潛盾隧道冰凍工法凍脹效應之有限元素分析

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姓名

田堯仁(Yao-jen Tien) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

潛盾隧道冰凍工法凍脹效應之有限元素分析
(Finite Element Analysis of Frost Heave Behavior for Ground Freezing Method)

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摘要(中)

本研究針對潛盾隧道開挖時所使用之冰凍工法，進行其凍脹行為的熱應變數值分析，模擬的案例為國立雲林科技大學校址內進行的冰凍開挖試驗，依照試驗現地狀況建立有限元素數值模型。在力學分析中，將熱傳導數值模擬所得之溫度分佈場視為熱載重，並適當簡化有限元素模型，使其成為更適合力學分析模擬。研究中使用有限元素軟體ABAQUS進行熱應力分析，以此模擬冰凍試驗之程序及方法，分析土壤之凍脹行為。

摘要(英)

The main objective of this study is to analyze the thermal strain and the behavior of ground process frost heave for freezing method applied to tunnel construction. The simulated case is the ground freezing test carried out in National Yunlin University of Science and Technology. A finite element simulation model has been established according to in-situ condition with the temperature distribution of the heat transfer as the thermal loading. Additionally, a simplified mechanical model was established and applied to mechanical analysis in this study. The computer package ABAQUS is used for thermal stress analysis to study the behavior of frost heave of frozen soil.

關鍵字(中)

★ 有限元素法
★ 凍土
★ 潛盾隧道
★ 冰凍工法
★ 土壤凍結

關鍵字(英)

★ frost heave
★ tunnel
★ freezing method
★ ground freezing
★ finite element method

論文目次

第一章緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 2
1.3 研究方法 2
1.4 論文內容 3
第二章文獻回顧 5
2.1 潛盾開挖之輔助工法 5
2.2 冰凍工法相關事項 7
2.2.1 冰凍工法常用之形式 7
2.2.2 冰凍管型式 10
2.2.3 冰凍工法之施工 13
2.3 土壤基本熱性質 16
2.4 凍土的特性 17
2.5 土壤冰凍試驗之相關文獻 20
2.6 土壤冰凍數值模擬分析相關文獻 24
2.7 隧道開挖的分析方法 25
2.7.1 數值分析法 26
第三章熱傳分析理論與數值模擬方法 28
3.1 前言 28
3.2 熱力學分析理論 28
3.3 熱傳導分析理論 29
3.4 熱應力分析模式 33
3.5 有限元素法數值分析理論 34
3.6 使用之數值模擬軟體 37
3.6.1 MSC/Patran 37
3.6.2 ABAQUS 39
第四章冰凍試驗之模擬 41
4.1 冰凍試驗現地狀況與施作情形 41
4.2 模型建立與模擬方法（一） 50
4.3 模型建立與模擬方法（二） 56
4.4 網格收斂與網格簡化 58
4.5 模型建立與模擬方法（三） 59
4.6 土壤熱膨脹係數參數分析 60
4.7 土壤熱膨脹係數參數分析（二） 61
4.8 土壤材料係數參數分析 63
第五章模擬結果與討論 65
5.1 原設計模型和簡化模型之比較 65
5.2 熱膨脹係數參數分析結果 69
5.3 土壤熱膨脹係數參數分析結果（二） 72
5.4 土壤材料係數參數分析結果 76
5.5 與現地量測比較結果 77
第六章結論與建議 80
6.1 結論 80
6.2 建議 82
參考文獻 84

參考文獻

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【12】曾紀緯，「地盤凍結工法在地下開挖工程之應用」，碩士論文，國立交通大學，1997。
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【14】陳光龍，「高雄地區沉泥質砂層凍結特性之探討」，碩士論文，逢甲大學，1993。
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指導教授

張瑞宏(Jui-hung Chang)

審核日期

2007-7-23

推文