| 姓名 |
廖向喬(Hsiang-Chiao Liao)
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畢業系所 |
土木工程學系 |
| 論文名稱 |
以離心模型與分離元素法探討高角度順向坡之整治策略
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| 摘要(中) |
台灣常見的沉積構造經由造山運動在許多地區形成各種不同類型的邊坡，依坡向與層面關係，可分為順向坡、逆向坡及斜交坡等。近幾年台灣重大的順向坡災害案例，如獻肚山走山（2009）造成小林村滅村以及國道三號 3.1 公里崩塌事件（2010）等均使得台灣社會針對順向坡所造成的損失更加重視，因此近年來順向坡破壞機制及其影響之相關研究受到大地工程界相當程度之重視，然而，順向坡破壞機制與其整治策略之關係仍待相關研究進行探討。
本研究以曾煒傑(2015)研究中之高角度順向坡模型為基本模型，設計鋁合金預力岩錨(栓)以及3D列印ABS灌漿式岩錨進行上述模型之整治，高角度順向坡之層面與底面角度分別為60度與30度，且為前人研究中破壞最為嚴重者。研究採用離心模型試驗以及數值模擬，離心試驗模擬岩錨未發生拉出破壞以及拉出破壞對於整體邊坡破壞狀況的影響，並量測分析邊坡變形過程岩錨預力的變化，再依照不同整治策略之結果進行分析與討論。結果顯示，與未整治岩坡比較，鋁合金預力岩錨整治順向坡之塊體崩落狀況主要集中在水位面以下，岩錨預力隨離心重力場增加而有先降低再提升之現象；然而，ABS岩錨產生拉出破壞狀況下，其岩坡之整體破壞狀況較未整治岩坡更為嚴重。
最後，本研究利用離心試驗結果驗證PFC3D之數值模型，並調整不同整治策略之模擬參數，分析相對應之結果。結果顯示，岩錨施作位置與長度對於其整治效果有明顯之提升，提升適當的預力亦可以對於邊坡整治效果產生正面的效果。此外，岩錨的施作角度若未與層面垂直則會降低整治效果。 |
| 摘要(英) |
Vast mountainous areas due to the active geological activities can be observed throughout Taiwan. With the rapid growth of economy and population, more and more human activities have also been switched to the mountainous areas. Hence, disasters related to mountainous areas would result in the loss of lives and properties. For example, Hsien-du Mountain dip slope landslide destroyed Hsiaolin Village in 2009 and the National Highway No. 3 landslide event in 2010 also caused lives and properties. Therefore, it is crucial to study the failure mechanisms and the corresponding mitigation measures of relevant slopes.
In this study, we employed the simplified dip-slope model that was proposed by Zeng (2015) to conduct centrifuge tests and PFC simulation with rock anchor mitigation measures. Aluminum alloy and 3D-printed rock anchor models were chosen for the dip-slope model. Furthermore, prestress was also applied for the aluminum alloy rock anchor model. Centrifuge test results have shown that with alloy rock anchor, the collapsing conditions were improved significantly, while 3D-printed dip slope exhibit severe collapse of the slope, possibly due to the pull-out failure of the anchor.
Finally, the numerical models of PFC3D were verified by comparing with the centrifuge test results. Furthermore, a number of mitigation parameters such as length, location and prestress of the rock anchors were varied to explore the mitigation effects. Numerical simulation results have shown that the length, and location of the rock anchor could enhance the mitigation effects of the rock anchor, with proper applied prestress, the mitigation effect can also be improved. In addition, changing the angle of the rock anchor would reduce the mitigation effects. |
| 關鍵字(中) |
★ 順向坡
★ PFC3D
★ 離心模型
★ 鋁合金岩錨模型
★ 3D列印岩錨模型 |
關鍵字(英) |
★ Dip slope
★ PFC3D
★ Centrifuge test
★ Aluminum alloy rock anchor
★ 3D-printed rock anchor |
| 論文目次 |
目錄
摘要 i
Abstract ii
誌謝 iii
圖目錄 vii
表目錄 xiii
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 1
1.3研究目的 3
1.4 論文架構 3
第二章 文獻回顧 5
2.1順向坡定義 5
2.2順向坡常見破壞機制 6
2.3岩坡整治工法介紹 9
2.3.1主動式加勁工法 11
2.3.2被動式加勁工法 13
2.4地工離心機介紹 14
2.4.1離心機原理 15
2.4.2離心模型靜態相似律推導 16
2.5 數值模擬軟體PFC3D介紹 17
2.5.1 PFC3D程式運算原理與基本假設 17
2.5.2運動方程式 18
2.5.3 PFC3D之接觸勁度、接觸類型以及接觸模型介紹 20
2.6以離心模型試驗探討順向坡破壞 23
第三章 研究方法 26
3.1離心物理模型試驗 26
3.1.1高角度順向坡之組成材料性質 29
3.1.2高角度順向坡之試體製作 33
3.1.3高角度順向坡之試驗儀器 37
3.1.4不同膠結與錨碇端長度之比較 42
3.1.5高角度順向坡之試體裝機過程以及整治工法 44
3.2 PFC數值模型建立 47
3.2.1高角度順向坡模型之建立與模型基本參數 47
3.2.2建立預力岩錨與施加預力方式 49
第四章 分析結果與討論 52
4.1離心試驗規劃 52
4.2鋁合金岩錨整治岩坡(試驗A)結果 53
4.2.1試驗A-0整治效益 53
4.2.2試驗A-1整治效益 56
4.3 ABS岩錨整治岩坡(試驗B)結果 60
4.3.1試驗B-0整治效益 60
4.3.2試驗B-1整治效益 64
4.4 不同條件預力岩錨整治效果之比較 66
4.5 未整治順向坡與各項整治工法順向坡比較 68
第五章 數值模擬之參數驗證及分析 70
5.1數值模擬參數設定 70
5.2數值模擬驗證未整治順向坡 72
5.3試驗A-1(鋁合金預力岩錨)數值模擬參數驗證與分析 73
5.4 數值模擬A-1驗證離心試驗A-1(鋁合金預力岩錨) 76
5.5 數值模擬A-1(鋁合金預力岩錨)參數分析 80
5.5.1 數值模擬A-2(重力場100g) 81
5.5.2 數值模擬A-3(預力加倍) 83
5.5.3 數值模擬A-4(預力減半) 85
5.5.4 數值模擬A-5(岩錨施打角度35度) 87
5.5.5 數值模擬A-6(岩錨施打角度25度) 89
5.5.6 數值模擬A-7(岩錨錨碇端位置改變) 91
5.6數值模擬A(鋁合金預力岩錨)參數分析之小結 93
5.7試驗B-1(ABS岩錨)數值模擬參數驗證與分析 94
5.8數值模擬B-1驗證離心試驗B-0(ABS岩錨) 95
5.9數值模擬B(ABS岩錨)數值模擬參數分析 97
5.9.1 數值模擬B-2(重力場100g) 98
5.9.2 數值模擬B-3(岩錨施打長度減半) 99
5.9.3 數值模擬B-4(岩錨施打角度35度) 100
5.9.4 數值模擬B-4(岩錨施打角度25度) 101
5.9.5 數值模擬B-6(岩錨施打位置改變) 102
5.10試驗B-1(ABS岩錨)數值模擬參數分析之小結 103
5.11高重力場下(100g)不同整治工法數值模擬分析 104
第六章 結論與建議 107
6.1結論 107
6.2建議 110
參考文獻 111
附錄 113 |
| 參考文獻 |
1. 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」，國立中央大學土木工程學系，碩士論文，2015。
2. 莊庭鳳，「以分離元素法探討板岩邊坡變形機制」，國立高雄大學土木與環境工程所，碩士論文，2014。
3. 行政院農業委員會，水土保持技術規範，2014。
4. 高憲彰：〈水庫風險管理介紹-以翡翠水庫為例Ⅱ〉，2016，取自：https://reurl.cc/8jMWjd。
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6. 陳榮河、林美聆和林銘郎：〈台灣區道路落石坍方之危險度分級準則及防治改善工法研究〉，國立台灣大學土木工程學研究所，1997。
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15. Itasca, C. G. (2014). User’s guide in PFC version 5.0 [M]. Itasca Consulting Group Inc., Minneapolis. |
| 指導教授 |
黃文昭(Wen-Chao Huang)
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審核日期 |
2023-8-11 |
| 推文 |
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