作者

陳志南

摘要

國內之工程建設已由往昔的西部沿海平原為主，擴散到今日的全臺各處，由於山地與丘陵超過了臺灣三分之二的面積，其坡面下的層面常非水平而為傾斜，導致坡地工程之開發需特別注意是否會引發滑動，如順向坡滑動、楔形滑動、傾倒破壞、岩塊墜落等等。再經過林肯大郡、國道走山等舉國矚目之災變，讓工程師體驗到已往熟悉的土壤工程設計與分析方法，並不是都可以延用到岩盤工程上。岩盤工程由於節理、褶皺、斷層之存在，地質構造之變化與對應之破壞模式遠較土壤工程來得複雜，工程機制也常無法僅靠連體理論就能分析得知。
岩盤地質構造本屬多變，生成來源不一，火成岩、沉積岩與變質岩之岩性迴異，加上應力歷史難知，導致施工之前的岩盤初始應力難以預知，也乏可準確預估之理論公式，連帶影響到施工中之岩盤應力再分配、變形分佈與支撐設計，所以目前國際間多是以理論、經驗配合數值分析，來進行岩盤工程之相關設計、分析與監測佈設。
在土木工程涉及的深度內，節理的存在是一普見的現象，也成了岩盤工程與土壤工程間差異最大之處。土壤通常可以視為連續體來處理，但岩盤則否。即使完整岩心強度甚高之岩盤，只要岩體中有存有節理(或弱面)，整體岩盤工程行為就常由節理主導，這亦可以由廣為工程界使用的Bieniawski岩體分類 RMR (rock mass rating)來印證，RMR六個評分項目中唯一與節理無關的完整岩心強度只佔15分，其餘五個評分項目(RQD、節理間距、節理情況、地下水、節理與工程相對方位)都與節理有關，且合計佔了85分之多，足供明瞭節理對岩盤工程行為之影響會有多重。此外，有關節理岩盤的工程參數調查與其值測試，由於存在節理造成之尺寸效應，重要岩盤工程常需進行現地試驗，才能得到可靠之參數數值，提供設計分析使用。
以地下隧道工程之分析與設計為例，書籍裡的理論公式常將岩盤假設為均質、等向，開挖之隧道斷面形狀亦多侷限為圓形(如Kirsch公式)。惟這些理想之假設，與工程易現之地層褶皺與互層實際情況有相當大之差距，使得理論解常難以直接引用至實際之工程設計與分析之中。由於岩盤在形成過程之中，可能歷經了沉積壓實、板塊擠壓、沖蝕、高溫等各種不同歷程，也在岩體中形成了裂縫或不連續面，衍生出複雜的應力變化，難以建立出可靠之初始應力預估公式，這些不同應力歷史之影響，在土壤力學中常予以忽略，但在岩盤中則否。而需實地量測得知。
由於於初始應力之大小與方向，是岩盤工程所有規劃設計的總源頭，直接影響到開挖周圍岩盤之應力再分配、支撐設計、炸孔佈設、經費與工期，對重大工程之影響至巨，不可不慎。換言之，重大岩盤工程如果不做初始應力調查，而逕便宜行事的方式來進行規劃設計(如假設均勻岩壓K=1)，開挖後之實際岩壓與支撐承壓很可能會與假設之預估值大相徑庭，如此輕則產生支撐過量之過度設計，重則造成支撐不足抵抗岩壓，造成災變與工程經費追加。重大岩盤工程如隧道、二氧化碳地質封存、地下核廢料儲存、地下軍事工程等，國外都會配合施做現地應力量測，水力破裂法與套鑽法是常優先使用的兩種方法，國內則尚待建立專業的自主檢測團隊，對重大工程之土建影響很大，應該補足。
至於岩盤工程之設計與分析，由於計算工具之進步，即使遇到複雜的岩盤，也可藉著邊界元素法、有限元素法、分離元素法等之數值分析，作相當深入之工程模擬，當然這些方法有時仍需將岩體節理分佈情況適度簡化，但是利用數值分析模擬不同施工階段彙集之相對變化趨勢，可以補充經驗法則難以預知之重要資訊。當然岩體與節理參數之正確與否，直接影響到數值分析結果，故常需結合室內試驗、現地試驗與或經驗圖表，來綜合評估出最貼近現地之諸參數輸入值。
數值分析軟體之選用，對岩盤工程設計非常重要。岩體分類Q-system之發展人Barton博士曾就岩盤工程之實務特性，列出可用之程式建議，Barton說明只有最好（幾乎沒有節理）與最差（節理非常密佈）之兩極化岩盤情況才可以視為連續體，此時可採用連續體程式如FLAC等來進行分析；其他節理主控的多數情況，岩盤都被歸類為不連續體，應改用有不連續體分析能力之軟體如UDEC。此外，DDA亦是國際上知名之不連續體分析軟體，邊界元素之位移不連續法亦有分析不連續體之能力，本期都有專文討論。
各種分析程式都有其優點與限制，進行數值分析，應該針對岩盤破壞模式、工程目的選用適宜的程式。以岩坡穩定分析為例：(i)如是在工程之初期規劃階段，而且如只需要評估岩盤是否會有滑動潛勢，那採用立體投影圖或立體投影相關軟體進行分析即可。(ii)但是如到其後的設計階段，因會涉及到分階開挖與配套支撐打設之應力再調整/變形分佈/塑性區發展，此時立體投影圖就較難使上力了，而須另覓工具，此時具開挖與支撐之分析功能之軟體UDEC、DDA就常被選用。(iii) 數值模擬應與岩盤之可能破壞模式一致，譬如明知工程明屬砂頁岩之平面型順向坡滑動，如果硬要以圓弧型滑動來做分析設計，那就欠當了。
至於岩盤工程之調查、設計與分析實務需求，涉及的課題包括了施工前之初始現地應力，施工開挖引致之應力重分配、變形分佈、塑性區發展。通常能綜合應力、變形、塑性區發展等不同角度之分析評估，所定出之設計方案會是比較周詳及客觀，因為如此更能幫工程師通盤瞭解到工程之關鍵事項，諸如(i)工程機制、(ii)施工中最易出問題之階段與區位、(iii)對應之施工監測該如何佈設，來達到減災防災之工程目標。此外，負責數值分析之工程師，應對工程設計施工實務有一定之瞭解，才能有合乎工程需求之設計施工構想，據以配合數值分析之程式撰寫，來模擬分析評估出可行方案，才能做出相對最佳的設計、施工、監造與監測建議。
本期之主題為岩盤工程與岩盤數值分析，論文內容包括了國內工程界棘手之斷層、落石、板岩設計等岩盤工程實例，以及不同數值分析方法之論文與大家分享。
本期第一篇論文為中興工程公司廖俊逸等所撰板岩地下洞室開挖數值分析及穩定案例探討，大型地下洞室通常均會選址於地質條件較好之區域，惟本案位於大甲溪上游以板岩為主之地質難有此條件，岩心品質(RQD)多小於20且局部夾有剪裂破碎帶，因此有相當難度及挑戰性。本文就如何採經驗法及數值分析法，並配合現地監測資料進行回饋設計，開挖支撐採用新奧工法常用之鋼纖維噴凝土、岩釘、預力鋼腱及臨時鋼支保，來協助維持洞室圍岩強度，更藉形成岩拱來維持地下開挖平衡及穩定，落實地下開挖支撐設計邊走邊設計精神，於施工階段搭配監測系統進行數值分析，針對原設計進行檢討，足堪爾後類似工程參考引用。
本期第二篇論文為世曦顧問公司陳卓然等所撰之斷層錯動變位對於自來水管隧道的影響，針對斷層錯動位移對傳統自來水管之影響進行探討，為降低斷層錯動位移破壞重要自來水幹管，重要自來水幹管採用管中管設計，以潛盾隧道及軟弱填充材包裹保護著自來水鑄鐵管，必要時於自來水鑄鐵管內設置多處柔性接頭，以吸收斷層錯動的大變位。利用ANSYS程式數值模擬探討斷層錯動位移對於1200mm輸水管的影響，藉由數值計算結果，提出如何決定柔性接頭的數目及配置以吸收斷層錯動位移，自來水幹管受到斷層錯動的影響，除DIP管的轉角外，也須對DIP管的伸長量進行檢核。以本工程為例，柔性接頭設計主要係由DIP管的伸長量控制，而不是由轉角控制，正斷層下滑將造成維生管線拉伸，逆斷層上抬將造成維生管線壓縮，一般維生管管壁較薄，建議應注意逆斷層上抬所造成之管線壓縮的結構穩定問題，足供工程界參考借鏡。
本期第三篇論文為日本田島与典與臺北科技大學陳立憲等合撰之落石防治之BRN柔性工法設計與施工論文，針對較難以監測防治之落石課題，就台灣目前以明隧道承接岩石崩落之高衝擊能量，提供另外一種防制審思。日本之地質條件與台灣相似，介紹日本防治及維護行之有年的柔性兜式攔石防護網工法。因可直接架設於鄰近落石發生源之位置，優點為只須承接較小落距之衝擊能量，藉其金屬網、繩攔截特性與緩衝機構之設置，可增加消能效果。BRN工法在日本廣泛應用，已有系列完備之理論與規範、數值模擬與足尺試驗等實例，得因地制宜設計所需抵抗能量。綜觀BRN工法，其具備高落石能量乘載、經濟性、耐久性、工期短、施工維護易、環境友善等優勢，不同於台灣目前常見之剛性工法，而是以柔性防護網之新工程思維，達到落石防治目的，對於台灣落石防治應用極具參考價值。
至於岩盤工程數值分析方法，近些年來隨著電腦功能提升而有廣泛應用在大地工程及岩盤工程之設計分析，常用之數值方法有有限元素法、有限差分法、邊界元素法、及離散元素法等，對於岩盤工程而言，其與土壤工程之主要差別在於節理、層面、斷層等構成之弱面或剪裂帶，破壞機制涉及岩體內部的破裂行為，包括工程受力導致的裂縫初裂、衍生、破裂區發展、相關的應力再分配與變形分佈等等，可藉助邊界元素法與離散元素法對此進行分析，並應用於工程實務之上。本期包括了這方面的數值分析論文如下。
本期第四篇論文為中興大學壽克堅教授之邊界元素法在岩盤工程上之應用，因邊界元素法只需對定義域之邊界進行離散及佈設元素，因此問題得以簡化並大大減少分析運算所需時間，對於大地工程及岩盤工程常見之無限域或半無限域固體力學問題相當適用。至於岩盤工程常見之弱面，也可藉由特殊之裂紋尖端元素或位移不連續元素來進行分析。以岩盤工程常見之邊界元素法，利用虛擬應力元素及位移不連續元素，探討二維及三維岩盤工程問題，包括隧道開挖與邊坡互制行為分析、活斷層系統之大地應力分析、隧道穿越弱面之應力應變分析、以及隧道開挖周邊破裂區發展模擬等。邊界元素法對於日趨複雜之大地工程及岩盤工程問題，應仍具相當之適用性及優越性。
本期第五篇論文為高雄第一科技大學林志森所寫DDA在節理岩盤工程上之應用，提出作者多年來在不連續變形分析法DDA應用於節理岩盤工程上所獲得的研究成果，包含有DDA模擬岩體破裂的原理與相關案例的說明、使用新發展完成之DDA程式模擬巴西試驗破裂機制。為了使用DDA進行岩體內部破裂行為的模擬，先完成單一獨立塊體之破裂功能，接著以相同的技術進行次塊體內之應力分布，具有模擬岩體內部之破裂傳遞之功能。本文並介紹新DDA在巨觀工程上的分析與應用，包括有落石、冰河之移動、邊坡破壞等案例，顯示DDA在節理岩盤工程上之強大應用功能。在應用數值分析於岩體破裂行為之研究上，DDA方法的優勢在於岩體破裂產生後裂隙間之接觸行為的力學分析比有限元素法容易，因為DDA原始設計上即在處理塊體間接觸力之傳遞，塊體間原本就是獨立，因此可以有大的塊體間之移動，未來也可以應用在微觀的應力與裂隙傳遞的分析上。
本期第六篇論文為臺灣科技大學陳志南等所提數值分析在節理岩盤工程之目前應用實務一文，各種分析程式都有其優點與限制，進行數值分析，須要針對工程重要課題選擇適宜的程式。就節理岩盤之數值分析需求與實務進行，提出台科大岩盤工程團隊這十餘年來累積之研究經驗，希能與國內業界專家交流與請益。
本期第七篇論文為臺北科技大學宋裕祺等明挖覆蓋隧道受地震作用之結構與土壤互制行為研析，考量地下隧道結構之耐震分析設計重點，針對明挖覆蓋之隧道案例，提出解此課題之二種分析方法：其一為將地盤變位透過等值土壤彈簧傳遞至地下結構，進行側推分析作為擬靜態非線性模擬；其二為撰編開放原始碼OpenSEES建置有限元素模型進行動力歷時分析。最後再比對此二種分析方式之差異與適確性，驗證本研究簡易分析與數值模擬之可行。所得相關成果可供作地下隧道結構耐震分析之參佐。本文將簡化的側推分析方式與建立有限元素模型之非線性動力歷時分析結果作比較，能夠驗證簡化分析之可行性與適用性。在實務上，用簡化側推分析即可迅速的作構件檢核，並且能夠與國內地下隧道之規範相驗證。
本期第八篇論文為臺灣科技大學廖洪鈞等所提地下連續壁工程之二氧化碳排放量計算，營建產業朝節能減碳發展已是全球趨勢，然而多數台灣大地工程師尚不熟悉大地工程工項的二氧化碳排放情形。本文以地下連續壁工程為例，說明計算施工操作及材料的碳排放量的方法。由計算結果顯示，連續壁工程的大部份碳排放量來自連續壁施工的使用材料(主要為混凝土及鋼筋)，因此減少連續壁的體積就成為減少碳排放的重要工作。為進一步說明，如何兼顧大地工程設施性能和減少碳排放量課題，本文以RIDO程式配合碳排放之計算，算出某逆打工法案例，在不同之地下室開挖深度、連續壁深度及厚度下，連續壁工程之二氧化碳排放情形，供工程界參考。
編者感謝世曦工程顧問公司周功台副總給予本期贈言，亦感謝本期諸位作者盛情提供精彩文稿，多位熱心專家學者義務協助審稿、校對與編輯，使本期地工技術專輯能夠內容豐富及順利出刊。

作者

周功台

摘要

大地工程之所以吸引人，是因為其工程問題之技術內涵，具有看似極易透析了解，卻又令人依然感到有些迷惑不解尚未能確切掌握的特點，這樣相當難以捉摸的「朦朧」屬性，究其原因，主要係由於大地工程面對及處理之「對象」，其生成環境條件、產出過程、組成材料及構造(「體質」)皆存在頗為複雜的關聯因子影響，以致其本質即呈現多樣性、不均勻性、非均向性與變異性等各種特性。因此，對於工程師而言，大地工程領域可謂提供了工程師極佳之自我能力挑戰的機會及專業技術發揮的空間，甚至也是「膽大心細」的「有識之士」追求突破與尋求「刺激」的場域。

英文篇名

Numerical Analysis of Underground Excavate Stabilization in Slate

作者

廖俊逸、羅立、黃崇仁、林孟德、李錦浚

關鍵字

破碎板岩、大型洞室、鋼纖維噴凝土、岩釘、預力鋼腱

摘要

一般而言大型地下洞室開挖均會選擇於地質條件較好之區域，台灣以往建造之大型地下洞室亦多位於岩盤條件較好之工址，本次介紹之地下洞室位於台灣中部大甲溪上游右岸，岩性以板岩為主，有2~3組節理發育，岩心品質(RQD)多小於20且局部夾有剪裂破碎帶，依Bieniawski RMR岩盤分類法屬IV~V類岩盤條件，最大岩覆約70m，為一長49.0m、寬19.6m、高18.0m之大型地下洞室，且於頂拱開挖時曾遭遇小型剪裂帶。本文說明如何採經驗法及數值分析法，並配合觀測法以現地監測資料進行回饋設計，開挖支撐材料部分採新奧工法常用之鋼纖維噴凝土、岩釘、預力鋼腱及臨時鋼支保以維持洞室圍岩先天具有之強度，並協助形成岩拱，維持地下開挖平衡及穩定。

英文摘要

Generally large cavern excavation will be selected in better geological conditions of the area. In the past of Taiwan, most of large caverns is also located at the site of better rock mass .The following large cavern was located at the right bank of Tachia River, which was into hillside about 50m. The dimensions of cavern was 49.0m in length, 19.6m in width, 18.0m in height, and the overburden shown about 70m. According to geological survey, the regional slate bedrock was develop 2~3 sets of joint. The rock quality designation (RQD) value was mostly less than 20, and existing local fracture zone. Overall, the rock mass classification of RMR Bieniawski (1976) should be IV~V in excavation area. Based on site monitoring data, the article described how to ues Barton Q-system empirical method and numerical analysis method to do feedback design. The steel fiber reinforced shotcrete, rock bolt, tendon and temporary steel support were adopted to maintain the strength around the cavern and conformate the rock arch.

英文篇名

The Impact of Fault Movement on Water Pipe Tunnel

作者

陳卓然、周永川、李順敏、范川江、吳世紀

關鍵字

管中管、柔性接頭、斷層錯動位移

摘要

斷層錯動位移對於傳統自來水管影響很大，為降低斷層錯動位移破壞重要自來水幹管而影響正常供水，自來水公司對於跨過斷層的重要自來水幹管採用管中管設計，即以潛盾隧道及軟弱填充材包裹保護著自來水鑄鐵管(DIP，Ductile Iron Pipe)，必要時於自來水鑄鐵管內設置多處柔性接頭，以吸收斷層錯動的大變位。自來水幹管的管中管斷面近似於複合材料其變位行為相當複雜。本文以大度路1200mm輸水管潛盾工程為例，探討自來水管中管斷面受到斷層錯動位移的變位行為。大度路輸水幹管係以近似正交方式跨過山腳斷層，斷層錯動位移對於自來水輸水幹管的影響係屬三維問題，本文採用ANSYS程式數值模擬探討斷層錯動位移對於大度路1200mm輸水管的影響，並藉由數值計算結果，提出如何決定柔性接頭的數目及配置以吸收斷層錯動位移。

英文摘要

Fault movement has a great influence on the displacement of the water pipe. To reduce the impact of fault displacement on the ordinary water supply. A pipe-in-pipe has been designed to absorb the fault displacement when the water pipe crosses a fault. The pipe-in-pipe has been composed of lining of shield tunnel, weak stuff and DIP cast iron pipe. If necessary, multiple flexible joints will be installed in the DIP cast iron pipe to absorb a large deformation caused by fault movement. The cross-section of pipe-in-pipe is similar to a composite material in which the deformation behavior is usually quite complicate. In this paper, a case study on the deformation behavior of pipe-in-pipe subjected to a fault displacement has been explored. The water pipe-in-pipe of ψ1200mm at DaDu road is in nearly orthogonal way across the SanJiao Fault so that fault displacement affecting on the water pipe is a typical three-dimensional problem in the numerical analysis. The well-known FEM software ANSYS is adopted to study the influence of the fault rupture displacement on ψ1200mm water pipe at DaDu road. From the conclusion of calculation, a suggestion of how to determine the number and configuration of the flexible joints installed at DIP(Ductile Iron Pipe) to absorb the fault rupture displacement has been proposed. It is expected that the conclusion described in this paper would be helpful for engineer in gaining the ability of the analysis so that more effective design can be developed for such problem in the future.

英文篇名

Design and Construction of Beads Ringer Net Technique on Flexible Rockfall Prevention

作者

田島与典、岩崎征夫、陳立憲、徐紳翔

關鍵字

落石、BRN、柔性工法、剛性工法、明隧道

摘要

針對較難以監測防治之落石課題，台灣目前主要以明隧道等相對剛性之工法因應設計，以承接岩石崩落之高衝擊能量，然因緩衝消能技術未臻成熟而需設計出量體較大之場鑄鋼筋混凝土結構系統；及付出較長工期與較大工料成本，顯示台灣之剛性工法應用尚有改良空間。審度日本之地質條件與台灣相似，且柔性落石防治及維護行之有年，依其文獻，柔性工法除可與剛性工法配搭施行源頭治理，亦可獨立行之，故本文介紹柔性工法之應用例：兜式攔石防護網（Beads Ringer Net, BRN）工法。該法因可架設於鄰近落石發生源位置，以承接較小落距之衝擊能量；而其金屬網、繩攔截特性與緩衝機構之設置，可增加其消能效果；此外BRN工法亦具有耐久經濟性、施工維護易（工期短）、環境友善、自然地景融入等技術優勢，即以全生命週期之工程思維審度落石防治之目的。
BRN工法在日本廣泛應用，主因有系列完備之理論與規範、數值模擬與足尺試驗等實例，得因地制宜設計所需抵抗能量。本文由設計與施工兩向度說明BRN工法，及於台灣落石防治應用之可行性探討，冀能對實務之新工法與新材料的研發推展，有參佐之效。

英文摘要

For uncontrollable rockfall monitoring and prevention issues, rigid techniques such as rock shed acts as the main design solution in Taiwan nowadays, to absorb the high rockfall energy from the great falling distance. However, the reinforced concrete structure results in bulk designed volume, huge labor, and material costs due to the immaturity absorption technique, which reveals that rockfall techniques in Taiwan still got room for improvement. Japan has similar geological conditions with Taiwan, and flexible rockfall techniques have developed for years. By Japanese reference review, flexible techniques could be co-operated with rigid techniques, or have them independently set. Thus, the application of flexible technique: Beads ringer net (BRN), is mentioned in this paper. Setting at the position nearby the source of falling rocks, which receives relatively less energy owing to the short falling distance. Besides, feature of wire net, wire rope, and energy absorber makes better energy absorbing capacity. Furthermore, BRN considers rockfall prevention with the concept of whole life cycle, and it possesses advantages such as short construction period, economy, long duration, simply maintenance, environmental friendly, and natural landscape integration.
BRN technique has been widely used in Japan, it could be suitably apply to most conditions due to the support of series of complete theory, standard established, numerical simulation, and full scale tests. Introducing the BRN technique by design and construction aspects, and the adaptation in Taiwan, this article is expected to be helpful in developing the new engineering techniques and new construction materials in the future.

英文篇名

Applications of Boundary Element Method in Rock Engineering

作者

壽克堅

關鍵字

邊界元素法、岩石力學、岩盤工程、隧道工程、斷層應力分析

摘要

數值分析方法隨電腦功能大幅提升廣泛應用在大地工程及岩盤工程之設計分析，常用之數值方法有有限元素法、有限差分法、邊界元素法、及離散元素法等。邊界元素法因只需對定義域之邊界進行離散及佈設元素，因此問題得以簡化並大大減少分析運算所需時間；對於大地工程及岩盤工程常見之無限域或半無限域固體力學問題相當適用。至於岩盤工程常見之弱面，也可藉由特殊之裂紋尖端元素或位移不連續元素來進行分析。
本研究以岩盤工程常見之邊界元素法，利用虛擬應力元素及位移不連續元素，探討二維及三維岩盤工程問題。探討之問題包括隧道開挖與邊坡互制行為分析、活斷層系統之大地應力分析、隧道穿越弱面之應力應變分析、以及隧道開挖周邊破裂區發展模擬等。邊界元素法對於日趨複雜之大地工程及岩盤工程問題，應仍具相當之適用性及優越性。

英文摘要

Numerical analysis is getting popular in the design of geotechnical engineering and rock engineering due to the development of computers. The popular numerical methods include finite element method, finite difference method, boundary element method, and discrete element method. Since the discretization and elements are limited on the boundary of the domain, the problem is simplified and can be more efficiently calculated. Also, it is very suitable for the finite and semi-infinite domain problem which is popular in geotechnical engineering and rock engineering. In addition, the weak planes which is very common in rock engineering, can be treated by special boundary elements, i.e., displacement discontinuity element or crack tip element.
In this study, the most common indirect boundary element method, applying fictitious stress element and displacement discontinuity element, were applied for the analyses of 2D and 3D rock engineering problems. The typical problems, including the tunnel-slope interaction, the analysis of active fault system, the analysis of tunneling through a weak plane, and the analysis of fraction zones adjacent to the tunneling face, were adopted and analyzed. The results reveals the applicability and efficiency of the boundary element. However, new developments with new components, e.g., stochastic theory and in-time visual capability, for the complicated rock engineering problems are possible and suggested.

英文篇名

Application of DDA to Engineering in Jointed Rock Masses

作者

林志森

關鍵字

不連續變形分析法、巴西試驗、次塊體

摘要

本論文介紹筆者多年來在不連續變形分析法(Discontinuous Deformation Analysis，以下簡稱DDA)應用於節理岩盤工程上所獲得的研究成果，包含有：(1)DDA模擬岩體破裂的原理與相關案例的說明，(2)使用新發展完成之DDA程式模擬巴西試驗(Brazil test)。為了使用DDA進行岩體內部破裂行為的模擬，筆者先完成單一獨立塊體之破裂功能，接著以相同的技術進行次塊體(sub-block)的分析功能，使得塊體內之應力分布得以獲得，因此使得新DDA具有模擬岩體內部之破裂傳遞之功能。接著本論文介紹新DDA在巨觀工程上的分析與應用，包括有落石、冰河之移動、邊坡破壞等案例。最後，將新DDA次塊體的分析功能應用在巴西試驗的應力與裂隙傳遞的分析上，其結果顯示與實驗的量測數據相當吻合。

英文摘要

This paper presents the newly developed research achievements of the DDA (Discontinuous Deformation Analysis) method for engineering in jointed rock masses. The first achievement is to introduce principle of simulating the behavior of rock fracture using DDA and its applications. The second achievement is to conduct the simulation of Brazil test using the newly developed DDA program. In order to simulate the fracture behavior inside a rock masses, the fracturing function of an isolated block was initially developed and then followed by the one of sub-block as a result of the distribution inside the block composed of sub-blocks obtained. The new developed DDA, therefore, is capable of simulating the fracture propagation in rock masses. The analysis and application to the engineering problems including rock-fall, glacier movement, and slope failure using the newly developed DDA program were introduced next. Finally, the newly developed DDA program was also employed to conduct the analysis of stress and crack propagation in rock masses of Brazil test. The analytical results appear good match with the experiment measurements.

英文篇名

Current Practice of Numerical Analysis In Jointed Rock Engineering

作者

陳志南、李碧霞、張偉哲、郭俊何、吳志宏、林煒僑、葉瀚仁、周伯融、陳俐穎、鄭豫謹

關鍵字

節理岩盤工程、數值分析、節理分佈、節理強度與變形參數

摘要

節理岩盤工程與土壤工程最大差異處即為節理之存在，地質構造、節理分佈、節理強度與變形參數控制了工程行為。由於每個工址之地層構造與節理分佈都不相同，而理論解法又多侷限在均質或水平互層等理想假設，致與岩盤工程間之設計分析都不易相互套用，故需要另外之工具與方法來進行仿真模擬之設計與施工。目前國際上是以經驗結合數值分析，來進行岩盤工程之調查、設計、與監測佈設，故本文為針對節理岩盤工程之特性，就其數值分析之需求與執行，提出台科大岩盤工程團隊這十餘年來累積之研究經驗，並就教於國內專家先進。

英文摘要

The major difference between rock engineering and soil engineering is the presence of joints in rock. Joint distribution, strength and deformation parameters dominate the engineering behavior. Considering that the geological structure and joint distribution of each site are different, and theoretical formulae are always based on ideal assumptions such as rock is homogeneous or rock layers are perfect horizontal. Design and analytical results cannot be completely imitated from case to case. Tools and methods of design and construction to simulate the practical characterization of rock engineering are needed. To combine numerical analysis with empirical concepts is worldwide adopted for investigation, design, and monitoring instrumentation at present. The paper presents what we learned from numerical simulation of rock engineering in the past decade in NTUST, and hope to obtain expert comments.

英文篇名

Study on Structure-Soil Interaction of Open-cut Tunnel Subjected to Seismic Excitation

作者

宋裕祺、陳竑瑋、陳立憲、何泰源

關鍵字

側推分析、動力歷時分析、塑性鉸、明挖覆蓋隧道、OpenSEES

摘要

考量台灣地震發生頻繁之致災風險，關於地下隧道結構之耐震分析實屬設計重點，故於相關規範多明確揭櫫其行為應考慮結構與土壤之互制效應。然因其互制行為複雜，實務上多採較為保守之強制變位法作為地下隧道受震作用之模擬。本文針對明挖覆蓋之隧道案例，另提二種分析方法解此課題：(1) 將地盤變位透過等值土壤彈簧傳遞至地下結構；進行工程師熟知且簡易之側推分析作為擬靜態非線性模擬；(2) 撰編開放原始碼OpenSEES以建置有限元素模型進行動力歷時分析。最後再比對此二種分析方式之差異與適確性，驗證本研究簡易分析與數值模擬之可行。所得相關成果應可供作地下隧道結構耐震分析之參佐。

英文摘要

Concerning the importance of seismic behavior on underground structure due to more frequent risk of earthquake in Taiwan, soil-structure interaction is required to analyze/design for such situation. Comparing with current conventional method of forced-displacement-analysis to solve this complicated structure-soil interaction in practice, this paper intends to study seismic response of open-cut tunnel with two methods: (1). Simply quasi-static pushover analysis, which is familiar to engineers having a better understanding of structural nonlinearity, was introduced by transferring ground displacement to structure through equivalent soil spring element ; (2). Time history analysis of the finite element model by modifying numerical open source of OpenSEES. The amplification of seismic wave from rock to ground surface as well as structural response of tunnel was conducted. In addition, a simplification model was then proposed and analytical results obtained were compared with those of time history analysis. The result shows the proposed pushover analysis gives engineers not only a straightforward insight of seismic behavior for underground tunnel but also a rapid and appropriate analysis. The result obtained form this paper can benefit engineers in seismic design of practical engineering.

英文篇名

Carbon Dioxide Emission of the Diaphragm Wall Construction

作者

廖洪鈞、陳炳達、陳慈君

關鍵字

連續壁工程、二氧化碳排放量

摘要

營建產業朝節能減碳發展已是全球趨勢，然而多數台灣大地工程師尚不熟悉大地工程工項的二氧化碳排放情形。本文以地下連續壁工程為例，說明計算施工操作及材料的碳排放量的方法。由計算結果顯示，連續壁工程的大部份碳排放量係來自連續壁工程所使用的材料(主要為混凝土及鋼筋)，因此如何減少連續壁的體積，進而減少混凝土及鋼筋之用量，是減少地下連續壁工程碳排放的重要工作。此外，為探討在兼顧大地工程設施性能和減少碳排放量之考量下，本文以RIDO程式配合碳排放之計算，算出某逆打工法案例，在不同之連續壁深度和厚度、以及地下室開挖深度等情況下，使用地下連續壁之二氧化碳排放量，供工程界參考。

英文摘要

It has become the global trend to reduce the carbon dioxide emission in the construction industry. However, most of the geotechnical engineers in Taiwan are still not familiar with the carbon dioxide emission resulted from the process of geotechnical practice. This paper is to demonstrate the way to calculate the carbon dioxide emission from the activities and the materials used in the construction of diaphragm wall. Since most of the carbon emission is embodied in the material (mainly the concrete and steel) used in the diaphragm wall, it is crucial to keep the dimension of diaphragm wall down. The RIDO program which is commonly used by the geotechnical engineers in Taiwan is adopted to carry out the parametric study on the effect of changing diaphragm wall dimension on reducing carbon emission and wall deflection for a top-down basement construction project. Finally, diagrams are prepared for estimating the carbon dioxide emission of diaphragm wall based on the basement depth, wall dimension, and wall deflection.

作者

徐力平

摘要

作者

高秋振

摘要

作者

賴建名、周家瓊、邱俊翔、黃亦敏、駱漢鼎

摘要