以離心機實驗與隱式動力有限元素法模擬逆斷層滑動

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姓名

陳坤生(Kun-Sheng Chen) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

以離心機實驗與隱式動力有限元素法模擬逆斷層滑動

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摘要(中)

台灣位處太平洋地震帶，時常有地震發生，近年來針對地震問題，建築上已經採用相當嚴格的耐震設計，但礙於台灣地狹人稠，許多建築難免會落在斷層範圍區，若發生斷層錯動，地表會產生永久位移，將對建築產生重大損傷，也對人民性命造成危害，故對斷層錯動進行深入的研究與探討，是台灣目前相當重要的課題。
本研究結合隱式動力有限元素法與莫爾庫倫模型，對逆斷層實驗進行模擬分析，期望找出適合的分析模式，並加以應用於地震工程上。
莫爾庫倫模型是以塑性力學中之塑性流法則所推導，以應力狀態判斷土壤是否進塑性，若進入塑性，則對應力應變關係進行調整，且對土壤參數進行修正。
從分析結果發現了一些動力程式特有的問題，如擬靜態實驗模擬中，分析結果深受質量與阻尼影響，需要對質量與阻尼做參數分析，找出適合之參數，以便消除慣性力之影響。最後對隱式動力有限元素法提出了一些建議，期望對未來分析逆斷層實驗時有所幫助。

關鍵詞:隱式動力有限元素法、莫爾庫倫模型、塑性力學、塑性流法則

摘要(英)

Earthquake occurs very frequently in Taiwan because it situates in Circum Pacific-Seismic Belt. The seismic design code has been taken strictly for many kinds of architecture in recent years. However, a lot of buildings are located at the fault zone because the land of Taiwan is not enough for people having such a large living space. The buildings would be damaged and people would be put in danger if the fault dislocates, causing permanent ground displacement. It is a crucial issue by now for Taiwan to profoundly analyze the dislocation of the fault.
This research includes implicit dynamic finite element method and Morh Coulomb model, analyzing experimentally the reverse fault. It is expected that be applied in earthquake engineering by figuring out the best analyzing mode.
Morh Coulomb model is derived from the plastic flow method, which is from the theory of plasticity, to determine if the stress state of the soil is plastic or not. If so, the soil parameters should be modified, corresponding to the adjustment of the relationship between stress and strain.
According to the results after analyzing, there are some specified problems for dynamic program. For an instance, the results are mainly influenced by the mass and the damping in pseudo-static experiment. In order to remove the influence of the inertial force, it needs to find the most suitable parameters while doing the parameter analysis for mass and damping. Finally, the suggestions are made for implicit dynamic finite element method to analyze the reverse fault experiment more comprehensively in the future.

Key words : implicit dynamic finite element method, Mohr-Column model, theory of plasticity, plastic flow method

關鍵字(中)

★ 隱式動力有限元素法
★ 莫爾庫倫模型
★ 塑性力學
★ 塑性流動法則

關鍵字(英)

★ implicit dynamic finite element method
★ Mohr-Column model
★ theory of plasticity
★ plastic flow method

論文目次

摘要 I
ABSTRACT II
誌謝 IV
目錄 V
表目錄 VIII
圖目錄 X
第一章緒論 1
1.1研究動機與目的 1
1.2文獻回顧 1
1.2.1向量式有限元素法 1
1.2.2隱式動力有限元素法 3
1.2.3數值方法模擬離心機之斷層錯動實驗 4
1.3論文架構 5
第二章向量式有限元素法與隱式動力有限元素法 7
2.1向量式有限元素法 8
2.1.1結構之節點離散 8
2.1.2節點位移向量 8
2.1.3途徑單元(path element) 9
2.1.4建立節點運動方程式 10
2.1.5變形與內力計算 12
2.1.6時間積分 14
2.2隱式動力有限元素法 18
2.2.1隱式動力有限元素法之推導 18
2.2.2平面元素之四節點元素 22
2.2.3隱式動力有限元素法之計算流程 27
第三章土壤塑性模型 37
3.1 塑性流動法則(plastic flow rule) 37
3.2 莫爾庫倫模型(Morh Coulomb model) 40
3.3 硬化與軟化模型(hardening and softening model) 46
3.4 莫爾庫倫模型之程式流程 48
第四章數值算例分析與驗證 54
4.1 莫爾庫倫模型驗證 54
4.1.1壓密試驗(Oedometer Test) 54
4.1.2固定質量比例阻尼係數及土壤參數變化下，不同質量密度對結果之影響 55
4.1.3固定質量密度及土壤參數變化下，不同質量比例阻尼係數對結果之影響 57
4.1.4固定土壤參數變化下，不同質量密度與質量比例阻尼係數對結果之影響 58
4.1.5固定質量密度與質量比例阻尼係數下，不同土壤參數變化之影響 61
4.2 逆斷層模擬與分析 63
4.2.1 離心機實驗介紹 63
4.2.2 土壤材料性質 64
4.2.3 數值模型 65
4.2.4 分析結果與問題 66
第五章結論與未來展望 118
5.1結論 118
5.2未來展望 119
參考文獻 121

參考文獻

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指導教授

莊德興

審核日期

2018-8-14

推文