Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11455/13382
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dc.contributor.advisor壽克堅zh_TW
dc.contributor.author陳貽竣zh_TW
dc.contributor.authorChen, Yi-Chunen_US
dc.date2005zh_TW
dc.date.accessioned2014-06-06T06:50:44Z-
dc.date.available2014-06-06T06:50:44Z-
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11455/13382-
dc.description.abstract近年來台灣在西部麓山地帶進行各項公共工程建設,此地區的地質屬於強度甚低的沈積地層。在不影響大眾生活環境品質的情形,免開挖工法如潛盾工法與推進工法實為較佳的選擇。為了因應國內未來將在廣大軟弱岩層區進行開發建設,本研究以模擬管推進物理模型試驗機,研究在推進過程中對軟弱岩層的應力變化情形及推進力之大小。 本研究在物理模型試驗方面取材於新竹寶山之軟弱砂岩層,經拌和石膏與水製作完成的試體以符合軟弱岩石單壓強度,並由試驗步驟模擬現地開挖狀況,量測試驗過程中材料應力及應變的變化情形。數值分析方面,採用莊育蓁(2005)使用有限元素法程式ABAQUS所進行管推進工程的數值分析結果,分別與物理模型試驗結果進行比較,來瞭解岩層受到開挖擾動後應力重新分配的情形。並對管推進工程物理模型試驗推進力之大小進行理論計算,再與試驗及現地工程推進力結果進行比較分析。zh_TW
dc.description.abstractThere are more and more public domain underground contructions in the western foothill of Taiwan in recent years. Difficultied are frequently encountered due to poor understanding of the behavior of the soft rock, sedimentary rocks with very low strength, which is the main rock type distributed in this area. In order to maintain the environment quality, instead of conventional cut and cover excavation, it is more and more trenchless technology such as pipejacking shield tunneling applied in Taiwan. In this study, physical modeling is applied to study the bahavior of pipejacking in soft rock, as well as the influence of driving force. The ingredient material for the physical model is taken from rock stratum in Baoshan area. To make the artificial soft rock, this ingredient is mixed with gypsum and water before confined to the strength within the range of soft rock. Then the artificial soft rock block was excavated according to experimental simulation steps together with monitoring the stress distribution, displacement field, and driving force. The results were compared with those from numerical simulation (Chuang, 2005) performed by finite element method ABAQUS to understand in more details about the rock mass behavior through the perturbation of excavation. Besides, required driving forces were calculated according to soil mechanics theory and compared with those applied in physical modeling as well as a real pipejacking case.en_US
dc.description.tableofcontents摘要..........Ⅰ 目錄..........Ⅱ 表目錄........Ⅴ 圖目錄........Ⅵ 照片目錄......XII 符號說明......XIV 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機 1 1.3 研究目的 2 1.4 研究方法 2 1.5 論文架構 3 第二章 文獻回顧 4 2.1 軟弱岩石 4 2.1.1 軟弱岩石的性質與定義 4 2.1.2 台灣西北部地區軟弱岩石之概述 5 2.1.3 台灣西北部地區軟弱岩石的物理及力學性質 6 2.1.4 人造軟弱岩石之相關研究 8 2.2 管推進工法之物理模型試驗 11 2.2.1 模型試驗與模型相似概念 11 2.2.2 管推進工法之物理模型試驗的相關文獻 12 2.3 估算地表沉陷之經驗方法 15 2.4 管推進工程之推進力理論公式. 17 第三章 物理模型試驗 19 3.1 相似理論與模型相似性 19 3.2 人造軟岩基本性質 21 3.2.1 人造軟岩製作流程 21 3.2.2 粒徑分析 22 3.2.3 單壓強度、彈性模數 22 3.2.4 三軸試驗(凝聚力與摩擦角) 23 3.3 實驗設備 23 3.3.1 物理模型試驗機 23 3.3.2 量測設備 24 3.4 管推進物理模型實驗步驟 27 3.4.1 軟弱岩石物理模型試驗之一 29 3.4.2 軟弱岩石物理模型試驗之二 29 3.4.3 緊密砂土物理模型試驗 30 第四章 試驗結果與數值分析 32 4.1 物理模型試驗結果 32 4.1.1 人造軟弱岩石之物理性質試驗結果 32 4.1.2 管推進物理模型試驗 34 4.1.3 管推進試驗成果之歸納探討 39 4.2 現地案例調查 40 4.3 管推進之數值分析 40 4.3.1 數值模擬軟弱岩石物理模型試驗 41 4.3.2 數值模擬緊密砂土物理模型試驗 42 4.3.3 管推進數值分析歸納探討 43 第五章 管推進工程之推進力分析 44 5.1 理論分析 44 5.2 物理模型試驗推進力分析 46 5.3 管推進推進力之討論 47 第六章 結論與建議 48 6.1 結論 48 6.2 建議 49 參考文獻 50 表2.1台灣西部麓山帶第三紀及更新世地層比較表(修改自何春蓀,1986) 55 表2.2台灣西部地區軟弱岩石物理性質及力學性質之前人研究(修改自蕭伯仰,2004) 56 表2.3人造軟岩之前人研究 57 表3.1軟弱岩石物理模型試驗一之預定推進速率與轉速表 58 表3.2軟弱岩石物理模型試驗二之預定推進速率與轉速表 58 表3.3緊密砂土物理模型試驗之預定推進速率與轉速表 59 表4.1壓密烘乾後試體單位重與含水量 60 表4.2物理模型試驗之工地密度試驗結果 60 表4.3單軸壓縮試驗結果 61 表4.4現地工程案例紀錄 61 表5.1不同地質條件之修正係數 62 表5.2軟弱岩石管推進物理試驗推進力計算結果 62 表5.3緊密砂土管推進物理試驗推進力計算結果 62 表5.4現地案例推進力計算結果 63 表5.5試驗與現地案例之推進力 63 圖1.1管推進工法研究流程 64 圖2.1岩石材料依單壓強度分類圖(修改自Bieniawski , 1984) 65 圖2.2ISRM建議之黏土及岩石材料分級分類圖(修改自Johnston , 1993) 65 圖2.3台灣地質圖(台灣大學地質科學系http://www.gl.ntu.edu.tw/) 66 圖2.4開挖面前破壞區(修改自Chambon,1990) 67 圖2.5不同覆土深度比之開挖面前鬆動區(修改自Chambon,1990) 67 圖2.6管推進過程之土層變形行為圖(修改自Rogers,1994) 68 圖2.7管推進過程中土層鬆動示意圖(修改自Sakurai,1988) 69 圖2.8地表沉陷曲線示意圖(修改自Peck,1969) 69 圖2.9三角形沉陷槽(修改自Cording,1975) 70 圖3.1管推進物理模型試驗示意圖 71 圖3.2TDR系統原理示意圖(修改自丁建仁,1999) 72 圖3.3弱岩石物理模型試驗一之砂箱內部儀器預設分佈圖(側視圖) 73 圖3.4軟弱岩石物理模型試驗二之砂箱內部儀器預設分佈圖(側視圖) 74 圖3.5緊密砂土物理模型試驗之砂箱內部儀器預設分佈圖(側視圖) 75 圖4.1新竹寶山現地天然砂岩粒徑分佈曲線 76 圖4.2人造軟岩單軸壓縮試驗應力-應變曲線圖 76 圖4.3人造軟岩三軸壓縮試驗應力-應變曲線圖 77 圖4.4人造軟岩莫爾圓與破壞包絡線(應變速率0.75mm/min) 77 圖4.5軟岩物理模型試驗不同推進速率管後方壓力計壓力變化(a)(b) 78 圖4.5軟岩物理模型試驗不同推進速率管後方壓力計壓力變化(c) 79 圖4.6軟岩物理模型試驗不同推進速率管前方P5壓力計壓力變化(a) 79 圖4.6軟岩物理模型試驗不同推進速率管前方P5壓力計壓力變化(b)(c) 80 圖4.7軟岩物理模型試驗不同推進速率管側方P1壓力計壓力變化(a)(b) 81 圖4.7軟岩物理模型試驗不同推進速率管側方P1壓力計壓力變化(c) 82 圖4.8軟岩物理模型試驗不同推進速率管側方P2壓力計壓力變化(a) 82 圖4.8軟岩物理模型試驗不同推進速率管側方P2壓力計壓力變化(b)(c) 83 圖4.9軟岩物理模型試驗不同推進速率管上方P3壓力計壓力變化(a)(b) 84 圖4.9軟岩物理模型試驗不同推進速率管上方P3壓力計壓力變化(c) 85 圖4.10軟岩物理模型試驗不同推進速率管上方P4壓力計壓力變化(a) 85 圖4.10軟岩物理模型試驗不同推進速率管上方P4壓力計壓力變化(b)(c) 86 圖4.11管上方TDR同軸纜線試驗前後波形比較 87 圖4.12管側方TDR同軸纜線試驗前後波形比較 87 圖4.13緊密砂土物理模型試驗不同推進速率管後方壓力計壓力變化(a)(b) 88 圖4.13緊密砂土物理模型試驗不同推進速率管後方壓力計壓力變(c)(d) 89 圖4.14 緊密砂土物理模型試驗不同推進速率管前方P3壓力計壓力變化(a)(b) 90 圖4.14 緊密砂土物理模型試驗不同推進速率管前方P3壓力計壓力變化(c)(d) 91 圖4.15緊密砂土物理模型試驗不同推進速率管側方P1壓力計壓力變化(a)(b) 92 圖4.15緊密砂土物理模型試驗不同推進速率管側方P1壓力計壓力變化(c)(d) 93 圖4.16緊密砂土物理模型試驗不同推進速率管上方P2壓力計壓力變化(a)(b) 94 圖4.16緊密砂土物理模型試驗不同推進速率管上方P2壓力計壓力變化(c)(d) 95 圖4.17緊密砂土地表沉陷圖 96 圖4.18緊密砂土第一次與第二次物理模型試驗管後方壓力計壓力變化 97 圖4.19緊密砂土第一次與第二次物理模型試驗管前方P3壓力計壓力變化 97 圖4.20緊密砂土第一次與第二次物理模型試驗管上方P2壓力計壓力變化 98 圖4.21緊密砂土第一次與第二次物理模型試驗管側方P1壓力計壓力變化 98 圖4.22數值模擬軟弱岩石管推進物理模型試驗管前方P5之壓力計結果 99 圖4.23軟弱岩石管推進物理模型試驗管前方P5之壓力計結果 99 圖4.24數值模擬軟弱岩石管推進物理模型試驗管側方P1和P2之壓力計結果 100 圖4.25軟弱岩石管推進物理模型試驗管側方P1和P2之壓力計結果 100 圖4.26數值模擬軟弱岩石管推進物理模型試驗管上方P3和P4之壓力計結果 101 圖4.27軟弱岩石管推進物理模型試驗管上方P3和P4之壓力計結果 101 圖4.28 數值模擬緊密砂土管推進物理模型試驗管前方P3之壓力計結果 102 圖4.29 緊密砂土管推進物理模型試驗管前方P3之壓力計結果 102 圖4.30 數值模擬緊密砂土管推進物理模型試驗管側方P1與管上方P2之壓力計結果 103 圖4.31 緊密砂土管推進物理模型試驗管側方P1與管上方P2之壓力計結果 103 圖4.32 數值模擬緊密砂土第二次管推進物理模型試驗管前方P3之壓力計壓力變化 104 圖4.33 數值模擬緊密砂土第二次管推進物理模型試驗管側方P1之壓力計壓力變化 104 圖4.34 數值模擬緊密砂土第二次管推進物理模型試驗管上方P2之壓力計壓力變化 105 圖5.1 Leca開挖面穩定理論之三種破壞模式(修改自Leca,1990) 106 圖5.2 Leca開挖面穩定理論之三角錐體假設(修改自Leca,1990) 107 圖5.3a Leca開挖面穩定理論穩定支撐係數圖表(第一、二破壞模式) 108 圖5.3b Leca開挖面穩定理論穩定支撐係數圖表(第三破壞模式) 109 圖5.4 第一、二破壞模式之三角錐體在開挖面上形成橢圓滑動範圍 110 照片 3.1 新竹寶山現地砂岩(蕭伯仰,2004) 111 照片 3.2 壓密後之小試體 111 照片 3.3 三軸不飽和不壓密不排水(UUU)壓縮試驗(劉耀鈞,2003) 112 照片3.4 管推進物理模型試驗機 112 照片3.5 物理模型試驗支承版開孔情形 113 照片3.6 圍壓系統(劉耀鈞,2003) 113 照片3.7 微型壓力計(劉耀鈞,2003) 114 照片3.8 微型壓力計(紐西蘭製LPX250型) (蕭伯仰,2004) 114 照片3.9 資料擷取系統(劉耀鈞,2003) 115 照片3.10 11801B型數位示波器與SD-24型信號頭(劉耀鈞,2003) 115 照片3.11 本研究所使用直徑1 mm之同軸纜線(劉耀鈞,2003) 116 照片3.12 雷射測距儀 116 照片3.13 沙漏桶 117 照片3.14 雙軸拌和室外部(蕭伯仰,2004) 117 照片3.15 雙軸拌和室內部(蕭伯仰,2004) 118 照片3.16 軟弱岩石物理模型試驗使用之切削頭之一 118 照片3.17 軟弱岩石物理模型試驗使用之切削頭之二 119 照片3.18 物理模型試驗出土裝置 119 照片3.19 緊密砂土物理模型試驗使用之切削頭 120 照片4.1 試體進行單軸壓縮試驗的破壞情況 120 照片4.2 軟弱岩石物理模型試驗一內部擠壓情形(側視) 121 照片4.3 軟弱岩石物理模型試驗一內部擠壓情形 121 照片4.4 軟弱岩石物理模型試驗二內部擠壓情形(側視) 122 照片4.5 軟弱岩石物理模型試驗二內部擠壓情形(側視) 122 照片4.6 軟弱岩石物理模型試驗二內部擠壓情形(俯視) 122 照片4.7 緊密沙土物理模型試驗表面沉陷情形(俯視) 123zh_TW
dc.language.isoen_USzh_TW
dc.publisher土木工程學系zh_TW
dc.subjectPipejackingen_US
dc.subject推進工程zh_TW
dc.subjectdriving forceen_US
dc.subject推進力zh_TW
dc.subject砂岩層zh_TW
dc.title軟弱岩石推進工程之物理模型試驗與推進力之分析研究zh_TW
dc.titlePhysical Modelling of Pipejacking in Soft Rock with Study of Driving Forceen_US
dc.typeThesis and Dissertationzh_TW
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