以離心模型試驗與數值模型探討高角度逆向坡的破壞行為

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胡家豪(Chia-Hao Hu) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

以離心模型試驗與數值模型探討高角度逆向坡的破壞行為

相關論文

★ 探討逆向坡受重力變形及降雨影響之破壞型態	★ 以離心模型試驗及個別元素法評估正斷層和逆斷層錯動地表及地下變形
★ 極端降雨下堤防破壞機制探討 -以舊寮堤防為例	★ 土壤工程性質水平方向空間變異性探討－以標準貫入試驗N值為例
★ 使用離散元素法進行乾砂直剪試驗模擬	★ 以微觀角度探討顆粒狀材料在直剪試驗下之力學行為
★ 以地理統計方法進行大範圍基地地盤改良評估	★ 以離散元素法進行具鍵結顆粒材料之直剪試驗模擬
★ 地工織物加勁土壤之承載力影響因子探討 -以中大紅土為例	★ 以離散元素法探討加勁砂土層在淺基礎受載重下之力學
★ 卵礫石層直接剪力試驗與垂直平鈑載重試驗之離散元素法數值模擬	★ 不同粗糙度係數下岩石節理面剖面之空間變異性探討
★ 以分離元素法與離心模型模擬在不同尺度下順向坡滑動行為	★ 極端降雨下堤防邊坡穩定可靠度探討-以荖濃溪沿岸堤防為例
★ The micromechanical behavior of granular samples in direct shear tests using 3D DEM	★ 以分離元素法與離心模型試驗探討順向坡滑動行為

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摘要(中)

臺灣因位於板塊的交界上而有多元的地質環境，但也使得臺灣地區平均每年約發生26,686次地震(中央氣象局)，而這也使得邊坡處於不穩定的狀態，再加上有著季風與颱風帶來充沛的雨量，往往造成岩坡發生滑動或破壞。
因需要探討不同尺度下岩坡之穩定及破壞機制，因此在室內之物理試驗方面，採用中央大學土木系之離心機進行試驗，並使用直徑5mm的研磨石球作為簡化物理模型的材料，探討在改變不同層數厚度及解壓長度之岩體的變形行為，模擬簡化岩坡在不同條件下之反應，並且對於模擬後的結果進行細部分析，得到每片岩石片之倒塌情形及整體破壞變形比例。
取得試驗結果後，利用PFC3D模擬在相同重力場及相同層數與解壓長度下，以數值模擬出與物理模擬相似的結果，再將此數值模擬的參數結果提取出來，利用其數值參數模擬在相同逆向坡配置100倍重力場下之變形與破壞結果，並討論在此數值模擬結果下的破壞情形。

摘要(英)

Taiwan has a diverse geological environment caused by plate movement. On average, there are about 26,686 earthquakes per year in Taiwan, and this fact leaves the rock slopes in an unstable state, not to say the influence caused by the heavy rainfall.
Because of the need to explore the stability and failure mechanism of rock slopes with different scales, the laboratory tests with centrifuge in NCU were conducted to simulate simplified models to record the rock slope behavior under different layer thickness with 5mm diameter grinding stone ball. Detailed analysis was performed on the simulated results to obtain the deformation of each piece of rock sheet and the overall failure deformation ratio.
Afterwards, we have used PFC3D to simulate the same model in centrifuge test with the same gravitational field. First of all, numerical simulations were verified by comparing to physical simulations. Secondly, we used the verified numerical parameters to run the numerical models with 100g, simulating anti-dip slopes with 7.5 to 12 meter height and discussed the deformation and failure results under this numerical simulation result.

關鍵字(中)

★ 逆向坡
★ PFC3D
★ 離心模型
★ 尺寸效應

關鍵字(英)

★ Anti-dip slope
★ PFC3D
★ centrifuge model test
★ scale effect

論文目次

摘要 i
Abstract ii
目錄 iii
圖目錄 viii
表目錄 xiv
第一章緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 2
1.3 論文架構 3
第二章文獻回顧 4
2.1 逆向坡的定義 4
2.2 逆向坡的破壞案例 4
2.3 邊坡的破壞機制 6
2.4 邊坡的破壞型態 8
2.5 板岩邊坡的變形行為 11
2.6 傾覆破壞 13
2.6.1 傾覆破壞介紹 13
2.6.2 傾覆破壞的種類 14
2.6.3 二次傾覆模式 16
2.7 逆向坡滑動破壞的分析案例 19
2.8 以分離元素法探討板岩邊坡變形機制 22
2.9 離心機介紹 25
2.9.1 離心機設備 26
2.9.2 離心機理論 28
2.10 PFC3D介紹 29
2.10.1 PFC3D應用 30
2.10.2 PFC3D原理 30
2.10.3 力與位移法 32
2.10.4 運動方程式 36
2.10.5 接觸組成模式 38
第三章研究方法 43
3.1 物理試驗 43
3.1.1 物理模型之基本假設 43
3.1.2 試體之物理性質 44
3.1.3 試體製作 47
3.1.4 離心試驗設備 50
3.1.5 離心試驗配置 57
3.2 數值模擬分析 60
3.2.1 數值模擬之設定 61
3.2.2 數值模擬之參數 62
3.3 逆向坡分析理論構想 64
3.3.1 岩片性質定義 64
3.3.2 正規化抗彎勁度 65
3.3.3 K值比較 67
第四章實驗結果與分析 69
4.1 離心試驗規劃 69
4.2 離心試驗厚度與長度比例定義 71
4.3 離心試驗結果分析 74
4.3.1 試驗一：75度、單層、解壓長度7.5公分、20g 74
4.3.2 試驗二： 75度、單層、解壓長度12公分、20g 76
4.3.3 試驗三： 75度、雙層、解壓長度7.5公分、40g 78
4.3.4 試驗四： 75度、雙層、解壓長度12公分、20g 79
4.3.5 試驗五： 75度、四層、解壓長度7.5公分、20g 81
4.3.6 試驗六： 75度、四層、解壓長度12公分、20g 81
4.3.7 試驗七： 75度、一層、解壓長度12公分、20g、坡頂漸減82
4.4 試驗比較 83
4.4.1 單層試驗比較 83
4.4.2 解壓長度12公分試驗比較 86
4.4.3 各試驗比較 88
第五章數值模擬與實驗比較 95
5.1 數值模擬參數設定 95
5.2 數值模型與離心模型比較 96
5.2.1 75度、單層、解壓長度7.5公分、20g 97
5.2.2 75度、單層、解壓長度12公分、20g 97
5.2.3 75度、雙層、解壓長度7.5公分、40g 98
5.2.4 75度、雙層、解壓長度12公分、20g 99
5.2.5 75度、四層、解壓長度7.5公分、20g 99
5.2.6 75度、四層、解壓長度12公分、20g 100
5.2.7 75度、一層、解壓長度12公分、20g、坡頂漸減 101
5.3 數值100g模擬 101
5.3.1 75度、單層、解壓長度7.5公分、100g 102
5.3.2 75度、單層、解壓長度12公分、100g 103
5.3.3 75度、雙層、解壓長度7.5公分、100g 105
5.3.4 75度、雙層、解壓長度12公分、100g 107
5.3.5 75度、四層、解壓長度7.5公分、100g 109
5.3.6 75度、四層、解壓長度12公分、100g 111
5.3.7 75度、一層、解壓長度12公分、100g、坡頂漸減 112
5.4 試驗比較 113
5.4.1 K值比較 114
5.4.2 綜合比較 114
第六章結論 116
第七章建議及展望 118
參考文獻 119
附錄 121

參考文獻

1. 中央氣象局，地震專欄，檢自：https://www.cwb.gov.tw/V7/knowledge/planning/seismological.htm (Dec.11,2018)。
2. 國家災害防救科技中心，災害潛勢地圖網站，檢自：https://dmap.ncdr.nat.gov.tw/主選單/熱門災害主題/山崩-土石流-坡地災害潛勢/# (Dec.11,2018)。
3. 莊庭鳳，「以分離元素法探討板岩邊坡變形機制」，碩士論文，國立高雄大學土木與環境工程所，高雄(2014)。
4. 林育槿，「以分離元素法與離心模型試驗探討順向坡滑動行為」，碩士論文，國立中央大學土木工程學系，桃園(2016)。
5. 曾煒傑，「以分離元素法與離心模型模擬在不同尺度下順向坡滑動行為」，碩士論文，國立中央大學土木工程學系，桃園 (2015)。
6. Aydan, Ö., “Large Rock Slope Failures Induced by Recent Earthquakes,” Rock Mechanics and Rock Engineering, Vol. 49, pp. 2503-2524 (2016).
7. Chigira, M., “Long-term gravitational deformation of rocks by mass rock creep,” Engineering Geology, Vol. 32, No. 3, pp. 157-184 (1992).
8. Huang, R.Q., Zhao, J.J., Ju, N.P., Li, G., Lee, M.L., and Li, Y.R., “Analysis of an anti-dip landslide triggered by the 2008 Wenchuan earthquake in China,” Natural Hazards, Vol.68, 1021–1039 (2013).
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11. Leandro R. Alejano., Iván Gómez-Márquez., Roberto Martínez-Alegría.,“Analysis of a complex toppling-circular slope failure,” Engineering Geology, Vol. 114, pp. 93-104 (2010).
12. Weng, M.C., and Lo, C.M., “Gravitational deformation mechanisms of slate slopes revealed by model tests and discrete element analysis,” Engineering Geology, Vol. 189, pp. 116-132 (2015).
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指導教授

黃文昭(Wen-Chao Huang)

審核日期

2019-1-28

推文