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  1. NTU Theses and Dissertations Repository
  2. 工學院
  3. 土木工程學系
請用此 Handle URI 來引用此文件: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/64953
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DC 欄位值語言
dc.contributor.advisor鄭富書(Fu-Shu Jeng)
dc.contributor.authorMeng-Wei Yehen
dc.contributor.author葉孟維zh_TW
dc.date.accessioned2021-06-16T23:09:56Z-
dc.date.available2012-10-01
dc.date.copyright2012-08-09
dc.date.issued2012
dc.date.submitted2012-08-03
dc.identifier.citation李宛瑾 (2011),孔隙材料應力-水力偶合行為之研究,國立台灣大學土木工程學研究所碩士論文。
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邱家吉 (2010),以個別元素法探討岩栓束制節理面剪脹之效應暨其對力學特性的影響,國立台灣大學土木工程學研究所碩士論文。
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dc.identifier.urihttp://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/64953-
dc.description.abstract滲流特性為大地材料中不可忽略的一環,大地工程一般採用單一的滲透係數代表整個工程區域的滲透性。然而大地材料受到外力的作用下會改變物理性質,諸如應變和孔隙率,滲透性亦隨之改變,此互制的現象稱為水力-力學耦合的行為。值得探究大地材料受到應力的作用下,材料結構與其滲流性變化。舉凡隧道開挖湧水與大壩蓄水等皆涉及大地應力的改變與滲透性之間的關係。
基於大地材料種類繁多,本研究簡化探討顆粒材料之滲流特性,應用基於顆粒力學理論基礎之分離元素法發展的PFC3D軟體為工具,分別由微觀尺度的孔隙率與流率變化與宏觀尺度的應力-應變曲線,探討之間的關係。
本研究以實驗三軸壓密排水試驗的結果作為數值模型比對基礎,求得PFC3D三軸試體的微觀參數,數值模型由試體顆粒與邊界顆粒組成,分別模擬實驗鋁珠與橡皮膜,得以觀察試體破壞型態。驗證比對後,數值模型以力學機制和實驗相同的條件下,繼而進行三軸透水試驗的模擬,探討多孔隙材料受到應力與水力的作用之下,顆粒結構的改變與滲透係數的變化。比較實驗與數值模擬的結果,探討其異同。並進一步探討在水力-力學耦合的行為下,觀察試體隨著應變的增加,顆粒的位移情況、各位置的孔隙率以及各層流率變化。結果顯示滲透係數確實會受到應力與水力作用的影響而產生變化,並非是單一定值,但實驗與模擬的滲透係數存在差異。
zh_TW
dc.description.abstractSeepage is one of the major concerns in geotechnical engineering. The permeability adopted in engineering design usually applies a fixed value in entire area. However, the physical properties of geotechnical material may vary due to different external loading. For example, the variations of strain and porosity induce the different permeability. This interaction phenomenon is known as hydraulic-mechanical coupling behavior. It is worth to study geotechnical materials under stress condition, how to affect the materials structure and permeability.
Based on a wide range of geotechnical materials, this study explores the hydraulic-mechanical coupling behavior of granular material. The software PFC3D based on distinct element method is used to simulate the stress-strain-flow relationship.
In order to get the micro parameters of numerical model, this model is first verified by experimental triaxial compaction drainage test. The numerical model is composed of two kinds of particles, represented the aluminum balls and membrane, respectively. Then, the triaxial permeability test is simulated to explore the variation of permeability subject to different stress conditions. The results show that the permeability will increase as the stress arise. However, some error exists between the experimental and simulated results.
en
dc.description.provenanceMade available in DSpace on 2021-06-16T23:09:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2012
en
dc.description.tableofcontents口試委員會審定書 I
致 謝 II
摘 要 III
Abstract IV
目 錄 V
表目錄 VIII
圖目錄 IX
第一章、 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 2
1.3 研究架構 2
第二章、 文獻回顧 4
2.1 達西定律 4
2.1.1 流體速度 (flow velocity) 5
2.2 滲透係數的定義 5
2.2.1 水力傳導係數 (hydraulic conductivity) 5
2.2.2 理論水力傳導係數 (Kozeny-Carman 方程式) 6
2.2.3 Hazen (1911)經驗公式 7
2.2.4 孔隙率類型 7
2.3 水力-力學耦合的前人研究 11
2.3.1 水力-力學耦合關係 11
2.3.2 水力-力學耦合的發展 16
2.3.3 三軸鋁珠試體之水力-力學耦合研究 19
2.4 PFC流體的基本分析 20
2.4.1 流率的定義 (Flow rate) 20
2.4.2 理論的流率 (Theoretical flow rate) 21
2.4.3 流體概述 22
2.4.4 流體計算原理 24
2.4.5 PFC3D Version 3.1水力-力學耦合過程 24
2.5 綜合討論 26
第三章、 三軸試體數值模型之建立與驗證 27
3.1 分析軟體簡介 27
3.1.1 力-位移關係定律 28
3.1.2 接觸勁度模式 (Contact-stiffness model) 30
3.1.3 Hertz-Mindlin 模式驗證 32
3.2 三軸試驗數值模型建立 35
3.2.1 三軸實驗結果 35
3.2.2 三軸試驗數值模型的建立步驟 40
3.2.3 三軸試驗數值模型的參數設定 44
3.2.4 邊界顆粒(橡皮膜)的設置 46
3.2.5 量測球的配置 52
3.3 三軸試驗數值模型的驗證 58
3.3.1 驗證結果歸納 77
第四章、 水力-力學耦合分析結果 78
4.1 水力模組的測試 78
4.1.1 測試流體的基本參數 79
4.1.2 測試顆粒的基本參數 80
4.1.3 測試結果探討 84
4.2 三軸透水試驗數值模型建立 88
4.2.1 三軸透水實驗結果 89
4.2.2 水力模組之參數設定 90
4.2.3 水力-力學耦合之執行流程 92
4.3 三軸透水試驗數值模型的結果 94
4.3.1 Kozeny-Carman (KC)關係修正 107
4.3.2 水力-力學耦合結果 112
第五章、 水力-力學耦合討論 113
5.1 PFC2D與PFC3D的水力-力學耦合比較 113
5.1.1 PFC2D數值模擬結果 113
5.1.2 比較PFC2D與PFC3D 模擬結果 115
5.1.3 比較結果歸納 120
5.2 邊界條件對滲透係數的影響 121
5.2.1 圍壓之影響 121
5.2.2 水頭差之影響 124
5.2.3 剪動之影響 125
5.3 Kozeny-Carman關係延伸 130
5.3.1 圍壓之影響 130
5.3.2 水頭差之影響 132
第六章、 結論與建議 134
6.1 結論 134
6.2 建議 135
參考文獻 136
附錄 論文口試-問題與答覆 139
dc.language.isozh-TW
dc.title以分離元素法探討孔隙材料之水力-力學耦合行為zh_TW
dc.titleA Study of Hydro-mechanical Coupling Behavior of Porous Materials by DEMen
dc.typeThesis
dc.date.schoolyear100-2
dc.description.degree碩士
dc.contributor.coadvisor翁孟嘉(Meng-Chia Weng)
dc.contributor.oralexamcommittee褚炳麟(Bing-Lin Chu),李宏輝(Hung-Hui Li)
dc.subject.keyword分離元素法,水力-力學耦合,PFC,zh_TW
dc.subject.keywordDEM,hydro-mechanics,PFC.,en
dc.relation.page143
dc.rights.note有償授權
dc.date.accepted2012-08-06
dc.contributor.author-college工學院zh_TW
dc.contributor.author-dept土木工程學研究所zh_TW
顯示於系所單位:土木工程學系

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