部分飽和砂岩滑動與破壞之波動特性

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胡天騏(Tian-Chi Hu) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

部分飽和砂岩滑動與破壞之波動特性

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摘要(中)

本研究採用改良式直接剪力試驗儀，進行砂岩試體之摩擦試驗及剪力強度試驗，在不同試驗條件下，配合不同之正向應力進行剪動，並利用加速度計及微音器量測砂岩在試驗中所產生之振波與音波訊號。將試驗結果利用頻譜比對法分析，可得本試驗所用岩石試體之加速度顯著頻率為1~16Hz，而音波之顯著頻率為10~15Hz，兩者皆屬低頻範圍而有密切之關係，且皆不受粗糙條件、正向應力及岩層間之裂縫是否有水而有所影響。根據不同粗糙條件下岩石摩擦試驗之破壞包絡線與降伏線，可得知在乾燥情況下降伏狀態與破壞狀態之摩擦比的範圍介於0.75~0.82；在濕潤情況下降伏狀態與破壞狀態之摩擦比的範圍介於0.79~0.83，此結果說明了濕潤情況下岩層達到降伏狀態的時間較晚，且達到降伏狀態後岩層抵抗滑動破壞的能力也較差。另外，根據岩石摩擦試驗之音壓、加速度、剪動位移及摩擦應力歷時圖可發現，當摩擦應力接近降伏摩擦應力時，所產生之位移雖較不明顯，但此刻之加速度與音壓卻有小幅驟升之趨勢，測得此訊號代表岩層已達降伏狀態，至於剪力強度則只能測得破壞時之訊號而無降伏狀態之訊號。一般而言，岩層滑動破壞通常包含局部之岩塊剪動與整個弱面的滑動，善加利用二者所發出之訊號，應可做好岩石邊坡滑動之預警工作。

摘要(英)

This research used sandstone specimens to perform a series of friction tests and shear tests under various experimental conditions by modified direct shear apparatus. In the tests, the data of vibration waves and sound waves was measured by accelerometer and microphone. According to the results of experiments, the apparent frequency of acceleration of the rock specimens used in this research is 1-16 Hz and the apparent frequency of sound waves is 10-15 Hz. Both of these apparent frequencies were found in the low area of frequency. Moreover, conditions of roughness, normal stress and the amount of water filled in the cracks of rock would not affect the apparent frequency. According to the failure envelope and yielding line of friction tests, it is recognized that the range of friction ratio between yield and failure under dry condition is 0.75-0.82. However, its range for the wet condition is 0.79-0.83. This showed that the wet rock will reach the yielding state later than dry rock and the sliding resist is weak also. Besides, according to the figures of sound pressure, acceleration, shearing displacement and frictional stress with the elapsed time obtained from the friction tests of rock, it is recognized that although the slide displacement occurred in the experiments is not apparent, the acceleration and the sound pressure increased slightly at the beginning of yielding. These signals show that the rock has reached yielding state. However, for the shear of rock, it has no apparent signals for yielding, and only offers some significant signals at failure. The combination of these information measured from rock slope may be used as an early warning.

關鍵字(中)

★ 木山層砂岩
★ 直剪試驗
★ 加速度
★ 音波
★ 顯著頻率

關鍵字(英)

★ Mushan sandstone
★ direct shear test
★ acceleration
★ sound wave
★ apparent frequency

論文目次

摘要I
AbstractII
目錄III
照片目錄VIII
表目錄X
圖目錄XI
符號說明XIX
第一章緒論1
1.1 研究動機與目的1
1.2 研究方法1
1.3 論文內容2
第二章文獻回顧3
2.1 振波加速度與音波之特性3
2.1.1 振波加速度特性3
2.1.2 音波特性6
2.1.3 土層中振波衰減特性7
2.1.4 空氣中音波衰減特性9
2.1.5 共振現象10
2.1.6 音射現象10
2.2 振波加速度與音波訊號分析12
2.2.1 振波加速度參數12
2.2.2 音波參數14
2.2.3 時間域分析16
2.2.4 頻率域分析17
2.2.5 背景噪音之濾除18
2.3 振波加速度與音波之應用19
2.3.1 土壤中音波之研究19
2.3.2 岩石中音波之研究20
2.3.3 混凝土塊受壓之音波研究21
2.3.4 土石流地聲特性之研究22
2.3.5 振動加速度之研究23
2.3.6 乾燥砂土中音波及振波之傳遞特性25
2.3.7 岩石摩擦之音波量測與應用25
2.3.8 人工岩體受剪變形之音波特性26
2.3.9 礫石受剪之音波與振波特性26
2.3.10 部分飽和砂土受剪波動及剪力強度特性27
2.4 邊坡滑動之預警27
2.4.1 邊坡監測儀器28
2.4.2 邊坡預警方法29
第三章試驗儀器與試驗方法64
3.1 試驗試體製作64
3.1.1 摩擦試驗之試體製作64
3.1.2 剪力強度試驗之試體製作65
3.2 試驗材料之基本力學性質66
3.3 試驗儀器與相關設備66
3.3.1 波傳量測系統66
3.3.2 改良式直接剪力試驗儀69
3.3.3 量測系統設備71
3.4 試驗方法及步驟73
3.4.1 摩擦試驗之試驗步驟73
3.4.2 剪力強度試驗之試驗步驟75
3.5 波傳訊號之處理75
3.5.1 傅立葉轉換75
3.5.2 取樣定理77
第四章試驗結果與分析98
4.1 砂岩之摩擦與剪力強度特性98
4.1.1 砂岩在乾燥情況下摩擦試驗之強度特性98
4.1.2 砂岩在乾燥情況下剪力強度試驗之強度特性99
4.1.3 砂岩在濕潤情況下摩擦試驗之強度特性100
4.1.4 砂岩在濕潤情況下剪力強度試驗之強度特性101
4.2 砂岩之剪動變形特性101
4.2.1 砂岩在乾燥情況下摩擦試驗之剪動變形特性101
4.2.2 砂岩在乾燥情況下剪力強度試驗之剪動變形特性102
4.2.3 砂岩在濕潤情況下摩擦試驗之剪動變形特性103
4.2.4 砂岩在濕潤情況下剪力強度試驗之剪動變形特性103
4.3 振波與音波訊號處理103
4.3.1 乾燥情況下摩擦試驗之音波訊號分析104
4.3.2 乾燥情況下剪力強度試驗之音波訊號分析106
4.3.3 乾燥情況下摩擦試驗之振波訊號分析107
4.3.4 乾燥情況下剪力強度試驗之振波訊號分析108
4.3.5 濕潤情況下摩擦之振波訊號分析109
4.3.6 濕潤情況下剪力強度之振波訊號分析109
4.4 防災應用110
第五章結論與建議156
5.1 結論156
5.2 建議157
參考文獻158

參考文獻

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指導教授

張惠文(Huei-Wen Chang)

審核日期

2014-7-28

推文