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姓名 林秀樺(Xiu-hua Lin) 查詢紙本館藏 畢業系所 土木工程學系 論文名稱 岩石摩擦之音波量測與應用
(Application and measurement of sound waves caused by friction of rock blocks.)相關論文 檔案 [Endnote RIS 格式]
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摘要(中) 本研究主要利用微音器及加速度計量測波傳訊號，模擬岩石層面或石塊錯動產生位移時音波與加速度的情形。試驗中係利用氣動式直剪試驗儀，以應力控制方式施加水平向推力，進行一系列定荷重之摩擦試驗。波傳訊號經濾波後，擷取所需之階段，並與位移進行比較。
試驗結果顯示：當位移產生時，摩擦振動所造成之音波訊號有較明顯的聚集波形，加速度則因延時較長，易與下一波形重疊導致不易判斷波形的發生與結束時間。位移量愈大時，產生之音壓也愈大；當位移量愈大時加速度亦會增大，但所得結果並不如音壓值來得清楚。因受正向應力束制關係，當層面發生位移而產生之音壓較為平均。經正規化處理去除正向應力之因素，音壓與位移關係呈現較集中的分佈。在發生破壞前若量測到波傳訊號，此刻之應力狀態已達到降伏狀況，若摩擦力持續增加則會發生瞬間的大量位移而破壞。降伏摩擦力與破壞摩擦力比約為0.8。因此如量測到音波訊號時，立即對此岩層或邊坡發出警訊，可降低災害的損失，本研究成果對防災應有助益。
摘要(英) This research used the sound and vibration wave signals measured from the microphone and accelerometer to investigate the properties of the sound waves and vibration waves generated by the displacement between two rock specimens.
From the results of experiments, the sound waves have clearer signal properties than those of the vibration waves. When the rock specimens slide for a larger displacement, the sound pressures became greater. However, the results of the acceleration were not so good as that of the sound pressure. Furthermore, owing to the constrain of the normal stresses, failure occurred suddenly, and the uniform sound pressures were generated. By normalizing the sound pressures, some concentrated relationships between sound pressures and displacement were found. If the sound wave signals were measured, the frictional properties would achieve the yield condition. In case the frictional stress increased continuously, the failure will occur suddenly. The ratio between the yield stress and the failure stress is about 0.8. By using the knowledge obtained from this research, we may expect to build a warning system of rock block or stone sliding in the future.
關鍵字(中) ★ 音波
★ 加速度
★ 音壓
★ 岩石摩擦關鍵字(英) ★ acceleration
★ sound pressure
★ sound wave
★ friction of rock block論文目次 內 容 頁 次
中文摘要 II
英文摘要 III
目錄 IV
照片目錄 VII
表目錄 VIII
圖目錄 IX
符號說明 XII
第一章 緒論
1.1 研究動機與目的 .…………………………………………… 1
1.2 研究方法 ...………………………………………………… 2
1.3 論文內容 ...………………………………………………… 2
第二章 文獻回顧...……………………………………………………3
2.1 音射之原理.……………………………………………………3
2.2 音波之應用.……………………………………………………4
2.2.1 土壤音射之研究 …………………………………………4
2.2.2 岩石音射之研究 …………………………………………5
2.2.3 不穩定邊坡之音波量測…………………………………6
2.2.4 岩石邊坡之音波量測.………………………………… 8
2.2.5 土石流地聲特性之研究 ……………………………… 8
2.2.6 混凝土受壓時音波之反應 …………………………… 9
2.3 音波訊號分析.………………………………………………10
2.3.1 時間域分析.……………………………………………10
2.3.2 頻率域分析..……………………………………………11
2.3.3 振幅與振幅布……………………………………………11
2.4 音波參數………………………………………………………12
2.4.1 音波基本參數……………………………………………12
2.4.2 岩石材料之音波參數……………………………………13
第三章 試驗試體、儀器設備及試驗方法……………………………24
3.1 試體製作………………………………………………………24
3.1.1 試體製作…………………………………………………24
3.1.2 水泥試體單壓強度試驗…………………………………24
3.2 試驗儀器與相關設備…………………………………………25
3.3試驗方法及步驟………………………………………………30
3.4 音波訊號處理…………………………………………………32
第四章 試驗結果與分析………………………………………………45
4.1 摩擦試驗中音波與振波訊號傳遞之量測……………………45
4.1.1 前置試驗…………………………………………………45
4.1.2 頻譜分析…………………………………………………45
4.1.3 背景噪音的濾除…………………………………………46
4.2 正向力、剪應力與位移試驗之關係…………………………47
4.2.1 不同正向力下剪應力與位移之關係……………………47
4.2.2 正向力與剪應力之關係…………………………………48
4.3 音波與振波試驗結果…………………………………………49
4.3.1 音波與振波訊號分析比較與位移情況…………………49
4.3.2 音壓與位移關係…………………………………………50
4.3.3 加速度與位移關係………………………………………51
4.3.4 正向應力對音波或加速度與位移關係之影響…………51
4.4 正向應力、剪應力與最大音壓之關係………………………53
4.1.1 正向應力與最大音壓之關係……………………………53
4.4.2 剪應力與最大音壓之關係………………………………54
第五章 結論與建議……………………………………………………79
5.1 結論……………………………………………………………79
5.2 建議……………………………………………………………80
參考文獻………………………………………………………………81
照片目錄
照片3.1 水泥塊上盒試體……………………………………………33
照片3.2 水泥塊下盒試………………………………………………33
照片3.3 ＃1500砂紙…………………………………………………34
照片3.4 氣動式直接剪力試驗儀……………………………………34
照片3.5 上剪力盒……………………………………………………35
照片3.6 下剪力盒……………………………………………………35
照片3.7 加壓盒………………………………………………………36
照片3.8 電容式微音器………………………………………………36
照片3.9 微音器前置放大器…………………………………………37
照片3.10 微音器電源供應器…………………………………………37
照片3.11加速度計……………………………………………………38
照片3.12加速度計電源供應器………………………………………38
照片3.13數據擷取器…………………………………………………39
照片3.14(a) 資料讀取記錄器-主機…………………………………39
照片3.14(b) 資料讀取記錄器-背板…………………………………40
照片3.14(c) 資料讀取記錄器(MX100)-模組………………………40
表目錄
表2.1 音射三軸試驗土壤之基本性質………………………………15
表2.2 利用音射系統對邊坡位移速率的預測………………………15
表2.3 試驗結果之破壞準則…………………………………………16
表2.4 影響音射訊號中振幅大小之因素……………………………16
表3.1 水泥試體單壓強度試驗………………………………………41
表4.1 正向應力與產生最大位移時之最大…………………………49
表4.2不同正向力之數據資料 ………………………………………50
表4.3 各正向應力作用之剪應力與最大音壓資……………………58
圖目錄
圖2.1 凱薩效應示意圖………………………………………………17
圖2.2 土壤受剪之音射特性和破壞模式之關係……………………17
圖2.3 不同土壤受剪之音射頻譜……………………………………18
圖2.4 砂質土壤軸差應力與音射數之關係…………………………18
圖2.5 凝聚性土壤應力與音射數之關係……………………………19
圖2.6 凝聚性土壤應力與音射數之關係……………………………19
圖2.7 應力-音射與岩石破壞機制關係………………………………20
圖2.8 不同加載速率與音射數之關係………………………………20
圖2.9 混凝土加壓時應力與音波訊號之關係………………………21
圖2.10 不同含水量時應力與音波訊號之關係………………………21
圖2.11 音射訊號參數之示意圖………………………………………22
圖2.12 音射研究在大地材料中之頻率分佈…………………………22
圖2.13 波形變化及破壞過程之預測…………………………………23
圖3.1 水泥試體單壓強度試驗………………………………………41
圖3.2應變控制式直剪試驗音波訊號…………………………………42
圖3.3應力控制式直剪試驗音波訊號…………………………………42
圖3.4 電容式微音器內部構造圖……………………………………43
圖3.5 微音器之校正報告……………………………………………44
圖4.1 加速度計與剪力方向平行時加速度歷時化…………………59
圖4.2 加速度計與剪力方向垂直時加速度歷時化…………………59
圖4.3 各正向應力狀態之頻譜分佈…………………………………60
圖4.4(a) 微音器在無試體時頻譜分析………………………………61
圖4.4(b) 微音器在有試體時頻譜分析………………………………61
圖4.5(a) 加速度計無試體時頻譜分析………………………………62
圖4.5(b) 加速度計有試體時頻譜分析………………………………62
圖4.6 正向力29.5kN/m2之剪應力歷時變化…………………………63
圖4.7 正向力29.5kN/m2之位移歷時變化……………………………63
圖4.8 正向力88.5kN/m2之剪應力歷時變化…………………………64
圖4.9 正向力88.5kN/m2之位移歷時變化……………………………64
圖4.10 正向力與剪應力之關係………………………………………65
圖 4.11 音波訊號放大情況…………………………………………66
圖 4.12 加速度訊號放大情況………………………………………66
圖 4.13位移歷時放大情況……………………………………………66
圖4.14 原始音波訊號之歷時變化……………………………………67
圖4.15 濾波後音波歷時變化…………………………………………67
圖4.16 取樣時間內之音波訊號………………………………………68
圖4.17 取樣時間內之位移歷時………………………………………68
圖4.18 位移與最大音壓關係…………………………………………69
圖4.19 加速度原始歷時………………………………………………70
圖4.20 濾波後加速度歷時……………………………………………70
圖4.21 取樣時間內加速度訊號………………………………………71
圖4.22 位移與最大加速度之關係……………………………………71
圖4.23(a) 正向力88.5 kN/m2 音波訊號……………………………72
圖4.23(b) 正向力88.5 kN/m2 加速度訊號…………………………72
圖4.24(a) 正向力52.7 kN/m2 音波訊號……………………………73
圖4.24(b) 正向力52.7 kN/m2 加速度訊號…………………………73
圖4.25 位移與最大音壓之關係………………………………………74
圖4.26 正向應力作用位移與音壓之回歸分析………………………74
圖 4.27 音壓經分析後與位移之關係………………………………75
圖 4.28 正向應力為78.6kN/m2時音波重疊情況……………………75
圖 4.29 位移與最大加速度之關係…………………………………76
圖4.30 正向應力作用位移與加速度之回歸分析……………………76
圖4.31 正向應力與最大音壓之關係…………………………………77
圖4.32 摩擦力與最大音壓之關係……………………………………77
圖4.3.3摩擦力與位移之關係…………………………………………78
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指導教授 張惠文(Huei-wen Chang) 審核日期 2009-7-23 推文 plurk
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