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研究生: 曾智祥
Tseng, Jhih-Hsiang
論文名稱: 不同幾何佈置下地下深開挖岩體之應力安全性評估
The Stress Safety Assessment of Different Repository Layouts of Deep Underground Excavation of Rocks
指導教授: 王建力
Wang, Chein-Lee
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 資源工程學系
Department of Resources Engineering
論文出版年: 2017
畢業學年度: 105
語文別: 中文
論文頁數: 103
中文關鍵詞: 地下岩體開挖地震荷載安全係數
外文關鍵詞: Deep underground excavation, seismic loading, factor of safety
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  • 本研究主要針對地下坑室於不同覆蓋深度環境下及其遭受十萬年再現週期之地震時,其圍岩的穩定性及安全性進行分析與探討。本研究以台灣一離島地區為研究區域,材料參數及初始地應力皆取自此區之井測資料進行模擬,並以頻率域分析法合成出設計地震歷時,將其導入數値模型中,以模擬地震加速度歷時對地下坑室之影響。
    本研究以有限元素軟體Abaqus建立一個三維應力-應變模型,模擬在不同地下坑室佈置下,不同覆蓋深度、側向壓力係數、處置坑間距比之安全性評估。本研究以Mohr-Coulomb及張力破壞準則建立安全係數以作定量評估。討論坑室圍岩之應力及安全係數分佈,接著將十萬年再現週期之地震歷時輸入數値模型中,以探討地震力對不同佈置之坑室造成的影響。
    研究結果發現:(1)靜態條件下,隧道角隅處之安全係數最小,其次為處置坑,最大則為頂拱。(2)當不同岩性時,側向壓力係數愈大整體安全係數愈小。 (3)十萬年再現週期之地震歷時對本研究模型會造成不同型態之破壞,角隅處為莫爾庫倫剪力破壞,頂拱處多為張力破壞。(4) 處置坑間距比愈大,靜態、受震間安全係數皆愈安全,當處置坑間距比大於2則無明顯差異。(5)覆蓋深度越深,受震間最小安全係數越低,地震力之影響隨覆蓋深度而減小。

    This study investigates the stress safety assessment of different repository layouts of deep underground excavation of rocks. An offshore granitic island was chosen in this study as a study site. The acceleration time histories of Chi-Chi earthquake are selected and used in synthesizing the designed acceleration time histories which are consistent with the response spectrum of 100,000-year recurrence period.
    This study finds: 1. Numerical results of static analysis in two different repository layouts show that the magnitudes of factor of safety (F.S.) at increasing orders are corner of the tunnel, disposal pits, and top arches. 2. The larger σh/ σv results in the smaller F.S. calculated separately from Mohr Coulomb and tensile failure criteria in two different repository layouts. 3. The designed acceleration time histories cause different failure modes in each region. The Mohr-Coulomb failure occurs at the corners of the tunnels; the tensile failure occurs at the top arches; while both Mohr-Coulomb and tensile failures are found at the disposal pits. 4. The different repository layouts indeed have the effects on the factors of safety. When the ratio of width between the disposal pits to the width of the pit (W/B) becomes larger, the factor of safety becomes larger (which means safer). When W/B is greater than 2, there is no significant change of the factor of safety. 5. The influence on the factors of safety by earthquakes decreases when the overburden depths of the underground excavation increase in both scenarios of repository layouts.

    目錄 摘要 I EXTENDED ABSTRACT II 致謝 X 表目錄 XV 圖目錄 XVI 第一章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 研究目的與內容 1 第二章 文獻回顧 5 2.1 自然地質因素對圍岩穩定性之影響 5 2.2 地下工程開挖深度對圍岩之影響 7 2.3 地下工程幾何配置對圍岩之影響 13 2.3.1 隧道斷面形狀與尺寸 13 2.3.2 隧道間距比(W/B) 14 2.4 KBS處置設計概念 15 2.5 地下工程圍岩穩定性分析方法 17 2.5.1 經驗法 17 2.5.2 解析法 17 2.5.3 數值分析方法 18 2.5.4 模糊理論分析 19 2.5.5 圍岩的失穩評估依據 20 2.6 地下工程受震之破壞 21 2.7 地震加速度在地下之變化 25 2.8 地震作用下之隧道分析模式 27 2.9 垂直向地震反應譜之擬合 28 2.10 研究區概述 28 2.11 本研究室相關論文回顧 36 2.11.1 地下深開挖岩體在十萬年再現週期之地震歷時下安全性評估模式之研究(陳科翰,2013) 36 2.11.2 地下深開挖岩體在十萬年再現週期之地震歷時下安全性評估模式之研究-以台灣及金門地區為例(林季平,2014) 37 2.11.3 地下深開挖岩體於十萬年再現週期之地震歷時下安全性評估-以金門地區為例(楊東嘉,2015) 38 2.11.4 地下深開挖岩體之安全性評估──以一離島為例(林健洋,2016) 39 第三章 十萬年再現週期之設計地震歷時與數值模擬方法 41 3.1 設計地震反應譜 41 3.2 設計地震加速度歷時 44 3.3 數值模擬理論 50 3.4 分析工具 52 3.5 模型建立 53 3.5.1 基本假設 53 3.5.2 數值模型尺寸與元素網格設定 54 3.5.3 邊界條件及約束 59 3.6 參數設定 62 第四章 大地應力作用下地下坑室安全係數 64 4.1 靜態安全係數 64 4.1.1 Mohr-Coulomb破壞準則 64 4.1.2 張力破壞準則 65 4.2 純重力大地應力作用下應力分佈 66 4.3 靜態安全係數分區討論 70 4.3.1 隧道頂拱區之安全係數 71 4.3.2 側壁底部區之安全係數 76 4.3.3 處置坑區之安全係數 80 4.4 臨界安全深度 85 4.4.1 各區之臨界安全深度 85 4.5 小結 87 第五章 地震力作用下地下坑室安全係數 88 5.1 地震力之輸入 88 5.2 地震力所引起之破壞 88 5.3 地震力與處置坑間距比(W/B)之影響 91 5.4 地震力作用下分區討論 92 5.4.1 頂拱區 93 5.4.2 角隅處 94 5.4.3 處置坑 95 5.5 各區域受震安全係數變化百分率 96 5.6 小結 97 第六章 結論與建議 98 6.1 結論 98 6.2 建議 99 參考文獻 100

    [1] 內政部營建署。建築物耐震設計規範及說明。2005。
    [2] 台灣電力公司。我國用過核子燃料最終處置初步技術可行性評估報告(SNFD2009報告)。2010。
    [3] 朱金芳,徐錫偉,黃宗林,吳建春、張先康。福州市活斷層探測與地震危險性評價,中國城市活斷層探測叢書,科學出版社,2004。
    [4] 李忠生,「黃土斜坡地震動時程分析」,西北地震學報,第26卷,第2期,第126–130頁,2004。
    [5] 李金波、汪明靂。地下工程圍岩穩定性分析方法探討。河海大學土木工程学院,2006。
    [6] 林蔚、陳文山、楊明宗。我國用過核子燃料長程處置潛在母岩特性調查與評估階段––潛在母岩特性調查(93年計畫)––潛在母岩特性調查。台灣電力公司委辦計畫,SNFD-ERL-90-219,工業技術研究院,2005。
    [7] 胡進軍、謝禮立。地震動幅值沿深度變化研究。地震學報,第27卷,第1期,2005。
    [8] 徐龍軍、謝禮立,胡進軍。地下地震動工程特性分析。岩土工程學報,第28卷,第9期,第1106–1111頁,2006。
    [9] 連志升、田良燦、王維德等譯,「岩石地下工程」,冶金工業出版社,1986。
    [10] 張玉敏、盛謙、朱澤奇、張占榮,岩土力學,第31卷,第10期,第3197-3203頁,2010。
    [11] 張志中、潘華、黃昭、王善雄、遊良斌、鄢家全、吳宣。台灣及台灣海峽地震活動對大陸地區的影響。地震學報,第31卷,第3期,第319–332頁,2009。
    [12] 張倬元、王士天、王蘭生、黃潤秋、許強、陶連金。工程地質分析原理。地質出版社,2009。
    [13] 張毓文、簡文郁、邱世彬。金、馬及澎湖地區之設計地震研擬。國家地震工程研究中心,NCREE-10-016,2010。
    [14] 陳正勳、王泰典、黃燦輝。山嶺隧道受震損害類型與原因之案例研究。岩石力學與工程學報,第30卷,第1期,2011。
    [15] 陳正勳、黃燦輝,1992 岩盤工程研討會論文專集,台南,第 359-371 頁 ,1992。
    [16] 陳衛忠、伍國軍、賈善坡。ABAQUS在隧道及地下工程中的應用。中國水利水電出版社,2010。
    [17] 聞學澤、徐錫偉。對東南沿海1067年和1574年兩次地震的分析。地震地質,第27卷,第1期,第1–10頁,2005。
    [18] 蕭富元、王建力、陳錦清、羅國峰。雙孔隧道間距對支撐設計影響探討。台灣公路工程,第36卷,第2期,第26-52頁,2010。
    [19] Chang, T. P., Yu, G.Y. A study of strong motion response spectrum in west-central Taiwan. Terrestrial Atmospheric and Oceanic Sciences, vol.13, no. 2, 2002.
    [20] Dowding C.H., Rozen A., Damage to rock tunnels from earthquake shaking, American Society of Civil Engineers Journal of Geotechnical Engineering Division,Vol.104, p. 175-191,1978.
    [21] Goodman, R.E., Introduction to Rock Mechanics , John Wiley and Sons, New York ,1989.
    [22] Hoek, E, Brown E. T. Underground excavations in rock. The Institution of Mining and Metallurgy, 1980.
    [23] Hoek, E., Carranza-Torres, C., Corkum, B. Hoek-Brown failure criterion– 2002 edition. Proceedings of the Fifth North American Rock Mechanics Symposium, Toronto, Canada, vol. 1, p. 267–273, 2002.
    [24] Jing, L. A review of techniques, advances and outstanding issues in numerical modelling for rock mechanics and rock engineering. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, vol. 40, p. 283–353, 2003.
    [25] Kubota, S., Yamamoto, Y., Shimbo, H. Seismic stability assessment of underground drift for geological disposal during operational phase. East Asia Forum on Radwaste Management, 2015.
    [26] Kirsch, G., “Die Theorie der Elastizitat und Die Budurfnisse der Festigkeitslehre", Veit Verein Deutscher Ingenieure, 42 (28), pp797–807 ,1898.
    [27] Li, P., Song, E. X. Three-dimensional numerical analysis for the longitudinal seismic response of tunnels under an asynchronous wave input. Computers and Geotechnics, vol. 63, p. 229–243, 2015.
    [28] Marinos, V., Marinos, P., Hoek, E. The geological strength index: applications and limitations. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, vol. 64, p. 55–65, 2005.
    [29] Posiva Oy. Horizontal Deposition of Canisters for Spent Nuclear Fuel Summary of the KBS-3H Project 2004 – 2007,p.21-75,2008.
    [30] Park, D., Sagong, M., Kwak, D. Y., et al. Simulation of tunnel response under spatially varying ground motion. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, vol.29, p.1417–1424, 2009.
    [31] Senent, S., Mollon, G., Jimenez, R. Tunnel face stability in heavily fractured rock masses that follow the Hoek-Brown failure criterion. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, vol. 60, p. 440–451, 2013.
    [32] Sharma, S. and Judd, W.R. Underground opening damage from earthquakes. Engineering Geology, vol. 30, p. 263–276, 1991.
    [33] Stamos, A. A., Beskos, D. E. 3-D seismic response analysis of long lined tunnels in half-space. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, vol.15, p.111–118, 1996.
    [34] Stamos, A. A., Beskos, D. E. Dynamic analysis of large 3-D underground structures by the BEM. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, vol.24, p. 917–934, 1995.
    [35] Terzaghi, K., Peck R. B. Soil mechanics in engineering practice. John Wiley and Sons, 1967.
    [36] Terzaghi, K., Theoretical Soil Mechanics. John Wiley and Sons, 1943.
    [37] Wang, W. L., Wang, T. T., Su, J. J., Lin, C. H., Seng C. R., Huang, T. H. Assessment of damage in mountain tunnels due to the Taiwan Chi-Chi Earthquake. Tunnelling and Underground Space Technology, vol. 16, p. 133–150, 2001.
    [38] Yang, Y. B., Hung, H. H. A 2.5D finite/infinite element approach for modeling viscoelastic bodies subjected to moving loads. International Journal for Numerical Methods in Engineering, vol. 51, p. 1317–1336, 2001.
    [39] Yoichi, Y., Shigeru, K., Shin, S. Seismic stability assessment of the engineered barrier system for the geological disposal against large ground motions. East Asia Forum on Radwaste Management, 2015.
    [40] Yu, H. T., Yuan, Y., Bobet, A. Multiscale method for long tunnels subjected to seismic loading. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, vol. 37, p. 374–398, 2013.

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