博碩士論文 88322043 詳細資訊




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姓名 陳翰平(Han-Ping Chen )  查詢紙本館藏   畢業系所 土木工程研究所
論文名稱 潛盾隧道開挖沉陷之有限元素分析
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摘要(中) 在隧道工程中,為了能夠減小在施工期間對地面交通之衝擊,目前潛盾工法已被廣泛地使用。本研究使用有限元素法,進行潛盾隧道開挖所造成地表沉陷之相關研究。考慮的開挖問題包括雙隧道與單隧道兩部分;在二向度之分析中,以平面應變來模擬新挖隧道開挖對既存隧道之影響,與盾尾間隙閉合後對地表沉陷之效應;在三向度之部分,則使用三維有限元素模型來模擬單隧道實際開挖之情形,進而探討未襯砌長度與隧道直徑比(P/D)與地表沉陷之關係。
在分析過程中是以ABAQUS有限元素程式為數值分析之工具。由於開挖時間甚短,考慮土壤為不排水狀況;在材料的組成模型上,則使用莫耳-庫倫降伏準則來描述土壤之彈塑性力學行為;分析所得之結果並與離心模型試驗之結果做一比較,以期作為日後相關問題分析之參考。
摘要(英) Shield tunneling has been widely used for tunnel construction in order to reduce interfering with the surface traffic. In this study, finite element method is applied to analyze the influence on surface settlement caused by shield tunneling. First, under two-dimension condition, considering the influence on an existed tunnel caused by tunneling a parallel tunnel and the effects upon the surface settlement after the closure of tail voids. On the other subject, considering a single tunnel and exploring the relation between the unlined length-to-diameter ratio(P/D) and surface settlement under three-dimension condition.
Mohr-Coulomb criterion is used for simulating the elastoplastic stress-strain and undrained behavior of soil. The numerical results using “ABAQUS” were compared with the results from centrifuge model tests.
關鍵字(中) ★ 地表沉陷
★  未襯砌長度
★  潛盾隧道
★  盾尾間隙
關鍵字(英) ★ closure of tail voids
★  shield tunnel
論文目次 中文摘要…………………………………………………………………I
英文摘要………………………………………………………………...II
目錄……………………………………………………………………..III
表目錄…………………………………………………………………...V
圖目錄…………………………………………………………………..VI
符號說明………………………………………………………………..IX
第一章 緒論……………………………………………………………..1
1.1前言…………………………………………………………….…1
1.2研究動機………………………………………………………….2
1.3分析方法………………………………………………………….3
1.4論文內容………………………………………………………….4
第二章 文獻回顧………………………………………………………..5
2.1物理模型試驗…………………………………………………….5
2.2經驗法與現場量測……………………………………………….7
2.3數值分析法……………………………………………………….9
第三章 分析方法與模型模擬………………………………………….12
3.1有限元素法……………………………………………………....12
3.2 MSC/Patran之簡介…………………………………………….13
3.3雙隧道之模型模擬………………………………………………13
3.3.1模型試驗…………………………………………………....13
3.3.1-1試驗方法……………………………………………13
3.3.1-2邊界條件之模擬……………………………………15
3.3.2雙隧道網格之收斂研究…………………………………...16
3.4單隧道之模型模擬………………………………………………17
3.4.1模型試驗…………………………………………………....17
3.4.1-1試驗方法…………………………………………….17
3.4.1-2數值模擬之模型…………………………………….17
3.4.1-3邊界條件之模擬…………………………………….18
3.4.2單隧道網格之收斂研究…………………………………....18
3.5超載係數(Overload factor)…………………………………….19
第四章 模擬結果與討論……………………………………………….38
4.1數值分析驗證……………………………………………………38
4.2雙隧道之模擬結果與討論………………………………………38
4.2.1地表沉陷之分布型態……………………………………....38
4.2.2隧道之變形………………………………………………....39
4.3單隧道之模擬結果與討論……………………………………....40
4.3.1模型Ⅰ……………………………………………………....40
4.3.2模型Ⅰ與模型Ⅱ之比較…………………………………....41
4.3.3模型Ⅱ所模擬之案例比較………………………………....42
4.3.4數值模擬與實驗之比較…………………………………....43
4.3.5外力加載之模擬結果……………………………………...44
第五章 結論與建議…………………………………………………….67
5.1結論………………………………………………………………67
5.2建議………………………………………………………………68
參考文獻………………………………………………………………...69
表目錄
表 3-1 土壤與襯砌之材料性質……………………………………….22
表 3-2 雙隧道模型試驗編號………………………………………….22
表 3-3 單隧道襯砌之材料性質……………………………………….23
表 3-4 單隧道模型試驗編號………………………………………….23
圖目錄
圖3-1 分析流程………………………………………………………..24
圖3-2 A型模型襯砌………………………………………………….25
圖3-3 B型模型襯砌………………………………………………….26
圖3-4 新挖隧道盾尾間隙閉合示意圖………………………………..27
圖3-5 雙隧道之模型示意圖…………………………………………..27
圖3-6(a)(b)(c)不同尺寸之有限元素網格……………………..28
圖3-7 雙隧道網格收斂性之比較……………………………………..29
圖3-8 單隧道模型Ⅰ示意圖…………………………………………..30
圖3-9 單隧道模型Ⅱ示意圖…………………………………………...31
圖3-10 單隧道模型邊界條件示意圖………………………………….32
圖3-11 單隧道網格示意圖(正視圖)……………………………….33
圖3-12 C/D=2,P/D=0.5(5997個結點,1184個元素)……………….34
圖3-13 C/D=2,P/D=0.5(7133個結點,1440個元素)……………….34
圖3-14 C/D=2,P/D=0.5(8269個結點,1696個元素)…………………35
圖3-15 單隧道網格收斂性之比較…………………………………….35
圖3-16(a)(b)求超載係數之說明示意圖………………………….36
圖3-17(a)(b)單隧道簡化示意圖(側視圖)…………………….37
圖4-1 雙隧道模型模擬之有限元素網格……………………………..46
(a)C/D=1,d/D=1.5(1263個結點,384個元素)
(b)C/D=2,d/D=1.5(1387個結點,424個元素)
圖4-2(a)LT4T2之地表沉陷與超載係數之關係……………………47
圖4-2(b)地表位移計之配置圖……………………………………....47
圖4-3(a)LT5T2之地表沉陷與超載係數之關係……………………48
圖4-3(b)地表位移計之配置圖……………………………………...48
圖4-4 LT4T2之沉陷槽曲線分布型態…………………………………49
圖4-5 LT4T2與LT5T2之沉陷槽曲線比較圖…………………………49
圖4-6(a)LT4T2隧道變形與超載係數之關係………………………50
圖4-6(b)LT5T2隧道變形與超載係數之關係………………………50
圖4-7 模型Ⅰ之網格示意圖(正視圖)………………………………51
圖4-8 模型Ⅰ之網格示意圖(側視圖)………………………………52
試驗T3D2,C/D=2,P/D=0.5(7020個結點,1376個元素)
圖4-9 模型Ⅰ之側視圖………………………………………………...52
圖4-10 地表位移計配置圖(上視圖)……………………………….53
圖4-11 模型Ⅰ之地表沉陷與超載係數之關係……………………….53
圖4-12(a)(b)模型Ⅱ之網格示意圖(正視圖)………………….54
圖4-12(c)模型Ⅱ之網格示意圖(正視圖)……………………….55
圖4-13 模型Ⅱ之網格示意圖(側視圖)…………………………….55
試驗T3D2,C/D=2,P/D=0.5(7133個結點,1440個元素)
圖4-14(a)(b)模型Ⅰ與模型Ⅱ之比較…………………………….56
圖4-15 模型Ⅱ之網格示意圖(側視圖)…………………………….57
試驗T3D3,C/D=2,P/D=1.5(5179個結點,1024個元素)
圖4-16 試驗T3D2(模型Ⅱ)地表沉陷與超載係數之關係……………58
圖4-17 試驗T3D3(模型Ⅱ)地表沉陷與超載係數之關係……………58
圖4-18 試驗T3D2(模型Ⅰ)與實驗之比較……………………………59
圖4-19 試驗T3D2(模型Ⅱ)與實驗之比較……………………………59
圖4-20 試驗T3D3(模型Ⅱ)與實驗之比較……………………………60
圖4-21 T3D2(模型Ⅰ)之橫斷面地表沉陷槽分布曲線……………….61
圖4-22 T3D2(模型Ⅱ)之橫斷面地表沉陷槽分布曲線……………….62
圖4-23 T3D3(模型Ⅱ)之橫斷面地表沉陷槽分布曲線……………….63
圖4-24 縱斷面地表沉陷槽分布曲線………………………………….64
圖4-25 離心模型之支撐氣壓示意圖………………………………….65
圖4-26 數值模擬之外力加載示意圖………………………………….65
圖4-27 試驗T3D2與實驗之比較(外力加載)……………………….66
圖4-28 試驗T3D3與實驗之比較(外力加載)……………………….66
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【24】林建良,「潛盾隧道周圍土壓力之分布」,碩士論文,國立中央大學土木工程研究所,中壢(1999)。
【25】彭德俊,「黏土層中併行潛盾隧道互制現象之有限元素分析」,碩士論文,國立中央大學土木工程研究所,中壢(2000)。
指導教授 張瑞宏(Jui-Hung Chang) 審核日期 2001-7-11
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