指導教授：林銘郎臺灣大學：土木工程學研究所楊士賢Yang, Shih-HsienShih-HsienYang2014-11-252018-07-092014-11-252018-07-092014http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/260775台灣地質環境特殊，地形多山，在西部麓山帶及臺東縱谷平原分布著許多沖積扇的地形樣貌。其中花蓮舞鶴台地為第四紀的沖積扇，因中央山脈斷層作用將沖積扇抬升成為台地。因此河流沖積扇的特徵仍然會在地質組構中呈現，如顆粒大小的分布、排列方向等等。且礫石層顆粒大小差距大，使地層具有空間異質性；又因水流堆積而使礫石層具有覆瓦狀構造，有特定方向的顆粒排列使得地層具有空間異向性。如此的地層組構著實影響著地下工程的施工特性。 在2012年8月底，天秤颱風侵襲台灣，正在舞鶴台地中開挖的鐵路台東線NT隧道內發生了抽坍事故，在台地的表面發生了約10公尺深的陷落坑。查閱了此工程的鑽井資料以及地質調查報告，顯示抽坍處正位於舞鶴礫岩的地層中，如此，礫石層中的地質組構對於隧道抽坍並發生陷落坑的形成機制以及工程特性就成了我們需要深入探討的問題。 在此研究中利用物理模型試驗與數值模擬分析交叉比對，選定適當的參數來進行礫石層中陷落坑的發生過程與形貌進行研究。探討在不同厚度、不同深度的礫石層、以及不同的隧道深度的條件之下對於陷落坑行為的影響。 從數值模擬的結果中可以發現，當隧道深度越深的情形下，表面陷落的形貌寬度會增加，且陷落深度會減小。且在有特定排列方向之地層中，開挖隧道引致之地表陷落有偏離中央的情形，當層厚越厚時，其陷落坑偏離中央的距離越遠。Taiwan is a mountainous country. Some gravel layers are located in western Taiwan mountain foot and Huatung Valley. Wuho Tableland is a Quaternary Period fluvial fan and risen by Central Range Fault. In this tableland, it still reserved the indication of fluvial fan that we can found, such as the spread of the gravel layers and gravel arrangement. And in the fluvial fan, the grain size and thickness of gravel layers are not equal, so that the stratum would be anisotropic and inhomogeneous. This stratum would affect the availability of geoengineering. Aug 28, 2012, Typhoon Tembin stroke Taiwan with heavy rain, especially for eastern Taiwan that causes sinkhole. The sinkhole is 10 meters in depth. From bore log and geologic investigation, we found the sinkhole is located in Wuho conglomerate. And we want to draw the connection between the configuration of the strata and the sinkhole. In this research, we analyzed into two aspects: experimental method and numerical simulation. Then, we set up sand-box experiment and verify with discrete element method (DEM). Finally, apply proper thickness, depth of gravel layer and depth of tunnel into this case. The results showed that with deeper tunnel comes shallower and wider sinkhole. And thicker gravel layers comes larger shift of sinkhole. This can be seen from both experiments and DEM simulation.致　謝 I 摘　要 III Abstract IV 第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究動機與目的 2 1.3 研究內容與流程 3 第二章 文獻回顧 8 2.1 陷落坑 8 2.1.1 陷落坑的可能發生原因 8 2.1.2 陷落坑的發展機制 9 2.1.3 陷落坑的安全性評估 9 2.2 台灣礫石層概述 10 2.2.1 礫石層的生成與分布 10 2.2.2 沖積扇與礫石層組構 11 2.3 礫石層與台灣岩體分類法 12 2.3.1 台灣岩體分類法(PCCR-System) 12 2.3.2 台灣的礫石層在台灣岩體分類法中的位置 14 2.4 分離元素法與顆粒力學的理論與應用 15 2.4.1 分離元素法簡介 15 2.4.2 PFC2D之接觸組成模式 17 2.4.3 PFC2D中巨觀參數與微觀參數的轉換 18 第三章 研究方法 32 3.1 地質與環境資訊調查 32 3.1.1 露頭選取與分層 32 3.1.2 顆粒大小 32 3.1.3 排列情形 33 3.2 物理模型試驗 33 3.2.1 物理模型配置與材料選擇 34 3.2.2 陷落量測方法 34 3.2.3 實驗步驟與項目 37 3.3 數值模擬分析 39 第四章 現地資訊調查 51 4.1 NT隧道背景資料 51 4.2 鑽探資料 52 4.3 現地露頭調查 53 4.3.1 圖資蒐集與整理 54 4.3.2 調查結果 54 4.3.3 綜合討論 57 4.4 改繪地質剖面、簡化剖面與試驗假設 58 第五章 物理模型試驗與數值模擬分析 79 5.1 物理模型試驗 79 5.1.1 物理模型試驗之陷落過程 80 5.1.2 隧道深度與有無橢圓顆粒層的影響 81 5.2 物理模型試驗與數值模擬分析之比較 83 5.2.1 有無橢圓礫石層之陷落過程 84 5.2.2 隧道深度與有無橢圓顆粒層的影響 85 5.3 數值模擬分析 87 5.3.1 礫石層位置的影響 88 5.3.2 礫石層厚度的影響 89 5.4 小結 92 第六章 結論與建議 109 6.1 結論 109 6.2 建議 110 參考文獻 112 附錄一 鑽探資料(中興工程顧問公司提供) 114 附錄二 PFC2D程式碼 134 附錄三 口試委員提問與回覆 14513438275 bytesapplication/pdf論文公開時間：2014/08/21論文使用權限：同意有償授權(權利金給回饋本人)陷落坑舞鶴礫岩隧道開挖物理模型PFC2D[SDGs]SDG15thesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/260775/1/ntu-103-R01521105-1.pdf