含規則節理岩體內圓形隧道之收斂-圍束分析

Abstract

「收斂─圍束方法」之觀念，將實際三維問題模擬為平面應變情況，而令內支撐應力 逐漸減小，以模擬開挖面逐漸遠離所考慮之隧首斷面。收斂─圍束分析方法之解析解 多假設岩體為均質及完全等向性材料，然而實際岩層中可能存在某些弱面，造成兒體 之非均質與非等向性，影響隧首開挖之力學行為。 本文以一等值之均質模式來模擬具弱面岩體之整體力學行為，藉彈塑性有限元素分析 法，採用Hoek-Brown降伏準則，來探討弱面對隧道開挖的影響。本文討論範圍僅限於 因圓形隧道開挖面產生應力破壞之模擬，並不考慮結構破壞之情況。 文中分別探討完整岩石與具單組、雙組弱面的岩體在隧道開挖後，隨著逐漸漸解壓的 過程，隧道面周圍岩體塑性區與變形分佈的衍變情形。並討論雙組弱面的交角、弱面 間距、初始應力比K 及降伏準則參數等因素之影響。由本文研究結果得知：弱面的存 在將導致圓形隧首周圍不均勺的塑性區與變形分佈，同時不存在惟一之特徵曲線，隧 道變位之大小及分佈與岩體之整體勁度有關，塑性區分佈主要與岩體異向性的程度有 關，初始應力比亦會影響隧道面周圍塑性區與變形分佈。本文並繪出所討論各例之塑 性區圖、變位圖、隧道面上各點的「岩體特徵曲線族」及變位方向圖，以期做為支撐 設計的參考。