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系統識別號 U0026-0908201611250000
論文名稱(中文) 地下深開挖岩體之安全性評估──以一離島為例
論文名稱(英文) The Safety Assessment of Deep Underground Excavation of Rocks—An Offshore Island as a Study Site
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 資源工程學系
系所名稱(英) Department of Resources Engineering
學年度 104
學期 2
出版年 105
研究生(中文) 林健洋
研究生(英文) Chien-Yang Lin
學號 N46031083
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 95頁
口試委員 指導教授-王建力
口試委員-陳昭旭
口試委員-古志生
口試委員-施清芳
中文關鍵字 地下岩體開挖  地震荷載  安全係數 
英文關鍵字 Deep underground excavation  seismic loading  factor of safety 
學科別分類
中文摘要 本研究主要針對地下坑室於不同地應力環境下及其遭受十萬年再現週期之地震時,其圍岩的穩定性及安全性進行分析與探討。本研究以離島地區為研究區域,模型材料之參數及初始地應力取自此區之井測資料,並以頻率域分析法合成出適當的設計地震歷時,將其導入數値模型中,以模擬地震力對地下坑室的影響。
本研究以有限元素軟體Abaqus建立一個三維應力-應變模型,以模擬地下坑室於不同覆蓋深度下的安全性。本研究以Mohr-Coulomb、張力及Hoek-Brown破壞準則建立安全係數以作定量評估。討論坑室圍岩之應力及安全係數分布,接著將十萬年再現週期之地震歷時以不同入射角度輸入數値模型中,探討地震力及其入射角度對坑室造成之影響。
研究結果發現:(1)靜態情況下,隧道角隅處之安全係數最小,其次為處置孔,最大則為頂拱。(2)地震力對坑室之影響,最大者為角隅,其次者頂拱及處置孔則差異不大。 (3)不同的地震波入射角對坑室影響最大處不同。(4)覆蓋深度越深,初始安全係數越低,地震力對坑室安全係數的影響則減少。(5)地震力對安全係數之影響約為下降2.5%。
英文摘要 This study investigates the safety assessment of deep underground excavation of rocks. An offshore island was chosen in this study as a study site. The acceleration time histories of Chi-Chi earthquake are selected and used in synthesizing the designed acceleration time histories which are consistent with the response spectrum of 100,000-year recurrence period.
This study finds: 1. In static analysis, the magnitudes of factor of safety at the increasing orders are corner of the tunnel, disposal pits, and top arches. 2. The designed earthquake has the most influence on corner of the tunnel; the impacts are mostly the same on top arches and disposal pits. 3. Incident angles of seismic wave have the most influence on different locations of disposal drifts. 4. The influence on the factors of safety by earthquake decreases as the overburden depth of the underground excavation increases. 5. The effect of earthquake decreases factor of safety by about 2.5%.
論文目次 摘要 I
EXTENDED ABSTRACT II
目錄 XII
表目錄 XVI
圖目錄 XVII
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目的與內容 1
第二章 文獻回顧 5
2.1 地質因素對圍岩穩定性之影響 5
2.2 地下工程對圍岩之影響 7
2.3 地下工程圍岩穩定性分析方法 9
2.3.1 經驗法 9
2.3.2 解析法 9
2.3.3 數值分析方法 9
2.4 地下工程受震之破壞 11
2.5 地震加速度在地下之變化 15
2.6 地震作用下之隧道分析模式 17
2.7 垂直向地震反應譜之擬合 18
2.8 研究區概述 18
第三章 10萬年再現週期之設計地震歷時與數值模擬方法 27
3.1 設計地震反應譜 27
3.2 設計地震加速度歷時 30
3.3 數值模擬理論 35
3.4 分析工具 36
3.5 模型建立 37
3.5.1 基本假設 37
3.5.2 模型尺寸與網格建立 38
3.5.3 邊界條件及約束 41
3.6 參數設定 43
第四章 大地應力作用下之地下坑室安全係數 44
4.1 安全係數 44
4.1.1 Mohr-Coulomb安全係數 44
4.1.2 張力安全係數 45
4.1.3 Hoek-Brown安全係數 46
4.1.4 安全係數之輸出 50
4.2 大地應力作用下之應力分布 52
4.3 大地應力作用下之安全係數分區討論 57
4.3.1 頂拱區之安全係數 61
4.3.2 側壁及隧道底部之安全係數 64
4.3.3 處置孔之安全係數 65
4.4 臨界安全深度 65
4.4.1 臨界安全深度定義 66
4.4.2 各區之臨界安全深度 66
4.5 小結 70
第五章 地震力作用下之地下坑室安全係數 71
5.1 地震力之輸入 71
5.2 地震力對坑室安全係數分布之影響 72
5.2.1 基本概念 72
5.2.2 地震入射角度與應力場之關係 73
5.2.3 地震力大小與應力場之關係 77
5.3 地震力作用下應力變化分區討論 77
5.3.1 頂拱區 78
5.3.2 角隅 80
5.3.3 處置孔 81
5.4 地震力作用下安全係數討論 82
第六章 結論與建議 85
6.1 結論 85
6.2 建議 86
參考文獻 87
附錄 91
廣義Hoek-Brown破壞準則之探討及應用 91
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