Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11455/14675
標題: 軟弱岩石隧道開挖之物理模型試驗與數值分析
作者: 劉耀鈞
關鍵字: 軟弱岩石
人造軟岩
模型試驗
出版社: 土木工程學系
摘要: 近年台灣西部高度發展,許多重大工程在地質年代年輕的沈積岩層施工,如高速鐵路、第二水庫等,周圍區域的軟弱岩層普遍具有膠結不良,固結性差,強度低,浸水軟化及易風化崩解之特性,於原地層未受擾動前堅硬如岩石,但經擾動、解壓後,以手擠壓即能將岩塊輕易破碎成粉狀砂土。 在上述的岩層中開挖隧道,遭遇的問題應以隧道因應力重新分佈調整而引發的隧道擠壓(Tunnel squeezing),造成隧道內部淨空不足甚至坍塌最為普遍,然事後的補救常因已錯失支撐時機,而需付出更高的成本。 本研究的主要目的在建立能模擬軟弱岩石隧道開挖行為之物理模型及數值分析模式。由試驗過程得到應力及應變的變化情形,探討膠結不良的軟弱岩層之相關力學行為。就數值模擬方面,建立可進行不同參數之實體模擬,增加數值模擬之適用性與包容性。 本文所使用的三個研究方法方法,第一是蒐集現地施工所得監測資料進行判讀;第二是建立室內物理模型,模擬現地狀況施做實驗;第三為數值模擬分析。將三者相互比較,來瞭解岩層在開挖過程中的變形與鬆動機制。 試驗中所製作之人造岩石試體,經過物理性質、力學性質及模型試驗,其結果顯示與天然軟弱岩石有相似的性質與行為。內空變位試驗結果顯示出人造軟弱岩石具有受力後向隧道內側擠壓變形的行為,其頂拱變形量為20 mm,正前方生成三角形的試體破壞,側壁試體受力而產生破裂崩落。潛盾試驗結果得到的壓力變化合於理論,在無出土行為或出土效率不彰的試驗情形下,因試體與推管之間的擠壓,造成開挖面及開挖前方壓力上升,而開挖上方及側方壓力會隨開挖面接近而升高,隨開挖面遠離而下降,當開挖的影響逐漸減小,試體間的應力重新平衡達到穩定。 數值模擬建立了可分析模型試驗之有限元素網格,在與隧道案例比較方面獲得相似的趨勢,對於模擬軟弱岩石在隧道開挖時的變形,達到初步的成果。
URI: http://hdl.handle.net/11455/14675
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