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研究生:蔡允翰
研究生(外文):Yun-han Tsai
論文名稱:北橫公路復興至巴陵段岩石單壓強度之初步預估模式
指導教授:葛德治董家鈞董家鈞引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立中央大學
系所名稱:應用地質研究所
學門:自然科學學門
學類:地球科學學類
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:91
中文關鍵詞:單壓強度施密特錘回彈值點荷重指數超音波壓力波速消散耐久指數北橫公路迴歸分析預估模式相關係數。
外文關鍵詞:point load indexuniaxial compressive strengthSchmidt rebound valuecorrelation coefficient.predictive modelregression analysisNorthern Cross-Island Roadslaking durability indexultra-sound compressive wave velocity
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台灣山坡地的開發愈來愈密集,山坡地的大地材料除了表土外,則多為岩石。然而若無法掌握岩石的一些基本工程特性,則極易發生工程災害。單壓強度 (qu) 一直是岩石的重要力學特性指標,但單軸壓縮試驗費時、昂貴且不利於現地施作;因此若能有一套較方便、簡單、經濟的試驗方法來評估單壓強度,則能對山區的工程的初期規劃與力學設計有實質的幫助。
本論文主旨為以施密特錘回彈數 (Rn)、點荷重指數 (Is)、超音波壓力波速 (Vp) 及消散耐久指數 (Id) 來探討與單壓強度的關係。由於不同的區域、不同的岩樣,其當中的關係也會有所不同,因此本論文選定北橫公路復興至巴陵段為研究區域;除了無法決定施測面之消散耐久試驗外,其餘試驗皆為垂直層面施測,以暫時避免探討岩石異向性的影響。並以最小平方原理來迴歸各試驗數值對單壓強度的關係,期望未來逐漸建立台灣地區各試驗數值對單壓強度的預估模式。
研究結果顯示先依漸新世、中新世地層分類後,再將各試驗值對單壓強度作迴歸分析,可獲得較高的相關係數 (R2)。在施密特錘回彈值─單壓強度的關係中,二者存在著指數上的關係;在點荷重指數─單壓強度的關係當中,點荷重指數有相當明顯的線性關係可以來推估單壓強度;在超音波壓力波速─單壓強度的關係上,二者有乘冪的非線性關係。在消散耐久指數─單壓強度的關係上雖可求出一線性關係,但相關係數卻偏低。以上針對研究區所得之迴歸關係皆與前人研究者類似,但迴歸係數卻有相當之不同,此事實反應出相異地區性地質作用之貢獻。

Because the reclamation of slope-lands in Taiwan is becoming more intense, the opportunity of dealing with rock media is considerably increased. However, disability of capturing the crucial rock features always leads to some potential engineering disasters during or after construction. The uniaxial compressive strength qu is a very important property for rocks, but it is not only time-consuming and expensive to attain but also difficult for field measuring. Therefore, establishing a predictive model of qu by other convenient, simple and economical tests is definitely beneficial for the preliminary planning and mechanical design of various constructions in mountainous regions.
The objective of this thesis is to study the relationships among the Schmidt rebound value (Rn), point load index (Is), ultra-sound compressive wave velocity (Vp), slaking durability index (Id), and the target factor qu. Because such relationships may vary with rock formations in different regions, the area between Fu-hsin and Ba-lin along the Northern Cross-Island Road was selected for investigation. To avoid the contribution of in-situ rock anisotropy, all measurements were applied in the direction normal to major the bedding plane (except the slaking durability test without a sense of application direction). The least square principle was used to determine the regression relation between each type of measurement and qu. It is hoped that the similar work be extended to the other regions of Taiwan.
It is found that a better regression result with a higher value of the square of correlation coefficient (R2) was achieved after classifying rock specimens into Oligocence and Miocence ones. qu was observed to be in an exponential relationship of Rn; qu varied remarkably linearly with Is; qu related with Vp in a power law; R2 is greater than 0.95 for all the above three cases. Although there existed a rough linear relationship Id between and qu, the corresponding R2 value was low. All the observed regression relationships for the research area match those described in literature, but the regression coefficients were different, reflecting the contribution of local geological processes.


目 錄

中文摘要……………………………………………………………… Ⅰ
英文摘要……………………………………………………………… Ⅱ
誌 謝……………………………………………………………… Ⅲ
目 錄……………………………………………………………… Ⅳ
圖 目……………………………………………………………… Ⅶ
表 目……………………………………………………………… Ⅸ

第一章 緒論………………………………………………………… 1
1.1 前言………………………………………………………… 1
1.2 研究動機…………………………………………………… 2
1.3 研究目的…………………………………………………… 2
1.4 研究方法…………………………………………………… 3
1.5 論文格式與內容…………………………………………… 3

第二章 前人研究…………………………………………………… 5
2.1 影響單壓強度的因素……………………………………… 5
2.2 各項岩石試驗指數與單壓強度間之相關研究……………11
2.2.1 施密特錘試驗回彈數─單壓強度………………… 11
2.2.2 點荷重試驗指數─單壓強度……………………… 14
2.2.3 超音波壓力波P波波速─單壓強度……………… 18
2.2.4 消散耐久試驗指數─單壓強度…………………… 19
2.3 岩體評分……………………………………………………21

第三章 研究區域背景概述………………………………………… 23
3.1 研究區域地理位置……………………………………… 23
3.2 研究區域地形概況……………………………………… 25
3.3 研究區域地質概況……………………………………… 25
3.3.1 區域地質…………………………………………… 25
3.3.2 地層及岩性……………………………………… 28
第四章 試驗及試驗方法………………………………………… 35
4.1 施密特錘試驗…………………………………………… 35
4.1.1 試驗介紹………………………………………… 35
4.1.2 試驗儀器………………………………………… 35
4.1.3 試驗步驟………………………………………… 35
4.2 點荷重試驗……………………………………………… 38
4.2.1 試驗介紹………………………………………… 38
4.2.2 試驗儀器………………………………………… 38
4.2.3 試驗步驟………………………………………… 38
4.3 超音波試驗……………………………………………… 42
4.3.1 試驗介紹………………………………………… 42
4.3.2 試驗儀器………………………………………… 42
4.3.3 試驗步驟………………………………………… 42
4.4 消散耐久試驗…………………………………………… 46
4.4.1 試驗介紹………………………………………… 46
4.4.2 試驗儀器………………………………………… 46
4.4.3 試驗步驟………………………………………… 46
4.5 單軸壓縮試驗…………………………………………… 49
4.5.1 試驗介紹………………………………………… 49
4.5.2 試驗儀器………………………………………… 49
4.5.3 試驗步驟………………………………………… 49
4.6 試體製作注意事項……………………………………… 50

第五章 試驗結果與預估模式建立……………………………… 51
5.1 施測地點概述…………………………………………… 51
5.2 施密特錘試驗結果……………………………………… 51
5.3 點荷重試驗結果………………………………………… 51
5.4 超音波試驗結果………………………………………… 55
5.5 消散耐久試驗結果……………………………………… 55
5.6 單軸壓縮試驗結果……………………………………… 55
5.7 迴歸模式………………………………………………… 59
5.7.1 最小平方法概述………………………………… 59
5.7.2 迴歸結果………………………………………… 60
5.8 相關討論………………………………………………… 66
5.8.1 地層分類迴歸…………………………………… 66
5.8.2 各指數分級……………………………………… 77
5.8.3 與前人研究比較………………………………… 77
5.8.4 砂岩單壓強度與平均地質年齡關係…………… 80

第六章 結論與建議……………………………………………… 82

參考文獻…………………………………………………………… 84

試驗圖片附錄……………………………………………………… 88

參 考 文 獻Bieniawski , Z.T.(1975): “Point load test in geotechnical practice,” Eng. Geol., 9(1):1-11.Broch , E., and Franklin , JA.(1972): “Point-load strength test,” Intl. J. Rock Mech. Min. Sci., 9(6):669-97.Brook , N.(1980): “Size correction for point load testing,” Intl. J. Rock Mech. Min. Sci., 17:231-5 [Technical note].Cargill , JS.,and Shakoor , A.(1990): “Evaluation of empirical methods for measuring the uniaxial compressive strendth,” Intl. J. Rock Mech. Min. Sci., 27:495-503.Chau , KT.,and Wong , RHC.(1996): “Uniaxial compressive str-ength and point load strength,” Intl. J. Rock Mech. Min.Sci.,33:183-8[Technical note].D’Andrea , DV., Fisher , RL.,and Fogelson , DE.(1964): “Pre-diction of compesssion strength from other rock properties,” Colo. Sch. Min. Q., 59(4B):623-40.Forster , IR.(1983): “The influence of core sample geometry on the axial point-load test,” Intl. J. Rock Mech. Min. Sci., 20:291-5.Goktan , RM.(1988): “Theoretical and practical analysis of rock rippability,” Ph.D. thesis, Istanbul Technical Uni- versity.Greminger , M.(1982): “Exrerimental studies of the influence ofrock anisotropy on size and shape effects in point-load testing,” Intl. J. Rock Mech. Min. Sci., 19:241-6.Haramy , KY.,and DeMarco , MJ.(1985): “Use of the Schmidt hammer for rock and coal testing,” In: Aswath JB, Eile- en W, editors. 26th US Symposium on Rock Mechani- cs, Rapid City. p.549-55.Hassani , FP., Scoble , MJ.,and Whittaker , BN.(1980): “Appl-ication of point load index test to strength determineation of rock and proposals for new size-correction chart,” In: Pro-ceedings of the 21st US Symposium on Rock Mecha-nics, Rolla. p.543-64.Hucka . (1965) : ”A Rapid Method of Determining the Strength of Rocks in Situ,” Intl. J. Rock Mech. Min. Sci.,Vol.2:127-134.ISRM .(1985): “Suggested Method for determining Point Load Strength,” Intl. J. Rock Mech. Min. Sci.,Vol. 22: p.51-60.Inoue , M.,and Ohomi , M.(1981): “Relation between uniaxial compressive strength and elastic wave velocity of soft rock,” In: Akai K, Mayashi M, Nishimatsu Y, editors. Pr- oceedings of the International Symposium on Weak Rock, Tokyo. p.9-13.Kahraman , S. (2001) : “Evalution of simple methods for assessing the uniaxial compressive strength of rock,” Intl. J. Rock Mech. Min. Sci., Vol. 38: p.981-994.Pells , PJN. (1975) : “The use of point load test in predicting the compressive strength of rock material,” Aust Geomech ;G 5(N1):54-6.Read , JRL., Thornten , PN.,and Regan , WM. (1980): “A ratio-nal approach to the point load test,” In: Proceedings AustN.Z. Geomechanics, Vol. 2. p.35-9.Sheorey , PR., Barat , D., Das , MN., Mukherjee , KP., Singh , B.(1984): “Schmidt hammer rebound data for estimation of large scale in situ coal strength,” Intl. J. Rock Mech. Mi- n. Sci., 21:39-42 [Technical note].何春蓀(1997):「台灣地質圖概論─台灣地質圖說明書─第二版三刷」,經濟部中央地質調查所,第18∼53頁。何春蓀(1990):「普通地質學─第三版」,五南圖書出版公司,台北,第62∼122頁。林哲儀(1995):「針式貫入試驗應用於軟弱岩石單壓強度之研究」,碩士論文,國立中央大學應用地質研究所,中壢。林銘郎(1995):「北橫公路榮華壩趾附近邊坡穩定之研究(Ⅰ)」,行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告,NSC83-0414-P008-006B。林錫宏(1999):「砂岩破裂過程參數之影響因素初探」,碩士論文,國立中央大學應用地質研究所,中壢。洪如江(1991):「初等工程地質學大綱」,財團法人地工技術研究發展基金會,台北,第八章。洪奕星、王源(1990):「台灣西北部麓山帶中新世和上新世地層之研究」,經濟部中央地質調查所特刊第四號,台灣地層研討會論文集,第50∼59頁。胡剛、毛爾威(1996):「台灣地質圖說明書─桃園」,經濟部中央地質調查所,第3∼13頁。施國欽(1999):「岩石力學」,文笙書局,台北,第二∼三章。黃啟修(1995):「北橫公路復興至巴陵段岩石耐久性之研究」,碩士論文,國立中央大學應用地質研究所,中壢。游中榮(1996):「應用地裡資訊系統於北橫地區山崩潛感之研究」,碩士論文,國立中央大學應用地質研究所,中壢。葛德治(2000):「岩石力學講義」,國立中央大學應用地質研究所,中壢。葛德治(2000):「地質材料實驗力學講義」,國立中央大學應用地質研究所,中壢。華東水利學院、成都科學技術大學合編(1986),岩石力學,水利電力出版社,北京。熊鴻嘉(1997):「新竹保山地區卓蘭層砂岩岩象與單壓強度之研究」,碩士論文,國立中央大學應用地質研究所,中壢。鍾振東(1973):「台灣之所謂古第三系─烏來統之層位問題」,地質,第一卷,第一期,第109∼116頁。
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