| 研究生: |
賴佳澤 Lai, CHia-ze |
|---|---|
| 論文名稱: |
利用環形剪力試驗探討具節理面之軟弱砂岩受振力學特性 The Dynamic Mechanical Properties of Joint on Soft Sandstone Using Ring Shear Test |
| 指導教授: |
李德河
Lee, Der-her |
| 學位類別: |
碩士 Master |
| 系所名稱: |
工學院 - 土木工程學系 Department of Civil Engineering |
| 論文出版年: | 2009 |
| 畢業學年度: | 97 |
| 語文別: | 中文 |
| 論文頁數: | 208 |
| 中文關鍵詞: | 殘餘剪力強度 、節理岩塊 、草嶺地滑 、集集地震 、環形剪力試驗 |
| 外文關鍵詞: | jointed rock, residual shear strength, Tsaoling landslide, ring-shear test, Chi-Chi earthquake |
| 相關次數: | 點閱:142 下載:2 |
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草嶺地滑是1999年集集地震所誘發的坡地災害案例中規模最大的。從地質剖面圖可知,地滑區為一順向坡地形,滑動面傾斜角度與地層傾角相近,大約介於11∘-14∘之間。而滑動面主要通過的地層為上新世至更新世的卓蘭層,僅在下邊坡切入上新世的錦水頁岩層。至於滑動面的最大深度約180m,而滑動的崩塌量達12,000萬立方公尺,滑動距離至少3公里。因此,為落實防災工作,對於大規模且長距離的草嶺地滑之受剪力學機制與動態力學行為,有其研究的必要。所以,本研究改善環形剪力試驗儀器的勁度與承載能力,並針對草嶺地滑區的卓蘭層砂岩所製作的節理岩塊進行環形剪力試驗,以求取其受剪行為、真實殘餘剪力強度與破壞準則。除此之外,更利用動態環形剪力試驗探討地震力作用過程中,卓蘭層砂岩之受剪力學機制與動態力學行為受地震力的影響。
試驗結果顯示,由於環形剪力試驗具有剪動過程中剪斷面積維持不變與可沿同一方向進行大剪位移剪動的優點,所以能獲得較傳統直接剪力試驗及反覆直接剪力試驗來得小的真實殘餘摩擦角。而在動態環形剪力試驗方面,只有已經達殘餘狀態的試體,會有明顯的剪位移變化,且由其應力路徑的變化發現,當應力路徑接觸到破壞包絡線時,試體開始產生剪位移變化。由此可知,靜態破壞準則適用於動態環形剪力試驗,也代表著靜、動態破壞準則一致。另外,當考慮節理岩塊為連續體時,則地震力不考慮地震慣性力的存在,此時試體的累積剪位移量為-2mm,位移方向與地滑方向不符。相反的,若假設節理岩塊為分離體時,此時試體受地震慣性力的影響,且其累積剪位移量達40mm,且位移方向也與地滑方向一致。由此可知,在集集地震前滑動面應已形成且已達殘餘狀態,而且當地震力作用時滑動面上的岩體應有地震慣性力存在,如此才有可能造成如此大規模且長距離的草嶺地滑。
The Tsaoling landslide, one of the largest landslide triggered by Chi-Chi earthquake in 1999, is a dip-slope with a sliding surface whose inclination angle is similar to bedding plane, dipping uniformly at 11∘-14∘. The sliding surface passed through the Cholan Formation rocks generated in the Pliocene and Pleistocene epoch, and entered the Chinshui Shale of Pliocene epoch rock at the lower part. The maximum thickness of the sliding rock mass was 180m, and the collapsing volume of the landslide reached 120 million m3, with run-out distance exceeded 3km. Therefore, it is necessary to investigate the shear mechanisms and the dynamic behavior of sliding surface for disaster prevention works. In this research, we improved the stiffness of ring-shear apparatus and enabled the equipment to provide higher loading to precede ring-shear tests on the jointed rock of Cholan sandstone from the Tsaoling landslide site. Then, the shear behaviour, the true residual shear strength and the failure criterion of the jointed rock will be obtained by using ring-shear test. In addition, the dynamic ring-shear test is also used to investigate the shear mechanisms and the dynamic behavior of the rock under earthquake impact.
Base on the test results, the least residual friction angle is obtained from the ring-shear tests, because there is no change in the area of cross section of the shear plane as the test proceeds and that the sample can be sheared through an uninterrupted displacement in one direction until to achieve a true residual strength condition. Furthermore, the dynamic shear displacement of the specimen with residual shear surface has significant movement when the stress path of the dynamic ring-shear tests touched the failure envelope obtained by the static tests, which indicated that the failure criterions of static and dynamic stress are identical. Meanwhile, the accumulated shear displacement without considering seismic inertia force was -2mm, indicating abnormal sliding orientation, which moved toward the top of slope. On the contrary, the accumulated shear displacement involving relative seismic inertia force reached 40mm, and the sliding orientation correlated well with the actual landslide. The test results showed that the sliding surface reached residual state before Chi-Chi earthquake. In addition, the seismic inertia forces strongly governed the behavior of the blocks above the sliding surface when the earthquake occurred and resulted in the landslide.
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