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論文中文名稱:三孔平行隧道開挖應力互制行為數值分析 [以論文名稱查詢館藏系統]
論文英文名稱:Stress Interaction Behaviors during the Excavation of Parallel-three-hole Tunnel by Numerical Analysis [以論文名稱查詢館藏系統]
院校名稱:臺北科技大學
學院名稱:工程學院
系所名稱:土木與防災研究所
中文姓名:李國維
英文姓名:Kuo-Wei Li
研究生學號:93428034
學位類別:碩士
語文別:中文
口試日期:2006-07-28
論文頁數:113
指導教授中文名:陳水龍
指導教授英文名:Shong-Loong Chen
口試委員中文名:俞旗文;陳立憲
口試委員英文名:Qi-Wen Yu;Li-Xian Chen
中文關鍵詞:三孔平行隧道岩覆深度岩體類別岩柱寬度應力狀態
英文關鍵詞:Parallel-three-hole TunnelRock overburden depthRock mass classificationRock pillar widthStress state
論文中文摘要:本研究利用有限元素法軟體PLAXIS 3D TUNNEL version 2,模擬三孔平行隧道導坑與主坑先後開挖過程中,對於岩柱造成的應力影響行為。
本論文分別就岩覆深度、岩體類別、岩柱寬度等變數進行數值分析並考量分階開挖、輪進長度及延時支撐等因素,計算在不同現地應力、不同材料強度與不同岩柱寬度下,隧道岩柱的安全性。
藉由計算岩柱內部的應力狀態,求出平均有效應力、軸差應力不變量、羅德角,再配合材料本身的彈性模數、柏松比、凝聚力、摩擦角,求出岩柱在每一個開挖階段的應力狀態。透過應力狀態與材料所能提供強度的比值,可以瞭解在每一個開挖過程的應力狀態是否趨向穩定或危險。
本研究提供一正規化之「三孔平行隧道開挖岩柱應力強度比」圖表,代入由岩覆深度求出之「現地應力」、現地鑽探得知岩體類別求出之「材料強度」、具有幾何特性代表性之「岩柱寬度」,就可以求出該模型之SSR(應力強度比)。
論文英文摘要:During the process of excavation of parallel-three-hole tunnel, tunnel may fail under the stress interaction behavior particularly when the rock pillar widths are inadequate among the tunnels. Thanks to the modern computing technology, it is fairly easy to do the numerical analysis nowadays. This thesis is all about the simulation and discussion on the stress interaction behavior issue.
With variables like the rock overburden depth, rock mass classification, and rock pillar width, to run the numerical analysis and think about the factors individually. What is expected from the numerical analysis result is the safety under different In-Situ stress, material strength, and rock pillar width.
In order to study the influence of the stress applied on the rock pillar, the whole process of the excavation of parallel-three-hole tunnel can be simulated via the finite element method based software “PLAXIS 3D TUNNEL Version 2”. And then from a series of calculation to get to know the stress state of every step that will lead to a stable status or a dangerous one.
SSR(stress strength ratio) of the model can be calculated by a normalized diagram which is provided in this thesis and then plugged it into the In-Situ stress, material strength, and rock pillar width to do the calculation work.
Three important conclusions in this thesis are:
(1)How does the anchor affect the rock pillar? (with the calculated SSR)
(2)The category of failure under the stress status of the rock pillar during excavation.
(3)Interaction among rock overburden depth, rock mass classification, and rock pillar width. (In order to meet the construction safety requirements, it is expected to predict the stress status of the rock pillar right after the excavation is done in the preliminary design stage.)
論文目次:中文摘要 i
英文摘要 ii
誌 謝 iv
目 錄 v
表目錄 vii
圖目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 1
1.3 研究方法與流程 2
第二章 文獻回顧 3
2.1隧道三維變形行為 3
2.1.1影響隧道變形行為之自然因素 3
2.1.2影響隧道變形行為之人為因素 12
2.2 隧道塑性區影響因素 24
2.2.1 隧道周圍岩體塑性區 25
2.3 數值分析法則 25
第三章 程式簡介與參數選用依據 29
3.1 PLAXIS程式簡介 29
3.2 基本假設 30
3.3 參數假設 31
3.3.1岩體參數與隧道參數 31
3.3.2隧道分階開挖與支撐型式 38
第四章 數值分析 41
4.1 研究方法 41
4.2 隧道岩體與支撐之互制行為 42
4.3隧道開挖數值解與理論解比對與網格密度影響 44
4.3.1 Plaxis之模型建立 44
4.3.2 Plaxis之數值分析過程與結果 51
4.4邊界範圍敏感度分析 56
4.4.1 Plaxis模型建立 56
4.4.2 Plaxis數值分析過程與結果 60
4.4.3 隧道軸向邊界條件 61
4.5 分析過程與結果 64
4.5.1 Plaxis 3D模型建立 64
4.5.2 岩柱應力紀錄點選定 67
4.5.3 研究結果與討論 74
第五章 結論與建議 86
5.1 結論 86
5.2 建議 87
參考文獻 88
附錄 91
A:控制岩覆深度、岩體類別、岩柱寬度之岩柱紀錄點「SSR-材料強度」圖 91
B:控制岩覆深度、岩體類別、岩柱寬度之岩柱紀錄點「SSR-材料強度」圖 104
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