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論文中文名稱:上游水位面對土石壩動態反應之影響 [以論文名稱查詢館藏系統]
論文英文名稱:Effects of upstream water level on dynamic response of earth dam [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:土木工程系土木與防災博士班
畢業學年度:103
畢業學期:第二學期
中文姓名:林群富
英文姓名:Chun-Fu Lin
研究生學號:93679001
學位類別:博士
語文別:中文
口試日期:2015/07/15
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:潘以文;陳卓然;倪至寬;魏敏樺;陳水龍
中文關鍵詞:土石壩離心機試驗孔隙水壓力有效應力分析有限元素法
英文關鍵詞:Earth DamCentrifugal Modeling TestPore Water PressureEffective Stress AnalysisFinite Element Method
論文中文摘要:土石壩受地震力作用時,壩體內土壤的孔隙水壓力立刻反應,激發的超額孔隙水壓力較位移監測來得快,故可將孔隙水壓力反應作為土石壩耐震安全評估的一項重要指標。本研究利用土石壩離心機模型試驗結果,驗證有限元素法動態數值分析的土壤組合律模式,再將此土壤組合律模式應用至嘉義仁義潭土石壩,模擬土石壩在人工合成地震力作用下的動態反應。
本研究擇定五個水庫上游蓄水高度,探討土石壩受地震作用時,各分區土壤的加速度、孔隙水壓力及位移的反應情形。研究結果顯示,一、不論蓄水高度變化,水平加速度從壩底傳遞至壩頂均有振幅放大現象,且最大加速度振幅與上游蓄水高度呈負相關。二、受地震力作用下,超額孔隙水壓力與初始應力距呈正相關,且土石壩壩體在高蓄水比及低地震力振幅作用時,關連性較高;壩基部分,相同蓄水比下,初始應力距與超額孔隙水壓力的線性迴歸相關係數會隨加速度增加而增加。三、最大位移量多發生在土石壩下游壩趾處至下游邊坡中央之間,且會隨蓄水高度增加而增加。
論文英文摘要:When earthquake occurs, the pore water pressures in the earth dam response earlier than the displacements monitoring. Pore water pressure is an important indicator of earth dam seismic safety assessment. In this study, we used centrifuge earth dam model test to first verify the soil constitutive law of a finite element method, and applied to Jen-Yi-Tan earth dam in Chiayi, as well as simulated earth dam dynamic response in the artificial earthquake.
This study selected five heights of the upstream reservoir water level to discuss responses of acceleration, pore water pressure and displacement in earth dam at earthquake during. These results led to the following conclusions: 1) regardless of changes in water level height, the horizontal acceleration transmitted from the foundation to the dam crest was amplified, and the maximum acceleration and the water level of upstream were negatively correlated; 2) the excess pore water pressure and the initial stress gap (Zini) were positively correlated and higher correlation at high reservoir water level ratio and low acceleration condition in earth dam. At the same reservoir water level ratio, linear regression correlation coefficient of initial stress gap and excess pore water pressure vary with acceleration increases in foundation; 3) the maximum displacement occurs at the toe to central slope of downstream in the dam, and the maximum displacement vary with reservoir water level increases.
論文目次:摘 要 I
ABSTRACT II
致謝 III
目錄 IV
表目錄 VIII
圖目錄 X
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 2
1.3 研究方法 2
1.4 研究內容 3
第二章 文獻回顧 5
2.1 地震與土石壩 5
2.1.1 土石壩之地震災害 5
2.1.2 地震對土石壩之影響 5
2.1.3 土石壩耐震分析基本流程 6
2.2 土石壩安全分析方法 7
2.2.1 擬靜態分析法 7
2.2.2 剪力梁法 8
2.2.3 有限元素法 9
2.2.4 離心機模型試驗 10
2.3 大地工程離心機模型試驗概述 11
2.3.1 離心機的發展史 11
2.3.2 離心機模擬原理及觀念 12
2.3.3 離心機之尺度定律 12
2.3.4 離心機模型的限制 16
2.3.5 離心機的功用與應用 17
2.4 數值分析之邊界條件 18
2.5 VELACS計畫 19
2.6 土石壩動態數值分析相關研究 22
第三章 耦合分析與土壤組合律 24
3.1 一般數值分析法 24
3.2 一般控制方程式 27
3.3 SWANDYNE之控制方程式 29
3.3.1 控制方程式的空間離散 30
3.3.2 控制方程式的時間離散 32
3.3.3 數值方程式結構 33
3.3.4 阻尼矩陣 34
3.4 土壤材料之組合律 35
3.4.1 孔隙水壓激發模式 38
3.4.2 P-Z mark Ⅲ model 組合律參數定義 41
3.4.3 P-Z mark Ⅲ model 組合律參數決定 45
3.5 程式輸入說明 46
第四章 土石壩土壤參數及離心機模型試驗 47
4.1 仁義潭土石壩土壤分佈 47
4.1.1 壩體土壤分佈 47
4.1.2壩基土壤分佈 53
4.2土石壩離心機模型建置 55
4.2.1 土石壩模型之斷面 56
4.2.2 土石壩模型之監測系統配置 57
4.3 土石壩模型之網格建立 59
4.4 土石壩模型之土壤參數 62
4.4.1 土壤基本性質試驗 62
4.4.2 單向度壓密試驗 64
4.5 P-Z mark Ⅲ model 組合律參數及驗證 65
4.6 人工合成地震的模擬 72
第五章 離心機試驗與數值分析驗證 76
5.1 土石壩離心機模型Ⅰ分析結果 76
5.1.1 加速度 76
5.1.2 超額孔隙水壓力 77
5.1.3位移 81
5.2 土石壩離心機模型Ⅱ分析結果 82
5.2.1 加速度 82
5.2.2 超額孔隙水壓力 84
5.2.3 位移 87
5.3 土石壩離心機模型Ⅲ分析結果 88
5.3.1 加速度 88
5.3.2 超額孔隙水壓力 90
5.3.3 位移 94
第六章 仁義潭土石壩動態分析 95
6.1 受震後加速度分析 97
6.1.1 滿水位(z/H=0.85)、加速度倍率g=0.5 98
6.1.2 滿水位(z/H=0.85)、加速度倍率g=1.0 109
6.1.3 滿水位(z/H=0.85)、加速度倍率g=1.25 113
6.1.4 滿水位(z/H=0.85)、加速度倍率g=1.5 117
6.1.5 滿水位(z/H=0.85)、加速度倍率g=2.0 121
6.2 孔隙水壓力分析 128
6.2.1 蓄水比z/H=0.37 133
6.2.2 蓄水比z/H=0.50 141
6.2.3 蓄水比z/H=0.62 149
6.2.4 蓄水比z/H=0.75 157
6.2.5 蓄水比z/H=0.85 165
6.2.6 小結 173
6.3 位移分析 189
第七章 結論與建議 213
7.1 結論 213
7.2 建議 215
參考文獻 216
附錄A SWANDYNE 程式主要參數輸入說明 221
附錄B SM2D程式說明 232
符號彙編 235
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論文全文使用權限:同意授權於2015-08-11起公開