博碩士論文 104322047 詳細資訊




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姓名 謝政育(Jheng-Yu Hsieh)  查詢紙本館藏   畢業系所 土木工程學系
論文名稱 以分離元素法探討沉積岩順向坡 在滑動過程中內部應力的發展
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★ 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) 台灣,位於環太平洋火山地震帶上的一個國家。由於地理位置特殊,在歐亞板塊與菲律賓板塊的相互擠壓下,使台灣成為一個山多平原少的地方。然而,每當地震、降雨過後,山區總會傳出一些坡地災害,再加上台灣特殊的地質環境,順向坡的滑動主要發生在於台灣西部山地丘陵地區的沉積岩層,這些順向坡在地震與豪雨的影響下,較容易發生滑動。尤其是砂頁岩互層的沉積岩由於兩者岩性的不同,水分無法滲透進頁岩層排出,層間孔隙水壓一旦升高會使得接觸面的剪力強度降低,最後會沿著層間滑開。
本研究根據曾煒傑(2015)及林育槿(2016)進行的三組離心試驗模型來進行PFC3D的數值模擬:(A)層理角度與坡度均為30度的互層順向坡(B)層理角度60度且坡度為30度的互層順向坡(C)層理角度與坡度均為30度的厚薄夾層順向坡,在三組摸型中,會考慮坡趾砍腳和坡趾泡水軟化的條件下進行來進行的數值模擬,來觀察順向坡的滑動的行為。接著會利用離心模型試驗及數值分析相互驗證的參數,來探討不同坡高順向坡滑動可能的樣貌,最後透過本研究能夠瞭解順向坡在滑動過程中的力學行為。
根據應力路徑的分析顯示,A組及C組順向坡的數值模型在滑動時,坡頂會有應力解壓的行為,而坡腹主要為受拉的應力狀態,在滑動時同樣會有應力解壓的行為出現。最後坡趾的應力路徑顯示,在滑動時會有垂直坡面方向的應力壓縮發展,隨著滑動的停止,會轉變為垂直坡面方向的應力解壓。B組順向坡模型的表面,隨著坡趾的隆起也會有相對應的行為發生,坡頂位置會是垂直層面方向的應力解壓,而坡腹和坡趾在坡趾隆起之前會是平行層面方向的應力壓縮,隆起之後則轉為平行層面方向的應力解壓。
摘要(英)
Taiwan is an island where located at the Circum-Pacific Seismic Zone. In addition, the Philippine Sea Plate is pushed underneath the Eurasian Plate due to special geographical location. These may be attributed to the main reasons that have formed Taiwan as a mountainous country with complicated geological conditions. Moreover, the torrential rainfall accompanying typhoons frequently causes slope failures such as landslides and debris flows. The landslide of the dip slopes mainly occurs at the sedimentary rock layer of mountains and hills as observed at the west of Taiwan. Dip slopes of sedimentary rock are strongly affected by landslides due to natural disasters including torrential rainfall and earthquake. Moreover, some sedimentary rocks are alternated by different lithologies which contain sandstone and shale. Therefore water cannot infiltrate through the shale layer. As a result, the pore water pressure will increase and lead to the decrease in the shear strength between these layers. Finally, dip slopes will slide along the weaken zone as well as infiltration area.
In this study, we discussed the deformation and stress behavior of the dip slopes with two kinds of models. First of all, the bedding plane is parallel to the surface of the plane which will be simulated in the first model. The second model shows that the inclination of slope surface is smaller than bedding plane. In order to further realize the dip slope failure, the landslide of dip slope with different thicknesses of the layers can be observed and estimated by centrifugal modeling test and PFC3D simulation. Basically, the test is performed under the condition of the toe of slope daylight and soaked in water. Moreover, we have to consider the buoyancy at the toe of the slope so that the numerical model can be closer to real conditions. Based on the result of the centrifugal model tests, PFC3D model was first verified through comparing with centrifugal models, and then adopted to simulate and determine the mechanism of dip slope model with different gravity fields.
According to the results of the dip slope deformation, the stress paths showed different behaviors at each part of dip slope. In the first kind of model, the stress path showed stre
關鍵字(中) ★ 離心模型試驗
★ 分離元素法
★ 順向坡
★ 應力路徑
關鍵字(英) ★ centrifugal model
★ discrete element method
★ dip slope
★ stress path
論文目次 摘要 i
Abstract ii
目錄 iv
圖目錄 viii
表目錄 xvi
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 1
1.3 論文架構 2
第二章 文獻回顧 4
2.1 台灣地區順向坡的定義 4
2.2 順向坡的破壞機制 4
2.3 近20年來台灣的順向坡災害案例 6
2.4 MRC結構的判釋準則 6
2.4.1 褶皺的介觀與微觀變形特徵 6
2.4.2 斷層的介觀與微觀變形特徵 7
2.4.3 裂隙的介觀與微觀變形特徵 9
2.4.4 巨觀的變形特徵 11
2.4.5 由MRC產生的地貌與內部結構 12
2.5 大型邊坡滑動與發生機制 14
2.6 近期與順向坡滑動有關之數值模擬案例 16
2.6.1 利用物理模型試驗及分離元素法分析板岩邊坡的重力變形機制 16
2.6.2 和地貌與潛變相關的板岩邊坡的變形特徵 22
2.6.3 以布唐布那斯溪為例進行離散元素的數值模擬 27
2.6.4 國道三號七堵順向坡滑動過程之動態模擬 29
2.6.5 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 31
2.7 順向坡災害的防治原則 37
2.8 順向坡之破壞與穩定 39
2.8.1 順向坡滑動之影響因素 39
2.8.2 順向坡穩定的分析方法 40
第三章 研究方法 41
3.1 數值模擬分析-PFC3D理論介紹 41
3.1.1 PFC3D原理 42
3.1.2 接觸組成模式 43
3.2 數值模擬物理模型單位設定 48
3.3 數值模擬物理模型試驗之設定 49
3.4 泡水弱化的方法 51
3.5 原型坡高與原型的時間 53
3.6 數值模型的量化分析法 55
3.6.1 順向坡中的應力路徑變化 55
第四章 順向坡模擬的參數修正與結果 60
4.1 以模型C為例的弱化區修正 60
4.2 乾燥狀態下摩擦係數的決定 63
4.3 坡度30度且層理角度30度順向坡的參數修正 64
4.3.1 模型A與模型C的參數驗正 64
4.3.2 模型A與模型C的結果與比較 68
4.4 坡度30度且層理角度60度順向坡的參數修正 69
4.4.1 模型B的參數修正 69
4.4.2 模型B的滑動結果 74
4.5 不同重力場及水位高度下的變形行為 75
4.5.1 不同原型坡高的順向坡滑動變化 76
4.5.2 總結浮力對模擬結果的影響 89
第五章 不同原型坡高順向坡中的應力行為 90
5.1 與離心模型試驗相同條件下順向坡滑動時的應力行為 92
5.1.1 模型A順向坡的應力行為 92
5.1.2 模型B順向坡的應力行為 102
5.1.3 模型C順向坡的應力行為 112
5.2 不同重力場下順向坡的應力變化 122
5.2.1 模型A 在高重力場時的應力變化 122
5.2.2 模型B 在高重力場時的應力變化 128
5.2.3 模型C 在高重力場時的應力變化 129
5.3 高水位下順向坡的應力變化 135
5.3.1 模型A 在高水位條件時的應力變化 135
5.3.2 模型B 在高水位條件時的應力變化 140
5.3.3 模型C 在高水位條件時的應力變化 145
5.4 平衡狀態時應力大小及最大主應力方向的驗正 147
5.5 順向坡破壞特徵對應的應力行為 150
5.5.1 與離心模型相同條件下應力行為與主被動區的關係 150
5.5.2 不同條件下的應力行為與主被動區的關係 152
第六章 結論與未來展望 160
6.1 研究結論 160
6.1.1 和離心模型相同條件下數值模型的模擬結果 160
6.1.2 不同條件下順向坡的模擬結果 160
6.1.3 水位高度和浮力的考慮對滑動時間的影響 161
6.1.4 和離心模型相同條件下順向坡滑動時的應力變化 162
6.1.5 正常水位條件下順向坡在高重力場時的應力行為與其受力狀態 163
6.1.6 高水位條件下順向坡的應力行為與其受力狀態 163
6.2 未來展望 164
參考文獻 165
附錄:口試Q&A 167
附錄:PFC3D程式碼(離心模型條件下) 170
A組模型 170
B組模型 241
C組模型 318
參考文獻
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4. 林承翰,「應用斜坡單元及分離元素法探討大型崩塌之演育」,碩士論文,國立台灣大學工學院土木工程學系,台北(2014)。
5. 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)。
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7. 洪如江,「臺灣順向坡滑動災害的回顧與災害防治的原則」,土木水利雜誌,第三十七卷,第三期,第1-7頁(2010)。
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指導教授 黃文昭(Wen-Chao Huang) 審核日期 2017-8-18
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