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系統識別號 U0026-2407201816325100
論文名稱(中文) 新烏山嶺隧道現地岩樣及止氣材料之氣體滲透係數量測之研究
論文名稱(英文) A Laboratory Measurement of Gas Permeability Coefficients of In-Situ Rocks and Gas-Proof Materials for New Wushanling Tunnel Construction
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 106
學期 2
出版年 107
研究生(中文) 陳宥任
研究生(英文) Yu-Jen Chen
學號 N46054099
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 64頁
口試委員 指導教授-王建力
口試委員-王世溫
口試委員-汪世輝
口試委員-蕭富元
口試委員-馬正明
中文關鍵字 新烏山嶺隧道  瓦斯隧道  內在滲透係數  止氣灌漿 
英文關鍵字 New Wushanling Tunnel  Gas Tunnel  Intrinsic Permeability  Gas-Proof Grouting 
學科別分類
中文摘要 在地下工程施工中遭遇可燃氣體外洩將嚴重影響施工安全,如何有效防止氣體外洩並建立完整的室內試驗評估流程為重要的需求。而內在滲透係數即為一個重要的參數,可提供施工單位做為選擇材料的依據。
新烏山嶺引水隧道在進行施工過程時曾遭遇瓦斯氣體外洩事件,本研究透過量測不同地層之岩石及各種止氣材料之氣體內在滲透係數(後續內文簡稱為滲透係數)。並規劃一個試驗流程,製備且模擬現地取樣的試體形式,建立一套完整的試驗程序及試驗方法。研究結果顯示隧道圍岩地層及施工材料屬於半透氣性質(10^-2-10^-3 D之間);襯砌混凝土、水泥砂漿及特殊選用之止氣灌漿材料則具有不透氣性質(10^-3-10^-5 D之間)。本研究另外使用硫酸及氫氧化鈉溶液搭配溫度條件(室溫、70°C)做為測試材料之條件下進行試驗,將止氣材料以單面單層的方式塗佈於水泥基底表面,與現地試體、隧道內部情形相吻合。研究結果顯示聚氨脂、乳膠及壓克力樹脂三種材料皆具有不透氣性(10^-3-10^-5 D之間)。最後透過上述量測方法及研究試驗結果,希望建立在地下工程中所使用到的相關材料數據資料庫,期供後續台灣西南部隧道遭遇瓦斯地層時設計及施工之參考依據。
英文摘要 Encountering flammable gas in the underground construction will seriously affect construction safety. Effective prevention of gas leakage and establishment of a complete laboratory testing process is an important requirement. The intrinsic permeability coefficient is an important parameter, which can provide the basis for the construction agencies as the material of choice.
The construction of New Wushanling Tunnel has encountered gas leakage during the construction process. This study proposes to establish a complete set of test procedures to measure the intrinsic permeability coefficients of samples prepared for the tunnel constructions. The intrinsic permeability coefficients of different in-situ rock samples and gas-proof materials have been measured in this study. The experimental results show that the tunnel’s wall rock and shotcrete are classified in the zone of semi-permeability (10^-2~10^-3 D). Also, lining concrete, cement mortar and gas-proof materials are all classified in the zone of impermeability (10^-3~10^-5 D).
This study was carried out under the sulfuric acid solution and sodium hydroxide solution, respectively, at different thermal conditions. Three gas-proof materials including polyurethane, latex, and acrylic resin, were applied to the surface of the cement sample. The results show that polyurethane, latex, and acrylic resin are all classified in the zone of impermeability(10^-3~10^-5 D). It was found that latex has lowest value of intrinsic permeability.
論文目次 摘 要 I
Extended Abstract II
SUMMARY II
INTRODUCTION III
MATERIALS AND METHODS III
RESULTS AND DISCUSSIONS VI
CONCLUSION XII
誌謝 XIII
目 錄 XIV
表目錄 XVII
圖目錄 XVIII
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 2
第二章 文獻回顧 5
2.1 達西定律 5
2.2 氣滑理論 6
2.3 滲透係數與透氣性之關係 8
2.4 氣滑理論的相關研究及試驗 8
2.4.1 Klinkenberg效應對氣體與水的滲透率影響 9
2.4.2 低滲透介質滲透性試驗研究 9
2.4.3 氣滑效應對低滲透性煤層實驗研究 11
2.4.4 滲透特性試驗與微觀力學分析 13
2.4.5 考慮Klinkenberg效應的壓實膨潤土滲氣特性研究 14
2.4.6 不同含水飽和度低滲透岩石氣體氣滑效應研究 17
第三章 試驗材料與方法 19
3.1 試體材料 19
3.1.1新烏山嶺引水隧道背景資料 19
3.1.2 試驗組一之材料 21
3.1.3 試驗組二之材料 25
3.2 試體製成 26
3.3 弱化條件 32
3.3.1弱化條件選擇依據 34
3.4 超聲波試驗 34
3.5 單軸壓縮試驗 36
3.6 滲透試驗 39
第四章 試驗結果與討論 41
4.1 超聲波試驗P波與S波速率 41
4.1.2 動態泊松比與動態楊氏模數 45
4.2 單軸壓縮強度 48
4.3 滲透係數與透氣性變化 49
第五章 結論與建議 58
5.1 結論 58
5.2 建議 61
參考文獻 62
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