紹 47
3.3.1 STEDWin軟體運算方法 48
3.3.2 STEDWin分析邊坡穩定說明 50
3.4 剪力強度折減技巧 52
3.5 FLAC3D程式分析邊坡穩定流程 54
3.5.1 數值分析的基本假設 54
3.5.2 網格之建立 54
3.5.3 邊界範圍的決定和邊界束制的選擇 54
3.5.4 材料參數的選擇 55
3.5.5 數值分析步驟 56
第四章 數值分析 63
4.1 邊坡範例驗證 63
4.2 動態數值分析 80
4.2.1 研究案例在靜態下之安全係數與臨界破壞滑動面 81
4.2.2 動態模擬分析 82
4.2.3 分析結果探討 88
第五章 結論與建議 91
5.1 結論 91
5.2 結論 92
參考文獻 93

表目錄
頁次
表2.1 極限平衡法、極限分析法和數值方法之比較 23
表3.1 STEDwin 主要控制指令 51
表4.1 研究案例之土壤參數 63
表4.2 FLAC3D與STEDwin分析之安全係數比較 65
表4.3 土壤參數值 80
表4.4 地震測站基本資料(1)-日月潭測站(取自中央氣象局) 83
表4.5 地震測站基本資料(2)-竹崎國小(取自中央氣象局) 85




圖目錄
頁次
圖1.1 研究流程圖 5
圖2.1 滑動面單一切片之作用力示意圖 11
圖2.2 理想化的應力-應變關係 14
圖2.3 節點位移與強度折剪因子變化情形 27
圖2.4 時階與控制點之位移關係示意圖 28
圖3.1 FLAC3D基本之外顯記算程序 35
圖3.2 FLAC3D提供不同動態外力加載下的邊界條件設定(a) 41
圖3.3 FLAC3D提供不同動態外力加載下的邊界條件設定(b) 41
圖3.4 自由場邊界示意圖 43
圖3.5 正規化臨界阻尼比隨角頻率變化圖 46
圖3.6 Bishop簡化法切片之作用力示意圖 49
圖3.7 Janbu簡化法之修正係數圖 50
圖3.8 STEDwin分析邊坡安全係數之流程圖 52
圖3.9 邊坡分析之示意圖 55
圖3.10 FLAC3D程式進行邊坡穩定分析之流程圖 59
圖3.11 數值分析之網格示意圖 60
圖3.12 邊界束制之示意圖 60
圖3.13 控制點在不同SRF假設下之時階與位移關係圖 60
圖3.14 在一夠大時階下控制點位移與嘗試FS值之關係示意圖(楊凱勝,2003) 61
圖3.15 控制點之位移與嘗試之SRF關係圖 61
圖3.16 SRF=1.42時之塑性區圖 61
圖3.17 SRF=1.42時之剪應變率等值圖 62
圖4.1 邊坡研究案例4.1之網格型態 66
圖4.2 邊坡研究案例4.2之網格型態 66
圖4.3 邊坡研究案例4.3之網格型態 66
圖4.4 邊坡研究案例4.4之網格型態 67
圖4.5 網格之邊界束制示意圖 67
圖4.6 研究範例4-1最大時階下控制點之位移與嘗試之SRF關係圖 67
圖4.7 研究範例4-1 SRF=1.37時之塑性區圖 68
圖4.8 研究範例4-1 SRF=1.37時之剪應變率等值圖 68
圖4.9 研究範例4-1 SRF=1.38時塑性區圖 68
圖4.10研究範例4-1 SRF=1.38之剪應變率等值圖 69
圖4.11研究範例4-1 SRF=1.39時之塑性區圖 69
圖4.12 研究範例4-1 SRF=1.39之剪應變率等值圖 69
圖4.13 研究範例4-1 SRF=1.40時之塑性區圖 70
圖4.14 研究範例4-1 SRF=1.40時之剪應變率等值圖 70
圖4.15 研究範例4-1 STEDwin之Bishop簡化法之結果 70
圖4.16 研究範例4-1 STEDwin之Janbu簡化法之結果 71
圖4.17 研究範例4-1 FLAC3D與Bishop輸出之滑動面比較圖 71
圖4.18 研究範例4-2 最大時階下控制點之位移與嘗試之SRF關係圖
71
圖4.19 研究範例4-2 SRF=1.02時之塑性區圖 72
圖4.20 研究範例4-2 SRF=1.02之剪應變率等值圖 72
圖4.21 研究範例4-2 SRF=1.03時之塑性區圖 72
圖4.22 研究範例4-2 SRF=1.03之剪應變率等值圖 73
圖4.23 研究範例4-2 STEDwin之Bishop簡化法之結果:FS=1.01 73
圖4.24 研究範例4-2 STEDwin之Janbu簡化法之結果:FS=0.96 73
圖4.25 研究範例4-2 FLAC3D與Bishop輸出之滑動面比較圖 74
圖4.26 研究範例4-3 最大時階下控制點之位移與嘗試之SRF關係圖 74
圖4.27 研究範例4-3 SRF=0.50時之塑性區圖 74
圖4.28 研究範例4-3 SRF=0.50之剪應變率等值圖 75
圖4.29 研究範例4-3 SRF=0.51之塑性圖 75
圖4.30 研究範例4-3 SRF=0.51之剪應變率等值圖 75
圖4.31 研究範例4-3 STEDwin之Janbu簡化法之結果:FS=0.50 76
圖4.32 研究範例4-3 STEDwin之Bishop簡化法之結果:FS=0.52 76
圖4.33 研究範例4.33 FLAC3D與Bishop輸出之滑動面比較圖 76
圖4.34 研究範例4-4 最大時階下控制點之位移與嘗試之SRF關係圖 77
圖4.35 研究範例4-4 SRF=1.87時之塑性圖 77
圖4.36 研究範例4-4 SRF=1.87剪應變等值圖 77
圖4.37 研究範例4-4 SRF=1.88時之塑性圖 78
圖4.38 研究範例4-4 SRF=1.88時之剪應變率等值圖 78
圖4.39 研究範例4-4 STEDwin之Bishop簡化法之結果:FS=1.87 78
圖4.40 研究範例4-4 STEDWin之Janbu簡化法之結果:FS=1.73 79
圖4.41 研究範例4-4 FLAC3D與Bishop輸出之滑動面比較圖 79
圖4.42 1:2邊坡之網格型態示意圖 80
圖4.43 研究案例在SRF=1.42之塑性圖 81
圖4.44 研究案例在SRF=1.42之剪應變率等值圖 81
圖4.45 九二一地震日月潭測站之加速度歷時圖(取自中央氣象局) 84
圖4.46 所施加之尖峰加速度區間之加速度歷時圖(取自中央氣象局)85
圖4.47 九二一地震竹崎國小測站之加速度歷時圖(取自中央氣象局)86
圖4.48 所施加之尖峰加速度區間之加速度歷時圖(取自中央氣象局)87
圖4.49 日月潭測站加速度歷時輸入之結果 89
圖4.50 竹崎國小加速度歷時輸入之結果:SRF=1.18 90
參考文獻 參考文獻
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  • 同意授權校內瀏覽/列印電子全文服務,於2007-08-29起公開。
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