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然而此規則排列的覆瓦狀構造(imbricate structure)，其形成的條件、原因等力學機制至今仍尚未完全被了解。

此一機制的了解，也有助於探究造山帶發育的過程。

本研究採用離散 ... 資料載入處理中... 跳到主要內容 臺灣博碩士論文加值系統 ::: 網站導覽| 首頁| 關於本站| 聯絡我們| 國圖首頁| 常見問題| 操作說明 English |FB專頁 |Mobile 免費會員 登入| 註冊 功能切換導覽列 (165.22.106.144)您好！臺灣時間：2021/11/2304:11 字體大小：       ::: 詳目顯示 recordfocus 第1筆/ 共1筆  /1頁 論文基本資料 摘要 外文摘要 目次 參考文獻 紙本論文 QRCode 本論文永久網址: 複製永久網址Twitter研究生:吳曉琦研究生(外文):Wu,Shiau-Chi論文名稱:利用數值模擬探討覆瓦狀構造的力學機制論文名稱(外文):Thestudyonthemechanismofimbricatefanusingnumericalmethods指導教授:鄭富書指導教授(外文):Fu-ShuJeng學位類別:碩士校院名稱:國立臺灣大學系所名稱:土木工程學研究所學門:工程學門學類:土木工程學類論文種類:學術論文論文出版年:2008畢業學年度:96語文別:中文論文頁數:85中文關鍵詞:增積楔狀體、褶皺衝斷帶、覆瓦狀構造、離散元素法、滑脫面外文關鍵詞:accretionarywedge、fold-and-thrustbelt、imbricatefaultsystem、distinctelementmethod、decollements.相關次數: 被引用:6點閱:276評分:下載:0書目收藏:0 臺灣島位於板塊邊界上，是一造山作用仍然活躍的活動帶，故地質活動相當頻繁，間接地構成了台灣豐富的地質景觀。

此一活動造山帶，由一系列的褶皺及斷層所形成的增積楔狀體(accretionarywedge)組成。

豐富而多樣的褶皺及斷層相互疊置，形成了造山帶前緣典型的一系列相互疊置褶皺及斷層所組成的褶皺衝斷帶(fold-and-thrustbelt)。

然而此規則排列的覆瓦狀構造(imbricatestructure)，其形成的條件、原因等力學機制至今仍尚未完全被了解。

此一機制的了解，也有助於探究造山帶發育的過程。

本研究採用離散元素法PFC2D以及有限元素法ABAQUS模擬覆瓦狀構造的形成，希望藉由數值方法模擬岩層受到推擠、擾動後產生覆瓦狀構造的過程，了解覆瓦狀構造其生成的機制，包括其生成的力學機制以及推估自然界主應力方向的改變以及應力場對其它構造發育之影響。

目前的研究成果顯示，在一覆土深度較深，並允許顆粒與顆粒間具有互相傳相傳遞力矩的膠結作用之環境下能夠適當地模擬出一連續之斷層系統(imbricatefaultsystems)，即覆瓦狀構造。

當岩層受到推擠作用時，其速度量值可區分成三個部分：(1)等速區、(2)斷層錯動區、(3)速度下降區，代表的意義為岩層受到推擠時，其會有應變能累積的情況產生，當能量累積至一定程度之後造成斷層錯動，受到圍壓束制的影響，斷層錯動不會在一錯動面持續發展，而是將能量持續傳遞，形成一系列的斷層系統，並且與介質交界之層面具有一相對滑移之滑脫面(decollement)產生。

當周圍環境受到影響時也會改變其岩層之行為模式，由本研究可以了解，圍壓、摩擦係數、鍵結力、以及阻抗比等等皆會影響覆瓦狀構造的演化。

TaiwanisanactiveorogenicbeltformedbyobliqueconvergentbetweenthePhilippineSeaPlateandtheEurasianPlate.Thisactiveorogenyconsistsofserialsoffoldsandfaultsoftypicalaccretionarywedge.Becauseofhighactivity,theIslandhasabundantgeologicalstructures.Serialsofoverlappedfoldandfaultstructuresintheforelandregimehavebeenrecognizedasanimbricatedfold-and-thrustbelt.Despiteofnumerousregulardistributedimbricatestructurehasbeenidentified,theconditionsandthemechanicsstillnotbeenfullyresolved.Bytheway,themechanismofimbricatestructureisalsoakeytodiscovertheorogenicprocesses.Thisresearchusesdistinctelementmethod,PFC2D,aswellasthefiniteelementmethod,ABAQUS,tosimulatetheformationofimbricatedthrustsystem.Bymeansofnumericalsimulation,wewouldbeabletounderstandthemechanismofimbricatefan,thechangeofprincipalstressdirection,thestressfieldandstressstate,aswellasthematerialproprietiesetc.thatmightaffectingthestructureevolution.Theprimaryresultdemonstratesthattheso-called“imbricatefaultsystem”couldbeachievedundercertainconditions,includingsufficientoverburdenandthemomenttransmissionbetweenparticles.Simulatingtheimbricatetrustsystem,thedeformationofcompetentlayermaybedividedintothreeparts:theconstantspeeddomain,thefaulteddomain,andthespeeddropdomain.Theseregionsofvelocitydiscontinuityillustratethephenomenaofstrainorenergyaccumulationduringthesqueezingexperiments.Sincethethresholdhasbeenachieved,thefaultingprocessmayoccurinordertoreducethestrainenergy.Asasinglefaulthasbeendevelopedandconfinedbytheconfiningpressure,thefaultsystemcouldnotprorogateinfinitely.However,aseriesofthrustsystemwillbeformed,andthestick-slipphenomenacouldbeidentifiedinasinglefaultplane.Aserialoffaultsfinallylinkedtogetherinordertoaccommodatethetotaldeformation.Inthiscasethedecollementshavebeengeneratedbetweentheinterfaceofcompetentlayerandthematrix.Thisresearchdemonstratetheinfluenceofconfiningpressure,thefrictioncoefficient,thebondingtypesandstrengths,aswellasratioofstiffnessofrockmaterialsthatstronglyaffectthedevelopmentofimbricatethrustsystem. 目錄誌謝I摘要IIAbstractIII目錄V表目錄VI圖目錄VII第一章緒論11.1背景11.2覆瓦狀構造之基本定義及其相關研究21.3PFC2D的介紹41.4ABAQUS的介紹6第二章研究方法132.1數值模式的建立–PFC2D132.2數值模式的建立–ABAQUS15第三章分析結果-覆瓦狀構造的產生機制283.1褶皺、斷層、覆瓦狀構造的產生283.2覆瓦狀構造的基本行為（basiccase）293.3影響的因素34第四章有限元素法模擬覆瓦狀構造之初探634.1覆瓦狀構造的基本行為（basiccase）634.2影響的因素64第五章結論與建議805.1結論805.2建議81參考文獻83附錄APFC2D運算原理A-1附錄B數值模擬案例簡介B-1附錄CPFC2D基本案例程式碼C-1附錄D論文口試－問題與回覆D-1表目錄表2.1基本模型其顆粒排列方式。

17表2.2基本模型使用之微觀參數。

17表2.3基本模型所使用之宏觀參數。

18表2.4PFC2D數值分析模型規劃。

18表2.5ABAQUS與PFC2D單壓實驗宏觀參數之參數比較表。

18表2.6ABAQUS數值分析模型規劃。

19表3.1不同地質構造之參數示意表。

38表4.1PFC2D與ABAQUS之綜合比較67表A.1PFC2D程式中各模式所需輸入參數之公式A-6表A.2PFC2D不同鍵結物質所需輸入之完整微觀參數。

A-7表B.13.1節中各案例之邊界條件。

B-2表B.2案例O_RCCB01NS之基本材料參數B-2表B.3案例O_RCCB01NS之顆粒排列方式B-3表B.4PFC2D數值模型案例名稱及其材料參數B-4表B.5PFC2D雙倍長度數值模型案例名稱及其材料參數B-5表B.6ABAQUS數值模型案例之名稱及其參數B-6圖目錄圖1.1東北角之覆瓦狀構造7圖1.2圖1.1-A之手繪示意圖7圖1.3覆瓦狀斷層系統與雙衝構造。

A:覆瓦狀斷層系統(IMBRICATETHRUSTSYSTEM)；B:雙衝構造(DUPLEX)8圖1.4岩層初始構造以及形成覆瓦狀構造之示意圖(BOYERETAL.,1978)。

8圖1.5覆瓦狀構造野外露頭位置示意圖，見圖中紅色標示處，(摘自GOOGLEMAP)。

9圖1.6臺灣東北角地區覆瓦狀構造其相關產物。

A：石英礦物於裂隙中結晶作用；Ｂ：覆瓦狀構造生成之表面波紋。

9圖1.7臺灣東北角地區不同規模之覆瓦狀構造10圖1.8圖1.6之覆瓦狀構造之手繪示意圖。

11圖1.9PFC2D運算時階流程（ITASCACONSULTINGGROUPINC.,2004）12圖2.1研究流程圖20圖2.2PFC2D模擬尖頂褶皺之模型示意圖(鄭添耀，2007)。

20圖2.3基本模型示意圖。

21圖2.4基本模型介質分層示意圖。

21圖2.5國內沉積岩單壓強度與楊氏模數的關係(卿建業，1995)。

22圖2.6國內沉積岩單壓強度與柏松比的關係(卿建業，1995)。

22圖2.7國內自然岩石摩擦角分佈範圍(卿建業，1995)。

23圖2.8PFC2D之微觀參數轉換宏觀參數之單壓試驗-以硬層為例，縱坐標為正向應力，橫座標為剪向應力。

23圖2.9初始顆粒生成配置示意圖。

24圖2.10硬層之均向應力調整過程示意圖。

硬層之均向應力為30MPA。

24圖2.11模型浮點顆粒示意圖（少於三個接觸，圖中紅球標示處）。

25圖2.12消除浮點數(FLOATERS)之過程示意圖。

25圖2.13以圍壓球施加圍壓過程之示意圖，圖中紅球為圍壓球。

26圖2.14模型完成後之平行鍵結示意圖。

26圖2.15將介質微觀參數調整為硬層之微觀參數試驗結果，案例1E_1229。

27圖2.16ABAQUS基本模型示意圖27圖3.1案例O_RCCB01NS，，上方覆土壓力為6MPA，39圖3.2案例2O_RCCB01NS，，上方覆土壓力為12MPA，39圖3.3案例4O_RCCB01NS，，上方覆土壓力為25MPA，39圖3.4案例O_RCPB01NS，，上方覆土壓力為6MPA，40圖3.5案例4O_RCPB01NS，，上方覆土壓力為6MPA，40圖3.6BASICMODEL案例1229，，岩層產狀示意圖。

40圖3.7BASICMODEL案例1229之平行鍵結示意圖。

41圖3.8BASICMODEL案例1229硬層速度量值圖，A為岩層顆粒位置示意圖，B為速度量值示意圖，圖B中A為等速區B為速度尖峰區C為速度下降區。

42圖3.9BASICMODEL案例1229，，岩層之速度向量示意圖，A區硬層等速向右移動；B區硬層受到錯動影響，右側硬層上抬升；C區岩層也在錯動區，故硬層速度一致向上移動；Ｄ區硬層速度轉而向下方移動。

43圖3.10BASICMODEL案例1229硬層速度量值圖至44圖3.11BASICMODEL案例1229硬層方向速度量值圖45圖3.12BASICMODEL案例1229硬層方向速度量值圖46圖3.13BASICMODEL案例1229硬層與上方介質R1與下方介質R1之方向速度量值示意圖。

47圖3.14BASICMODEL案例1229岩層張力裂縫之示意圖。

48圖3.15BASICMODEL案例1229岩層剪力裂縫之示意圖。

49圖3.16案例1229_DOUBLE80×15.5M之模型示意圖總顆粒數為25280顆。

50圖3.17案例1229_DOUBLE之推進過程鍵結示意圖至。

51圖3.18案例1229_DOUBLE　之模型示意圖52圖3.1980×15.5M之模型不同推進速率之鍵結示意圖。

53圖3.20不同圍壓狀況於之鍵結圖示。

54圖3.21不同圍壓狀況下，岩層增高量示意圖。

55圖3.22不同圍壓狀況下，介質分層顏色示意圖。

56圖3.23不同阻抗比於之鍵結示意圖。

57圖3.24固定介質，改變硬層之摩擦係數於之鍵結示意圖。

58圖3.25固定硬層，改變介質之摩擦係數於之鍵結示意圖。

59圖3.26同時改變介質與硬層之摩擦係數於之鍵結示意圖。

60圖3.27不同層間鍵結力於之鍵結示意圖。

61圖3.28不同層間鍵結力情況下，其相對滑移的量值。

62圖4.1ABAQUS之TESTMODEL68圖4.2TESTMODEL之測試結果。

68圖4.3基本模型案例KK3E7之岩層產狀示意圖。

69圖4.4基本模型案例KK3E7之介質之平面最大主應力示意圖。

69圖4.5基本模型案例KK3E7之硬層平面最大主應力示意圖(變形量放大20.5倍)。

69圖4.6不同圍壓狀況之介質平面最大主應力示意圖。

70圖4.7不同圍壓狀況之硬層平面最大主應力示意圖。

(變形量放大20.5倍)。

71圖4.8不同阻抗比狀況之岩層平面最大主應力示意圖。

72圖4.9不同阻抗比狀況之硬層平面最大主應力示意圖。

(變形量放大20.5倍)。

73圖4.10不同阻抗比情況下於，硬層與介質之平均應力狀況示意圖。

73圖4.11固定硬層－硬層摩擦係數，改變介質－硬層摩擦係數其介質平面最大主應力示意圖。

74圖4.12固定硬層－硬層摩擦係數，改變介質－硬層摩擦係數其硬層平面最大主應力示意圖(變形量放大20.5倍)。

75圖4.13基本案例KK3E7正梯形斷層片之方向變位示意圖(變形量放大20.5倍)，。

76圖4.14改變介質－硬層之摩擦係數，其硬層上方位置於之示意圖。

76圖4.15固定介質－硬層摩擦係數，改變硬層－硬層摩擦係數其介質平面最大主應力示意圖。

77圖4.16固定介質－硬層摩擦係數，改變硬層－硬層摩擦係數其硬層平面最大主應力示意圖(變形量放大20.5倍)。

78圖4.17固定介質－硬層摩擦係數，改變硬層－硬層摩擦係數其硬層上方於之示意圖。

79圖A.1球與球接觸型式關係圖　　圖A.2球與牆接觸型式關係圖A-8圖A.3球與牆接觸型式法線向量示意圖A-8圖A.4接觸連結模式下，接觸力與重疊量（相對位移）關係(ITASCACONSULTINGGROUPINC.,2004)。

A-9圖A.5平行連結模式之等值彈性連結塊體(ITASCACONSULTINGGROUPINC.,2004)。

A-9圖A.6顆粒以最終粒徑之二分之一生成，並漸增其粒徑以達到最後粒徑。

A-10圖A.7PFC2D試體內顆粒漸增至最後粒徑(ITASCACONSULTINGGROUPINC.,2004)。

A-10圖A.8試體生成程序中調整均向應力之均向應力演化過程(ITASCACONSULTINGGROUPINC.,2004)。

A-11圖A.9調整均向應力後試體之接觸力(CONTACT-FORCE)分佈(ITASCACONSULTINGGROUPINC.,2004)。

A-11圖A.10調整均勻應力後之浮點顆粒(FLOATING)示意圖(ITASCACONSULTINGGROUPINC.,2004)。

A-12圖A.11消除浮點數中，浮點顆粒數之演化過程(ITASCACONSULTINGGROUPINC.,2004)。

A-12圖A.12施加接觸鍵結之後其鍵結網絡示意圖(ITASCACONSULTINGGROUPINC.,2004)。

A-13圖A.13為鍵結正向強度分佈圖（應力單位）(ITASCACONSULTINGGROUPINC.,2004)。

A-13 王芳琳（2007）：利用二維離散元素法模擬增積岩體的變形模式，國立台灣大學海洋研究碩士論文，台北朱志澄、宋鴻林（1990）：構造地質學，中國地質大學出版社，湖北省。

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