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論文中文名稱:應用離散元素法於三維建模落石動態模擬之成效評估 [以論文名稱查詢館藏系統]
論文英文名稱:Feasibility study of 3D topographic model applying for discrete element simulation [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:104
畢業學期:第二學期
中文姓名:唐郁宸
英文姓名:Tang Yu Chen
研究生學號:102428038
學位類別:碩士
口試日期:2016/07/26
指導教授中文名:張國楨
口試委員中文名:王泰典;葉恩肇
中文關鍵詞:無人飛行載具數值地形模型離散元素法落石
英文關鍵詞:unmanned aerial vehicle (UAV)digital terrain model (DTM)discrete element methodrockfalls
論文中文摘要:台灣位屬歐亞板塊與菲律賓海板塊因擠壓而形成的島嶼,為地震頻繁的板塊邊界,這兩套隱沒帶彼此間碰撞導致造山及構造運動活躍,山勢高峻、地貌型態的海拔變化大,使得岩體受地震力的影響容易產生落石滑落及傾倒破壞。
本文利用三維離散元素法軟體3DEC,探討離散介質力學的行為,以不同岩性的岩塊與地質結構面為基本要素,在外力或地震力的作用下,表現出連續介質力學的行為,岩塊則通過結構面相互力學作用,當受力超過承載極限時,即表現出剪切、錯動、分離等破壞行為,以便建置完整的山崩產生區、滑動區、堆積範圍分佈及堆積形態。
本研究嘗試以無人飛行載具(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)所拍攝的資料,利用三維座標網格並結合三維離散元素法軟體3DEC建置分析模型,輔以3D繪圖軟體-SketchUp 2014設計出3D明隧道模型,並加上網格模型製作工具Meshmixer生成小塊體,以3DEC統整後加以分析邊坡與明隧道的相互關係;一般上方掉落的土石堆積在明隧道上方,土石堆積量超過負荷時,往往會造成明隧道的破壞,因此我們需要了解落石對於明隧道作用的行為及衝擊,模擬山崩發生之完整動態歷程確保明隧道內人車的安全性,也可考慮明隧道興建與復舊的問題。
論文英文摘要:Caused of situated within the convergent plate boundary of the Eurasian plate and the Philippine Sea plate, the Taiwan island was thus processed high relief and destructs frequently by numerous earthquakes. Thus the rock mass was easily to collapse and causes many hazards, especially for the road traffics.
In this study, three-dimensional discrete element method, 3DEC, investigate the behavior of discrete rock mass of different lithologies, under earthquake conditions to exam the behavior of the rockfalls and the impacts areas e.g. bulk volumes, slide distance, distribution of deposit area.
To acquire the high resolution topography, the unmanned aerial vehicle (UAV) was used to capture photos in the study area. Then using the photo sets to constructure highly-detailed three-dimensional topography of the study area. The numerical terrain model is thus transfer to 3-D grids for the 3DEC software. The 3D open tunnel model was designed by SketchUp 2014 and Meshmixer for 3DEC too, so as to investigate the relationship between the slope and the tunnel. In general condition, if the rock slides falling and colliding the roof of the tunnel, it causes damage often. In this study we try to develop one numerical tool that is feasible to analysis the impact of rockfall affecting the tunnels, so as to analysis the impact behavior, dynamic simulation of the complete history of the occurrence of landslides. The tools would be possible to the analysis the security of tunnel and for restoration as well.
論文目次:摘 要 iii
ABSTRACT v
目 錄 vii
表目錄 ix
圖目錄 xi
第一章 緒論 1
1.1研究動機與目的 1
1.2 研究內容與方法 2
1.3 章節內容概述 4
第二章 文獻回顧 5
2.1離散元素法概述 5
2.2離散元素應用於大地工程之相關研究 6
2.3台二線之歷史概述與災害 7
2.4台二線之地形地物與地質 11
2.5應用快速建模於3DEC之工程案例 18
第三章 數值模擬分析方法 22
3.1 3DEC離散元素法軟體概述 22
3.2 3DEC之運算邏輯 23
3.3 3DEC之塊體接觸邏輯 24
3.4 3DEC之接觸應力之計算 27
第四章 研究成果 30
4.1 SKETCH UP軟體探討 30
4.2 MESHMIXER軟體探討 38
4.3 MICROSOFT VISUAL STUDIO COMMUNITY C#軟體探討 41
4.4 3DEC軟體探討 46
第五章 3DEC明隧道模擬分析與討論 50
5.1模型設計 50
5.2明隧道模型簡圖 52
5.6 邊坡模型模擬結果 61
第六章 結論與建議 68
6.1 結論 68
6.2 建議 68
參考文獻 69
附錄一:碩士學位口試委員提問與回覆對照表 71
論文參考文獻:1 Itasca,User’s Manual:3DEC Version 4.1,Itasca Consulting Group Inc., Minneapolis City, Minnesota,2007
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22 資訊教育研究室,Visual C# 2012從零開始,2013
23 經濟部,地質遺跡地質敏感區劃定計畫書,2014
24 Itasca Consulting Group,http://www.itascacg.com/software/3dec。
25 經濟部中央地質調查所,http://www.moeacgs.gov.tw/main.jsp。
論文全文使用權限:同意授權於2019-08-18起公開