指導教授：楊永斌臺灣大學：土木工程學研究所游佩琳You, Pei-LinPei-LinYou2014-11-252018-07-092014-11-252018-07-092014http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/260738隨著都市人口增加，交通堵塞問題日趨嚴重，捷運有著快速、便捷、班次密集與高載客量之特性，儼然成為各大都市高度依賴的交通工具之一。而都市土地價值高，將捷運建造於地下，不但能節省地面空間，亦能減少噪音與干擾。臺灣位於地震活動頻繁之環太平洋地震帶上，當地震發生時，有可能使行駛中之車輛出軌，抑或造成隧道破壞或坍塌。捷運系統所承載人數眾多，若發生意外，可能會造成嚴重的人員傷亡。有鑑於此，本文目的即希望藉由數值模擬分析方法，針對地下隧道受地震力作用之反應做深入之探討。 本研究根據Yang et al. (1996)提出之二維有限元素與無限元素混和模式分析法，模擬土壤-結構互制系統，並結合Zhao和Valliappan (1993)提出之地震力輸入方式，處理波散射問題，進而分析地下隧道結構受到地震力作用下，隧道與土壤間的互制行為，並與前人之研究做比較。另外，也利用實測的921集集地震資料，對單孔或不同排列方式之雙孔隧道，進行地震反應分析。接著，進一步探討土壤、隧道之幾何與材料參數，如：隧道所在深度或隧道間距等，對隧道反應產生之影響。 本研究結果顯示土壤剪力波速與隧道埋置深度，對隧道受震反應影響顯著。而隧道所在深度與排列方式，對於受震後地表反應之影響較不明顯。此外，雙孔水平隧道間交互作用，會使得隧道相鄰側主應力分布狀態改變。With the increase of urban population, the traffic congestion problem has become more and more serious in metropolitan areas. For its instant, convenient, high frequency service and high capacity characteristics, mass rapid transit (MRT) system has become one of the major transportation tools in metropolitan areas. Owing to the limited and precious ground areas available, most MRT routes have been built as underground tunnels, which can not only save the ground space, but reduce the noise interference. Taiwan is an island located on the circum-Pacific seismic belt where a large number of earthquakes occur each year. When a major earthquake takes place, it may cause the moving MRT trains to derail, or make underground tunnels collapse, thereby resulting in tremendous casualties because of the high capacity characteristics of the system. In view of the above, the purpose of the thesis is to investigate the impact of earthquakes on the underground tunnels by using numerical simulation methods. The study simulated the soil-structure interaction system by using the 2D coupled finite/infinite element approach method proposed by Yang et al. (1996). In order to deal with the wave scattering problem and to analyze the soil-tunnel interaction behaviors subjected to earthquakes, the study also adopted Zhao and Valliappan’s (1993) technique for simulation of the earthquake, and compared the numerical results obtained with the previous studies. Besides, this study investigates the seismic responses of single tunnel and twin-tunnels by utilizing the seismic data recorded during the 921 Chi-Chi Earthquake. Furthermore, parametric studies were conducted to examine the effects of various geometric and material parameters, such as the depth of the tunnels or the space between twin-tunnels, on the tunnel response. The study results show that the soil shear wave velocity and the depth of the tunnels are important parameters with respect to the seismic responses of the tunnels; however, the depth of the tunnels and the relative position of twin-tunnels have less influence on the seismic responses of the ground. In addition, the interaction between the twin-tunnels can result in the change of the principal stresses distribution on the adjacent sides of the two tunnels.目錄 摘要 I ABSTRACT III 目錄 V 圖目錄 IX 表目錄 XVII 第一章 導論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 文獻回顧 1 1.3 研究範圍 6 第二章 有限元素與無限元素混和分析法 9 2.1 前言 9 2.2 二維有限元素與無限元素理論推導 10 2.3 二維無限元素 19 2.3.1 位移振幅衰減因子之選擇 19 2.3.2 波數之選擇 20 2.4 二維有限元素網格尺寸之選擇 21 2.5 動態濃縮法 22 2.6 數值積分方法 24 2.7理論之驗證 26 第三章 地震波傳分析 35 3.1 前言 35 3.2 一維波傳理論解析解之推導 35 3.2.1 單層土壤 36 3.2.2 多層土壤 39 3.3 地震力輸入方式 41 3.3.1 半解析混合法 42 3.3.2 有限元素網格尺寸之選擇 44 3.3.3 例題分析 45 3.4 單孔穴分析 47 3.4.1 有限元素網格尺寸之選擇 47 3.4.2 與前人比較之結果 48 第四章 二維隧道受地震力下之波傳分析 79 4.1 前言 79 4.2 隧道受地震波之動力反應 79 4.2.1 地震資料 79 4.3 單孔隧道 80 4.3.1 分析模型 80 4.3.2 SV波入射之分析 81 4.3.3 P波入射之分析 83 4.3.4 考慮SV波及P波 86 4.4 水平雙孔隧道分析 86 4.4.1 分析模型 87 4.4.2 SV波入射之分析 87 4.4.3 P波入射之分析 88 4.5 垂直雙孔隧道分析 89 4.5.1 分析模型 89 4.5.2 SV波入射之分析 90 4.5.3 P波入射之分析 90 4.6 結論 91 第五章 參數分析 149 5.1 前言 149 5.2 地震資料 149 5.3 參數分析模型 149 5.4 土壤相關參數分析 150 5.4.1 土壤楊氏模數之影響 150 5.4.2 土壤柏松比之影響 151 5.5 隧道相關參數分析 152 5.5.1 隧道深度之影響 152 5.5.2 隧道間距之影響 152 5.5.3 隧道楊氏模數之影響 153 5.5.4 隧道厚度之影響 154 5.6 結論 154 第六章 結論與展望 187 6.1 結論 187 6.2 展望 188 參考文獻 1915184083 bytesapplication/pdf論文公開時間：2014/07/29論文使用權限：同意有償授權(權利金給回饋本人)地震力互制行為土壤-結構互制系統受震反應隧道雙孔隧道二維有限元素與無限元素混合分析法[SDGs]SDG9[SDGs]SDG11thesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/260738/1/ntu-103-R01521201-1.pdf