裂隙岩體之基礎承載力異向性與變異性

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任光正(Kuang-Cheng Jen) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

裂隙岩體之基礎承載力異向性與變異性

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摘要(中)

本文以 PFC3D (Particle Flow Code in three dimensions)數值軟體進行裂隙
岩體之工程特性模擬，配合改變基礎長軸與不連續面位態之角度(α、γ)、
裂隙程度(P32)、裂隙直徑(D)、費雪常數(κ)等參數研究，進行岩石基礎承載
力異向性與變異性分析。
研究結果顯示上述參數對於裂隙岩體之承載力異向性與變異性有不同
程度影響。承載力變異性方面：(1) 承載力變異係數與傾角(α)具有倒 U 型
關係。(2) 承載力變異係數隨γ（基礎長軸與不連續面走向交角）增加而降
低，當γ=90 ﾟ時變異係數最低。(3) 裂隙程度、裂隙直徑越大，承載力變異
性越明顯。費雪常數越大，承載力隨α改變之變異性與異向性趨勢相反。而
在承載力異向性方面：(4) 裂隙程度、裂隙直徑、費雪常數越大，承載力異
向性越明顯。(5) 承載力隨傾角(α)具有 U 型關係，與單壓強度之異向性相
似。(6) 承載力隨α與γ而變動，而α的影響比γ顯著，且當γ=0 ﾟ時，承
載力最低，故以γ=0 ﾟ進行分析，可獲致偏保守側之承載力。(7) 基於數值
模擬結果，本文提出裂隙位態對基礎承載力分級之建議，可介接 RMR 分類
法針對岩石基礎之評分調整。

摘要(英)

The research uses PFC3D (Particle Flow Code in three dimensions)
numerical software to simulate the engineering characteristics of fractured
rock masses, and introduces the discrete element method (Discrete Element
Method) using radial expansion from the Finite Element Method (Finite
Element Method) mesh size concept. Radial Expansion), used to quickly
check the characteristics of large-scale rock foundation engineering, with
orientation of discontinuities, fracture intensity (P32), diameter of
discontinuities (D), Fisher constant (κ) these parametric research and
analysis of the optimal orientation of the rock foundation.
Conclusions: (a) The greater anisotropy ratio, the greater difference
in strength between different orientation. (b) Both dip and dip-direction of
discontinuities have an anisotropic influence on the bearing capacity. (c)
When D and P32 increase, the bearing capacity decreases. (e) When the rate
of bond replacement is over 50% in simulation, the SRM will fail. (f) The
coefficient of variation will increase with greater D、 P32、κ, it presents
the uncertainty of the bearing capacity has the positive relationship with
anisotropy ratio(AR). (g) When the long axis of the foundation is
orthogonal to the strike of the discontinuity, the bearing capacity will
increase and the anisotropy will decrease compared to other orientation.

關鍵字(中)

★ PFC3D
★ 合成岩體
★ 岩石基礎
★ 徑向膨脹法
★ 岩石異向性

關鍵字(英)

★ synthetic rock mass
★ discrete element method
★ rock foundation

論文目次

摘要 I
Abstract II
致謝 III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 XII
第一章、緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究方法與目的 3
1.3 研究架構 5
第二章、文獻回顧 6
2.1 岩體材料參數 6
2.2 合成岩體 14
2.2.1 鍵結顆粒模型（BPM） 15
2.2.2 離散裂隙網路（DFN） 17
2.2.3 平滑節理模型（SJM） 21
2.3 岩石基礎承載力相關理論 22
2.3.1 等向性岩體 22
2.3.2 橫向等向性岩體 23
2.3.3 Bell（1915）承載力公式 25
2.3.4 Ladanyi（1968）承載力公式 27
2.3.5 節理岩體承載力 28
第三章、數值模擬方法與模型建立 29
3.1 研究流程 29
3.2 模型建構 32
3.2.1 模擬一般岩石試驗 32
3.2.2 模擬承載力試驗 35
3.3 提升模擬效率方法 38
第四章、裂隙岩體參數敏感性分析 43
4.1 模擬完整岩體力學性質 43
4.1.1 微觀參數與巨觀參數之關係 46
4.2 模擬裂隙岩體力學性質 53
4.2.1 微觀參數與強度異向性 53
4.2.2 裂隙參數與強度異向性 57
第五章、基礎極限承載力之模擬結果 61
5.1 不連續面參數對承載力的異向性 62
5.1.1 κ對承載力的影響 64
5.1.2 D對承載力的影響 71
5.1.3 P32對承載力的影響 73
5.1.4 限制傾向或傾角對承載力的影響 75
5.2基礎形狀因子對承載力的異向性 80
5.3不連續面參數對承載力的變異性 84
第六章、結論與建議 91
6.1結論 91
6.1.1 力學行為模擬 91
6.1.2 基礎承載力模擬 92
6.2建議 94
附件： 95
參考文獻 113

參考文獻

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指導教授

田永銘(Yong-Ming Tien)

審核日期

2022-3-25

推文