潛盾隧道冰凍工法熱傳導之有限元素分析｜國立中央大學博碩士論文系統

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研究生：	李佳恩 Jia-En Lee
論文名稱：	潛盾隧道冰凍工法熱傳導之有限元素分析
指導教授：	張瑞宏 Jui-Hung Chang
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 土木工程學系 Department of Civil Engineering
畢業學年度：	94
語文別：	中文
論文頁數：	104
中文關鍵詞：	潛盾隧道、冰凍工法、凍土、土壤凍結、冷凍工法、有限元素法
外文關鍵詞：	freezing method, tunnel, finite element method, ground freezing
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本研究針對潛盾隧道開挖時所使用之冰凍工法，進行熱傳導的數值模擬分析，模擬的案例為國立雲林科技大學校址內進行的冰凍開挖試驗，依照試驗現地狀況建立有限元素數值模型，並透過溫度邊界條件的設定，模擬冰凍管的冷凍作用，並考量土壤密度、熱傳導係數、比熱、潛熱等材料參數之設定，以有限元素軟體ABAQUS進行數值模擬分析。模擬之結果與現地測溫資料比較，以探討模擬之成效；另外分別藉由調整溫度邊界條件、冰凍管數目，探討冰凍管冷凍能力及冰凍管間距對凍土發展之影響。

A thermal conductivity study of freezing method for tunnel constructions is analyzed in this paper using finite element simulations. The numerical analysis is performed by using ABAQUS, which considers temperature boundary conditions, density of soil, thermo conductivity of soil, specific heat of soil, and latent heat of soil.
The applicability of the simulation results is evaluated by comparing with the on-site observation of the ground freezing test carried out in National Yunlin University of Science and Technology. Further, influence factors on the freezing behavior are studied by adjusting the strength of freezing and the number of freezing pipes.

第一章 緒論	1
1.1 前言	1
1.2 研究動機和目的	2
1.3 研究方法	3
1.4 論文內容	3
第二章 文獻回顧	5
2.1 潛盾開挖之輔助工法	5
2.2 冰凍工法相關事項	5
2-2-1 冰凍工法常用之形式	6
2-2-2 冰凍管型式	7
2-2-3 冰凍工法之施工	9
2.3 土壤基本熱性質	10
2.4 凍土的特性	10
2.5 土壤冰凍試驗之相關文獻	12
2.6 土壤冰凍數值模擬分析相關文獻	16
第三章 熱傳分析理論與數值模擬方法	27
3.1 前言	27
3.2 熱力學分析理論	27
3.3 熱傳導分析理論	28
3.4 有限元素法數值分析理論	31
3.5 使用之數值模擬軟體	34
3-5-1 MSC/Patran	34
3-5-2 ABAQUS	36
3.6 冰凍試驗之模擬	37
3-6-1 冰凍試驗現地狀況與施作情形	37
3-6-2 模型建立與模擬方法	39
3-6-3 冰凍管模擬以方管代替圓管的差異分析	43
3-6-4 網格收斂與網格簡化	43
第四章 模擬結果與討論	60
4.1 冰凍模擬結果與現地測溫之比較	60
4.2 冰凍管模擬以方管代替圓管的差異分析結果	63
4.3 網格收斂與網格簡化之模擬結果	63
4.4 探討冰凍管冷凍能力的強弱對結果之影響	64
4.5 土壤含水率對凍土發展之影響	66
4.6 冰凍管數目對凍土發展之影響	67
第五章 結論與建議	97
5.1 結論	97
5.2 建議	100
參考文獻	102

                                

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【20】 ABAQUS Documentation Version 6.4,ABAQUS Benchmarks Manual, 1.6.2 Freezing of a square solid: the two-dimensional Stefan problem.

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