異向性岩體內應力分佈之數值解

Abstract

層狀岩體及規則性節理岩體常以一等值彈性相當模式加以取代，而視其為異向性均 質彈性材料，以利於力學上之分析。現存之等值彈性相當模式常做以下之定性假設 〝以等值均值體取代之非均體需具有大量的層數或相對極小之節理間距〞，因此本 文針對Gerrard (1984)所提出較具廣泛性之等值彈性相當模式，以有限元素法計算 岩體承受表面荷重及其內存在方形坑室兩個情況，比較等值前之非均質岩體及等值 後之均質岩體的應力分佈。結果發現層狀岩體所含層數愈多，其等值後的效果愈好 。對承受表面荷重的層狀岩體而言，當層數為40層時，等值後的誤差約在 5﹪以內 ，對岩體內存在方形坑室而言，其坑室邊長(D) 與岩層厚度的比值愈大，等值的效 果愈佳，當D/S＝8時等值後的誤差即使在坑室邊緣也在10﹪以下。 岩體的破壞模式大略可分為因應力集中造成之強度破壞及因不連續面變形而造成岩 體結構之破壞。本研究利用有限元素法及不連續變形分析法探討層狀岩體受表面荷 重後之穩定性，結果顯示層面之傾角對其穩定性的影響十分明顯。當傾角為０度時 之剪力破壞之安全係數為傾角60度時的三倍以上。當岩層傾角大於45度時，其剪力 破壞的方向與其傾角一致。 重力應力為現場應力的一種，若能在工程分析設計前對其詳加瞭解，對岩石工程之 穩定性有莫大之助益。然而現存之重力應力理論預估公式尚未能求得具有傾斜傾角 之異向性岩體內的重力應力。本研究利用有限元素法求取具有傾斜傾角及具有地表 地形之異向性岩體的重力應力以彌補解析法之不足。結果顯示岩體內之重力應力深 受岩石異向性、地層傾角及地形的影響。