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系統識別號 U0026-2807201513345500
論文名稱(中文) 地下深開挖岩體於十萬年再現週期之地震歷時下安全性評估-以金門地區為例
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 Recurrence Periods–Kinmen As Site Studies
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 103
學期 2
出版年 104
研究生(中文) 楊東嘉
研究生(英文) Tung-Chia Yang
學號 N46021088
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 141頁
口試委員 指導教授-王建力
口試委員-謝秉志
口試委員-馬正明
口試委員-施清芳
口試委員-古志生
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圍岩環境與隧道設計下遭受十萬年再現週期之地震歷時影響,其圍岩的穩定性及安全性進行分析與探討。本研究以金門地區為研究區域,進行數値模擬,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建立一個三維應變模型,以模擬地下坑室於不同覆蓋深度、不同飽合度下的安全性。同時討論隧道間距與處置坑間距對坑室安全係數的影響,接著將十萬年再現週期之地震歷時輸入數値模型中, 探討不同圍岩環境與坑室設計於地震力作用下,對安全係數變化的影響。本研究以Mohr-Coulomb破壞準則所定義之安全係數評估其安全性。
研究結果發現:
(1)地震力對坑室之影響,最大者為頂拱區域,其次為隧道底部區域。(2)靜態情況下,隧道間距與處置坑間越大,安全係數越高,而隧道間距對安全係數的影響大於處置坑間距。
(3)受震時,隧道間距與處置坑間越大,地震力對安全係數之影響越小。
(4)覆土深度越深,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)飽和度增加,將使安全係數下降,並提高安全係數受地震力之影響,其對安全係數之影響隨著深度增加而減少。
英文摘要 This study investigates the safety assessment of deep underground excavation of rocks subject to seismic loading with recurrence period of 100,000-year. Kinmen was chosen in this study as study site. The Chi-Chi Earthquake was chosen as original earthquake time histories and used in synthesizing the design acceleration time histories which are consistent with the response spectrum of 100,000-year recurrence period.
This study finds:
1. The top arch and tunnel sidewall are the locations most affected by the earthquakes. 2. Under static conditon, factors of safety increase as tunnel spacing and disposal pit spacing increase.
3. The factors of safety due to earthquake decrease as tunnel spacing and disposal pit spacing increase.
4. The factors of safety due to earthquake decrease as the overburden depth of the underground excavation increases.
5. If the ratio of water table to overburden depth increases, the factors of safety by earthquake will increase. The influence of the ratio of water table to overburden decreases as the overburden depth of the underground excavation increases. Therefore, it is possible to establish a safe range of overburden depth for underground excavation.
論文目次 摘要 I
Extended Abstract II
致謝 X
目錄 XI
表目錄 XIV
圖目錄 XVI
第一章 緒論 1
1-1研究背景與動機 1
1-2研究目的 2
第二章 文獻回顧 5
2-1地質因素對圍岩穩定的影響 5
2-2地下工程對圍岩的破壞 7
2-3地下工程圍岩穩定性分析方法 10
2-3-1常見之穩定性分析方法 10
2-3-2圍岩的失穩評估依據 13
2-4地下工程受震之破壞型態 14
2-4-1受震損害影響因素 14
2-4-2受震破壞型態 15
2-4-3地震力在地表下的變化 18
2-5無限元素用於地震力之型式 21
2-6隧道設計模式 21
2-7垂直向反應譜之擬合 22
2-8研究區概述 22
第三章 10萬年再現週期之設計地震歷時與數值模擬方法 35
3-1設計地震反應譜 35
3-2設計地震加速度歷時 38
3-3數值模擬理論 43
3-4分析工具 45
3-5模型建立 46
3-5-1元素選取 46
3-5-2基本假設 46
3-5-3模型尺寸與網格建立 47
3-6 參數選擇 50
第四章 純重力下之地下坑室安全係數 52
4-1數值模型之設定與純重力作用之應力分布 52
4-2純重力下之安全係數分區討論 58
4-3 臨界安全深度定義 75
4-4由覆土深度引起之初始應力改變對安全係數之影響 76
4-5孔隙水壓對安全係數之影響 79
4-6處置坑間距與隧道間距對安全係數之影響 87
4-7小結 95
第五章 地震加速作用下之地下坑室安全係數 96
5-1動態數值模型之設定與地震強度折減 96
5-2地震力影響下之安全係數分區討論 102
5-3不同覆蓋深度所對應之地震強度對安全係數之影響 113
5-4地震力作用下孔隙水壓對安全係數之影響 118
5-5地震力作用下處置坑間距與隧道間距對安全係數之影響 130
5-6小結 134
第六章 結論與建議 135
6-1結論 135
6-2建議 136
參考文獻 137
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