影響深隧道開挖力學行為之參數研究

Abstract

隧道開挖前，岩體係處於一個應力平衡狀態，開挖後山於應力釋放，岩體應力必須重

新調整以達到新的平衡狀態。早期應用彈性理論分析，往往造成位移值偏低及應力調

整錯誤。近來以彈塑性理論分析，雖能解決上述問題，然為簡化計算程序，多假設岩

體為均質，等向性與連續體，地壓為等向性及隧道斷面為圓形等。事實上，自然岩體

狀況，往往與假設有所出入，以致於所分析之結果常與現地實際情況不盡相符。幸賴

數值方法得較靈活考慮不同之材料初始條件與邊界條件，因此可以有效模擬岩體現地

狀況，以及預估岩體真正塑性範圍，變形分佈情形等行為。

就岩石材料而言，Hoek-Brown準則和Mohr-Coulomb準則較適於用來描述材料的塑性行

為。前者最大主應力與最小應力關係為非線性，後者則為線性。以往分析大多用Mohr

-Coulomb準則為主，近來則多採用Hoek-Brown準則為多。本文利用有限元素法程式JP

-ROCK ，針對上述兩種不同準則下，分析探討隧道開挖後，各後參數對塑性區範圍及

變形分佈的影響。

岩體開挖後，基於工程上需要與安全理由，往往需適時適量安裝支保，以達岩體與支

保間互制平衡。為便利工程支保設計，本文製作一系列在各種條件下，整個隧道斷面

的〞岩體特徵曲線群〞（Characteristic-Line Family for Rock Mass）圖表，配合

收斂圍束法（Convergence-Confinement Method）觀念，可以適當選擇材料勁度與適

時安裝支保，以達工程上經濟安全目的。