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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/123456789/49719
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DC 欄位值語言
dc.contributor.advisor鄭富書(Fu-Shu Jeng)
dc.contributor.authorShi-Feng Chenen
dc.contributor.author陳世峰zh_TW
dc.date.accessioned2021-06-15T11:43:59Z-
dc.date.available2017-08-26
dc.date.copyright2016-08-26
dc.date.issued2016
dc.date.submitted2016-08-12
dc.identifier.citation[1] 王泰典 (2002):岩石隧道擠壓變形模式之研究,國立台灣大學土木工程學系
博士論文
[2] 邱家吉 (2014):岩材微觀膠結模式之建立與特性探討,Taiwan Rock Engineering Symposium
[3] 邱家吉 (2016):節理岩體微觀力學模式之研究,立臺灣大學土木工程學系博士論文
[4] 李宏輝 (2008):砂岩力學行為之微觀機制-以個別元素法探討,國立臺灣大學土木工程學系博士論文
[5] 李怡德 (1996):軟弱砂岩弱化行為研究,國立台灣大學土木工程學研究所碩
士論文
[6] 翁孟嘉 (2002):麓山帶砂岩之力學特性及其與微組構觀系研究,國立臺灣大學土木工程學系博士論文
[7] 翁孟嘉 (2015):精緻化順向坡災害機制調查及影響範圍評估-總計畫暨子計畫:不同尺度順向坡穩定分析與堆積範圍探討
[8] 黃燦輝、朱家德、鄭富書 (1994):台灣一些軟弱岩石的工程性質,岩盤工程
研討會論文集,中壢,第259-268頁
[9] 陳正旺 (2005):車籠埔斷層周圍岩石力學特性之初探,國立台灣大學土木工
程研究所碩士論文
[10] 蔡承翰 (2015):膠結顆粒材料之變形特性研究,國立高雄大學土木與環境工程學系碩士論文
[11] 蔡文傑 (2003):巨觀等向性混成岩製作表面影像與力學性質,國立中央大
學土木工程學研究所碩士論文
[12] 鄭孟龍 (1999):影響砂岩強度之組構要素,國立台灣大學地質學研究所碩士論文
[13] 羅佳明 (2011):遽變式山崩之PFC3D模擬初探-以草嶺與小林村為例,地工技術期刊第122期,第143-152頁
[14] D.O. Potyondy, P.A. Cundall , 2004. A bonded-particle model for rock, International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, 41:1329–1364
[15] Hsieh, Y.O., Li, H.H. , Huang, T.H. , Jeng, F.S., 2008. Interpretations on how the macroscopic mechanical behavior of sandstone affected by microscopic properties—Revealed by bonded-particle model, Engineering Geology, 99:1–10
[16] Itasca “Manual of PFC2D”
[17] Jack Dvorkin, Gary Mavko and Amos Nur, 1991 . The effect of cementation on the elastic properties of granular material, Mechanics of Materials, 12:207-217
[18] Weng, M.C., Jeng, F.S., Huang, T.H., Lin, M.L., 2005. Characterizing the deformation behavior of tertiary sandstones. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences , 42:388–401.
dc.identifier.urihttp://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/49719-
dc.description.abstract以往以數值模擬方式探討岩石材料之力學性質時,大多採用彈塑性理論等連體力學分析軟體進行研究,其主要原因是目前對於岩材之微觀組態、力學行為掌握度不高,然而,岩材中局部的微小破裂與微觀組態對於岩材之力學行為影響甚鉅。故從微觀角度檢視岩石材料之特性時,透過非連續體分析-個別元素法-探討岩體力學行為是有效的研究途徑與重要方法。

  目前岩石力學領域最廣泛應用的個別元素分析軟體-PFC (Particle Flow Code)中,對於描述岩材顆粒膠結行為以平行鍵結模式 (Parallel bond model)代表,而其鍵結模式因力學基礎與幾何形狀皆過於簡化,無法完整且適當的呈現岩材之力學行為,降低其模擬之可信度。因此,邱家吉(2014)透過膠結之力學性質與幾何因素兩部分進行修正,發展出一新鍵結模式雙凹鍵結模式 (Biconcave bond model),幾何部分,透過觀察岩石薄片的晶粒結構,假設岩材為不同尺寸顆粒聚合而成之材料,且顆粒間膠結為雙凹形狀,並可存在於分離顆粒間;力學基礎部分則是建立在 Dvorkin理論之彈性解,以上述兩因素發展能合理描述岩材微觀性質之鍵結模式。
  因此,本研究以雙凹鍵結模式進行一系列之模擬與探討,同時與PFC內建之平行鍵結模式進行比對。首先,從雙顆粒模擬檢視微觀參數與微觀力學行為對應關係,並探討兩鍵結模式之特性與不同;接著透過鋁棒平面應變試驗之模擬,檢視兩鍵結參數設定之成果、優劣與合理性,同時探討兩鍵結模式之微觀參數對應巨觀力學行為之關係,並檢視雙凹鍵結模式微觀參數設定之方法與程序;最後以真實砂岩之模擬檢視雙凹鍵結模式模擬之適用性與參數設定之合理性,藉由巨微觀力學基礎與考慮幾何因素之雙凹鍵結模式進行不同微觀組態砂岩之模擬、預測,利用已知巨觀力學參數,探討雙凹鍵結模式之微觀參數與巨觀行為之關係,進行有效率且更具物理意義之岩石行為模擬。
zh_TW
dc.description.abstractFormer researches of rock materials using numerical simulation are mostly based on elastoplastic theory, because of the microscopic structure and microscopic mechanisms are still under investigating. However, micro-cracks and microscopic structure in rock materials play an important role which affect the mechanisms of rocks extremely. In order to investigate the mechanical behaviors of rock materials from microscopic perspect, discontinuum analysis – distinct element method is an effective and appropriate way to reach it.
  Currently, PFC (particle flow code) is a software that widely-used in rock mechanics based on distinct element method. In this software, “parallel bond model” is designed to describe rock particle cementation. However, parallel bond model is too simplified and unreliable to represent the mechanical behaviors of rock materials appropriately. Thus, Chiu (2014) developed a new model to describe rock particle cementation – Bicocave bond model (BCB), which improve the rock material mechanical behavior by two factors – basis of mechanic and geometric factors. In the improvement of material mechanical behavior, follows the elastic solution of Dvorkin theory. In the improvement of geometric factor, assumes the rock materials are composed of particles with different sizes, the shape of cement between particles are biconcave which allowed to set up between separate particles.
  Thus, this study performe a series of analysis and investigation using biconcave bond model, and compare with parallel bond model simultaneously. First of all, this study investigate the effects bwtwen microscopic parameters and microscopic behavior through simple model test, and discuss the characteristic of these two maodels. Moreover, this study investigate the relationship bwtwen microscopic parameters and macroscopic behavior by simulating the plane strain test which published by Tsai(2015).Through the results of simulations, this study compares the pros and cons of these two bonding model. And establish a procedure to determine the microscopic parameters of biconcave bond model. Finally, this study simulate the sandstones which includes different kinds of microscopic structure and properties. Propose a standard to set up microscopic parameters through macroscopic behavior in biconcave bond model, which is able to simulate and predict rock mechanics more efficiently.
en
dc.description.provenanceMade available in DSpace on 2021-06-15T11:43:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1
ntu-105-R03521132-1.pdf: 8199141 bytes, checksum: b5cf35fd86dd0ea8f0443c849eee0dca (MD5)
Previous issue date: 2016
en
dc.description.tableofcontents目錄
誌謝 I
摘 要 II
Abstract III
目錄 V
圖目錄 VIII
表目錄 XI
符號說明 XII
第一章 導論 1
1.1 研究背景與目的 1
1.2 研究方法與內容 3
第二章 前人研究 6
2.1 雙凹鍵結模式之建構 6
2.1.1 Dvorkin之雙凹鍵結簡化彈性解 6
2.1.2 雙凹鍵結模式於 PFC2D之建構 9
2.2 膠結顆粒材料之平面應變試驗 - 鋁棒試驗 15
2.2.1 膠結顆粒材料之微觀結構型態 16
2.2.2 實驗配置與步驟 16
2.3 岩石材料力學行為、特性與微組構關係研究 20
2.3.1 台灣西部麓山帶砂岩特性與微組構研究 20
2.3.2 砂岩之數值模擬 23
第三章 離散元素法之理論基礎 27
3.1 離散元素法 27
3.1.1 離散元素法之應用 27
3.1.2 離散元素法之種類 28
3.2 分析軟體PFC2D程式 29
3.2.1 PFC2D之分析優勢 29
3.2.2 PFC2D基本假設與運算原理 29
3.3 PFC2D內建之接觸模式與偵測機制介紹 37
3.3.1 接觸勁度模式 (Contact - stiffness model) 37
3.3.2 滑動 (Slip) 38
3.3.3 鍵結行為 (Bonding behaviors) 38
3.3.4 偵測機制 (Contact detection) 43
第四章 雙顆粒模擬 45
4.1 兩顆粒之模型 45
4.1.1 單軸壓力情形 46
4.1.2 單軸拉力情形 48
4.1.3 切向剪力情形 49
4.1.4 顆粒旋轉情形 51
4.2 鍵結之寬厚度比測試 53
4.2.1 鍵結厚度比測試 53
4.2.2 鍵結寬度比測試 57
4.3 雙顆粒模擬結論 60
第五章 平面應變試驗之鋁棒試驗 61
5.1 鋁棒試驗之數値模擬 – 雙凹鍵結模式 61
5.1.1 雙凹鍵結模式之參數設定 62
5.1.2 雙凹鍵結模式之模擬成果 65
5.2 鋁棒試驗之數値模擬 – 平行鍵結模式 71
5.2.1 平行鍵結模式之參數設定 71
5.2.2 平行鍵結模式之模擬成果 72
5.3 鋁棒試驗結論 74
第六章 雙凹鍵結模式於砂岩之模擬 76
6.1 麓山帶木山層砂岩之強度與變形性特性 76
6.1.1 微觀組構因子與砂岩強度之關係 77
6.1.2 微觀組構因子與砂岩之楊氏模數關係 80
6.2 砂岩模擬成果 82
6.2.1 模型建立與參數設定 82
6.2.2 數值模型驗證 84
6.2.3 模擬成果 91
6.3 砂岩模擬結論 100
第七章 結論與建議 101
7.1 結論 101
7.1.1 雙凹鍵結模式之優勢 101
7.1.2 雙凹鍵結模式之架構與限制 102
7.2 建議 103
參考文獻 105
附錄 A. 碩士學位考試口試委員提問與回覆對照表 A-1
附錄 B. 碩士學位考試口試委員提問之回覆圖表 B-1
dc.language.isozh-TW
dc.subject雙凹鍵結模式zh_TW
dc.subject岩石材料zh_TW
dc.subject微觀組構因子zh_TW
dc.subject個別元素法zh_TW
dc.subject離散元素法zh_TW
dc.subjectDiscrete element method (DEM)en
dc.subjectBiconcave bond model (BCB)en
dc.subjectRock materialen
dc.subjectmicroscopic structureen
dc.subjectDistinct element method - Particle flow code (PFC)en
dc.title以雙凹鍵結模式模擬基質支持岩石之行為研究zh_TW
dc.titleModeling Matrix-Supported Rock Behavior Using Biconcave Bonding Model of DEMen
dc.typeThesis
dc.date.schoolyear104-2
dc.description.degree碩士
dc.contributor.coadvisor翁孟嘉(Meng-Chia Weng)
dc.contributor.oralexamcommittee李宏輝,謝佑明
dc.subject.keyword岩石材料,微觀組構因子,個別元素法,離散元素法,雙凹鍵結模式,zh_TW
dc.subject.keywordRock material,microscopic structure,Distinct element method - Particle flow code (PFC),Discrete element method (DEM),Biconcave bond model (BCB),en
dc.relation.page115
dc.identifier.doi10.6342/NTU201602110
dc.rights.note有償授權
dc.date.accepted2016-08-15
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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