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系統識別號 U0026-2006201309441800
論文名稱(中文) 地下深開挖岩體在十萬年再現週期之地震歷時下安全性評估模式之研究
論文名稱(英文) A Study on Safety Assessment of Deep Underground Excavation of Rocks Subject to Seismic Loading with 100,000-year Return Period
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 101
學期 2
出版年 102
研究生(中文) 陳科翰
研究生(英文) Ko-Han Chen
學號 n46004086
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 139頁
口試委員 指導教授-王建力
口試委員-陳大麟
口試委員-施清芳
口試委員-陳昭旭
口試委員-古志生
中文關鍵字 地下深開挖  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深開挖在10萬年再現週期之地震歷時下,其圍岩之穩定性及安全性進行初步的分析與探討,並選擇兩研究區,分別為東北研究區及西南研究區,進行數值模擬與分析。本文利用地震為害度分析理論及強地動衰減式,求出各研究區10萬年再現週期之PGA值,接著選取適當的原始地震歷時以合成符合10萬年再現週期反應譜的地震歷時。
本研究針對不同條件下的地下深開挖進行分析,利用有限元素軟體ABAQUS建立一個二維平面應變模型,模擬一個地下深開挖空間在不同圍岩性質及不同覆蓋深度下的安全性,並探討當地下水存在時,其有效應力對地下坑室圍岩穩定性之影響。接著將10萬年再現週期之設計地震歷時代入模型,探討此地震力對不同條件下地下坑室之影響。本研究以Mohr-Coulomb破壞準則所定義之安全係數評估其安全性。
本研究之分析偏重於參數測試,且由於岩石之力學參數的離散性與不確定性,故本研究對岩體參數與安全係數進行敏感性分析,瞭解不同參數間,對於影響圍岩之安全係數之相對影響性,以提高研究結果之參考價值。
研究結果發現:(一)根據敏感性分析,岩石之凝聚力為影響開挖岩體圍岩之敏感性最高之參數。(二)越靠近坑室的圍岩,由於軸差應力急遽增加,導致其安全係數下降。(三)地下深開挖岩體之安全係數隨覆蓋深度增加有下降的趨勢。(四)孔隙水壓對安全係數的影響相較覆蓋深度還小。(五)地震動對開挖岩體安全係數之影響,隨覆蓋深度增加而下降。
英文摘要 This study investigates the stability and safety analysis of surrounding rocks of a deep underground excavation subject to seismic loading with 100,000-year return period. Two study sites are chosen in this study, they are Northeast site and Southeast site. The values of peak ground acceleration (PGA) with 100,000-year return period for study research site have been obtained by seismic hazard analysis and the decaying PGA curve. This study firstly selects the appropriate original earthquake time histories and synthesizes the design acceleration time histories which are consistent with the response spectrum of 100,000-year return period of each study site.
A finite element package ABAQUS has been used to carry out a 2-dimension plane strain meshing model for a deep underground excavation with different conditions. This study establishes a numeral model with different rock properties and different overburden depths and discusses the effects of effective stresses when ground water exists. The dynamic analysis of underground excavation under different conditions was carried out with the input data of 100,000-year return period acceleration time history. The concept of Factor of Safety (F.S.) based upon Mohr-Coulomb failure criterion was used in this study.
Due to the dispersion and uncertainty of rock parameters, the sensitivity analysis has been conducted in this study to assess the relative importance of rock parameters on the values of factor of safety of the surrounding rocks.
The study shows that: (1) According to the sensitivity analysis, the values of F.S. near the excavation area are easily affected by the cohesion of rocks. (2) The value of F.S. of surrounding rock decreases due to a rapid increase in deviator stress when getting closer to the excavation region. (3) The value of F.S. has a decreasing trend as the overburden depth increases. (4) The pore pressure has a less effect on the value of F.S. than overburden depth does. (5) The effect of earthquake on the value of F.S. decreases with the increasing of overburden depth.
論文目次 摘要 I
Abstract II
誌謝 IV
目錄 V
表目錄 VIII
圖目錄 XI
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究目的與內容 2
第二章 文獻回顧 4
2.1 地下開挖對圍岩之影響 4
2.1.1 影響地下開挖圍岩穩定之因素 4
2.1.2 地下開挖圍岩應力的重新分布 5
2.1.3 地下開挖圍岩的破壞 7
2.2 地下深開挖圍岩穩定性分析研究方法 9
2.2.1 常見的圍岩穩定分析方法 9
2.2.2 穩定分析的失穩判據 12
2.3 地下深開挖受震之破壞型態 12
2.3.1 受震損害影響因素 12
2.3.2 受震破壞型態 13
2.3.3 地震動在地表下的變化 16
2.4 研究區概述 18
2.4.1 東北研究區概述 18
2.4.2西南研究區概述 26
第三章 10萬年再現週期之設計地震歷時與數值模擬方法 36
3.1 地震危害度分析方法簡介 36
3.2 震源型態 37
3.3 地震規模的機率分布 37
3.3.1指數規模分布模式 37
3.3.2 特徵震源模式 38
3.4 強地動衰減式 40
3.5 台灣區域震源及其劃分 42
3.6 設計斷層之地震發生率 46
3.7 地震危害度曲線 52
3.8 設計地震反應譜 54
3.8.2 西南研究區10萬年再現週期設計反應譜 56
3.8.3 東北研究區10萬年再現週期設計反應譜 58
3.9 設計地震加速度歷時 60
3.9.1 西南研究區 60
3.9.2 東北研究區 63
3.10 數值模擬理論與方法 65
3.10.1 數值分析理論 66
3.10.2 分析工具 67
第四章 敏感性分析 68
4.1 拉丁超立方抽樣模擬(LHS) 69
4.2 Spearman秩相關係 71
4.3 敏感性分析計算 72
第五章 地震加速作用下之地下空間安全係數 84
5.1 數值模型之設定與純重力作用之應力分布 84
5.2 安全係數之分區討論 92
5.2.1 純重力下之靜安全係數之分區討論 92
5.2.2 受地震力影響下之動安全係數分區討論 96
5.3 由覆土深度引起之初始應力改變對安全係數之影響 111
5.4 孔隙水壓對靜安全係數之影響 115
5.5 不同覆蓋深度所對應之地震強度對動安全係數之影響 122
5.6 小結 128
5.6.1 西南研究區 128
5.6.2 東北研究區 129
第六章 結論與建議 130
6.1 結論 130
6.2 建議 131
參考文獻 132
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