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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:廖建鑫
研究生(外文):LIAO CHIEN HSIN
論文名稱:梨山地區地層滑動面之觀測與判定(使用時域反射技術)
論文名稱(外文):Monitoring System and Judgment applied to Lisan Landslide Using Time Domain Reflectometry
指導教授:蘇苗彬蘇苗彬引用關係
指導教授(外文):M.B. SU
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:土木工程學系
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:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:122
中文關鍵詞:時域反射技術反射係數剪動量化電纜線
外文關鍵詞:TDRTIME DOMAIN
相關次數:
  • 被引用被引用:14
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地滑監測的工程領域裡,地層的變位量與滑動深度是屬於比較重要的項目。傳統的觀測方法不但有價錢昂貴的顧慮,且在實際應用上仍受現地條件影響頗大。另一方面,由於時域反射技術(TDR)埋設之電纜線本身即為一具連續性且可多點量測的感應器,加上受現地條件影響小,以及儀器設置簡便快速且兼具經濟實惠等優點,近年來在現地地滑狀態調查的應用上已頗有取代傳統系統的趨勢。而室內實驗部分,目前已確立電纜線各種變形相對應之波形變化特徵,變形量與反射訊號之間的量化關係也歸納出一定的相關程度,使得時域反射技術(TDR)在現地應用上的日趨成熟。
目前梨山地滑區已設置了5處TDR之監測系統,經過長時間的資料擷取整理,獲得相當良好成果。本篇論文乃就TDR測站設置方面及觀測所得TDR數據之分析判讀,並配合相關資料與室內模擬試驗,驗證TDR於梨山地滑區監測之良好成效。
最後根據觀測所得數據分析與相關資料,得到數點結論如下所簡述:
1、從波形資料之尾端記號換算電纜線總長度,可觀測電纜線遭受拉伸後之長度變化,以此方式了解滑動土體之滑動情況嚴重程度。
2、由TDR所觀測資料中,分別判釋出測站所在位置地層下之滑動面深度,分別為C1滑動土體: 21m、24.5m、35m;C2滑動土體: 3~6m、19~21m、26m、36m;B5滑動土體: 1~2m、13.5~16m;B9滑動土體:2.5m、14m、17~18m、29~30m。
3、將TDR所判定之地層滑動面與地層剖面資料相結合,發現滑動面多半存在不同岩性之岩層交界處。
4、波形判釋方面,研究中對尖峰狀向上波形加以探討,初步判定在電纜線外殼破損時將產生此一波形變化。
TDR (Time Domain Reflectometry) is used to find discontinuous positions in the communication path. It mainly utilizes electromagnetic waves to monitor when the wave meets the change of media caused by refraction and reflection. The TDR cable is a continuous, multiple points monitoring sensor, neither limited by the installing direction ,nor encroached by the subterranean material. In the lab, the smooth of deformation of the cable lines are directly related to the change of the waveform. The quantification between the amount of deformation and the magnitude of reflection has also been concluded to have a certain degree of relationship. By applying the survey to measure spot landslides, TDR has the ability to replace the traditional system.
There are five sites where we have set up the TDR-Monitoring system. After monitoring for long periods of time, we have worked fruitful results by combining other Lisan information with indoor-simulation experiments. This research analyzed the data which after being downloaded from the TDR system .Further, proves the good effect of monitoring Lisan landslides with the TDR monitoring system.
Finally, according to the test analysis and discussions about the results, the following was concluded:
1. This paper observes varying degrees of deformation in the TDR cable length and to understanding the magnitude of waveforms and measuring landslides.
2. The TDR waveforms show the position of the soil/rock deformation zone .
3. Combine the soil/rock deformation position with a cross-section of layers, this research find out that the deformation zones often exist in the border between two different characteristic layers.
4. On judgement of TDR waveform, this research discusses the upward peak waveform, and find out when the cable abrasion or a partial hole in the outer conductor, the TDR waveform will appear in an upward peak.
中文摘要…………………….………………………………….……Ⅰ
英文摘要…………………….………………………………………Ⅱ
總目錄…………….…………………………………………………Ⅲ
圖目錄…………………..………………………..…….Ⅶ
表目錄…………………..……………………………...Ⅹ
照片目錄……………….……………………………..ⅩⅠ
第一章 緒論
1.1 研究動機………………………………………….1
1.2 研究目的………………………………………….3
1.3 研究內容及流程………………………………….4
第二章 文獻回顧
2.1 研究背景………………………………………….5
2.1.1 位置與交通………………………………………6
2.1.2 氣象與水文………………………………….….6
2.1.3 地形……………………………………………..7
2.1.4 地質特性………………………………………..8
2.1.5 地質構造………………………………………..8
2.1.6 滑動體概況………………………………………9
2.1.7 梨山地滑自動監測站概況………….………..11
2.2 相關文獻…………………………………………14
2.2.1 長度對反射訊號的影響….……………….15
2.2.2 同軸電纜受不同變形形式之研究.……….16
2.2.3 變形量化方式……………………….…….17
2.2.4 室內剪動量量化試驗結..………...….…....18
2.2.5 梨山現地實際應用初步成果………….….22
第三章 基本理論
3.1 同軸電纜線……………………………………..23
3.1.1 同軸電纜線之構造…….………………….23
3.1.2 同軸電纜線之等效電路….………………….24
3.1.3 電磁波傳導之數學模式…..………………..25
3.1.4 電纜線中波的傳遞數度…….…………….28
3.2 時域反射技術……………………………………30
3.2.1 基本原理……………………….………….30
3.2.2 同軸電纜線變形形式……………..……….31
3.2.3 TDR的功能……….…………………….…….38
3.2.4 TDR之限制………...………………………..39
3.2.5 取樣率………………………………………..40
第四章 TDR現地監測站位置與概況
4.1 設置點所在之滑動體概況…………….…………41
4.1.1 C區滑動土體……………………………….41
4.1.2 B-5滑動土體……………………………….44
4.1.3 B-9滑動土體……………………………….44
4.2 同軸電纜線之埋設前置作業…………………….46
4.2.1 電纜線的選擇……………………………….46
4.2.2 埋設地點選取……………………………….47
4.3 TDR現地監測站之設置流程………..…………..51
4.3.1 設置流程…………………………………….51
4.3.2 損壞及維修………………………………….55
第五章 現場資料分析處理與初步判釋
5.1 現地觀測資料…………………………………….62
5.1.1 現地觀測資料讀取………………………….62
5.1.2 原始TDR波形資料………………………….62
5.1.3 原始資料數化……………………………….64
5.2 初步波形資料…………………………………….65
5.2.1 伸長量比較………………………………….65
5.2.2 波形變化…………………………………….65
5.3 滑動面判釋……………………………………….73
5.3.1 地層滑動面調查方法簡介………………….74
5.3.2 梨山地區使用之自計孔內傾斜儀相關資料.77
5.3.3 選擇滑動土體內之岩心鑽孔……………….78
5.3.4 自計孔內傾斜儀之監測成果……………….79
5.3.5 滑動面位置(由TDR研判)……….…….90
第六章 室內模擬實驗
6.1 概述…………………………………………….…..97
6.2 模擬實驗…………………………………………...97
6.2.1 實驗裝置………………………………….…97
6.2.2 B9波形模擬實驗【1】………….……….…...101
6.2.3 B9波形模擬實驗【2】………….…………..103
第七章 結果與討論
7.1 滑動面判定………………….…………………..…106
7.1.1 電纜線長度變化……….……………….……..106
7.1.2 C區滑動土體………..…..…….………………107
7.1.3 B-5滑動土體……………..……………………108
7.1.4 B-9滑動土體…………….….…………………109
7.2 室內實驗…………………………………………..110
7.2.1 剪拉波形間之影響……………………………….111
7.2.2 電纜線受拉破壞………………………………….111
第八章 結論與建議
8.1 結論….……………………………………….…….113
8.2 建議….…………………….………………….……115
附錄一 環氧樹酯EP235之基本物理性質…………………………117
英文參考文獻…………………………………………………………118
中文參考文獻…………………………………………………………121
英 文 參 考 文 獻
1. Dowding, C. H., M. B. Su and K. M. O''Connor, “Principles of Time Domain Reflectometry Applied to Measurement of Rock Mass Deformation,” Int. J. Rock Mech. and Min. Sci., Vol. 25, No. 5, pp. 287-297 (1988)
2. Dowding, C. H., M. B. Su and K. M. O''Connor, “Measurement of Rock Mass Deformation with Grouted Coaxial Antenna Cables,” Int. J. Rock Mech. and Rock. Eng., Vol. 22, pp. 1-23 (1989)
3. Kim, M. H., “Quantification of Rock Mass Movement With Grounted Coaxial Cables”, M.S. Thesis, Northwestern Unversity, Evanston, IL,65 pp(1989)
4. M. B. Su, “Fracture Monitoring within Concrete Structure by Time Domain Reflectometry,” Engineering Fracture Mechanics., Vol. 35, No. 1/2/3, pp. 313-320 (1990)
5. Dowding, C. H. and C. E. Pierce, “Use of Time Domain Reflectometry to Detect Bridge Scour and Monitor Pier Movement,” Proceedings of the Symposium on Time Domain Reflectometry in Environmental, Infrastructure, and Mining Applications, Evanston, Illinois, Sept 7-9, U.S. Bureau of Mines, pp. 579-587 (1994)
6. Dowding, C. H. and C. E. Pierce, “Measurement of Localized Failure Planes in Soil with Time Domain Reflectometry,” Proceedings of the Symposium on Time Domain Reflectometry in Environmental, Infrastructure, and Mining Applications, Evanston, Illinois, Sept 7-9, U.S. Bureau of Mines, Special Publication, pp. 569-578 (1994)
7. Kachanoski, R. G. and A. L. Ward,”Measurement of Subsurface Chemical Transport Using Time Domain Reflectometry,” proceedings of the Symposium on Time Domain Reflectometry in Evironmental, Unfrastructure, and Mining Applications, Evanston, Illinois,Sept 7-9,U.S. Bureau of Mines,pp.171-182(1994)
8. Look, B. G., Reeves, I. N., and Williams, D.J., Field Experiences Using Time Domain Reflectometry for Monitoring Moisture Changes in Road Embankments and Pavements, Proceedings of the Symposium on Time Domain Reflectometry in Environmental, Infrastructure, and Mining Applications, Evanston, Illinois, Sept 7-9, U.S. Bureau of Mines, Special Publication SP 19-94, 1994a, NTIS PB95-105789, pp. 374-385.(1994)
9. McKown, T. O. and D. D. Eilers., “Explosive-Array Performance Measurement using Time Domain Reflectometry”. Proceedings of the Symposium on Time Domain Reflectometry in Environmental, Infrastructure, and Mining Applications, Evanston, Illinois, Sept 7-9, U.S. Bureau of Mines, Special Publication pp.46-55(1994)
10. Pierce, C. E., C. Bilaine, F.-C. Huang, and C. H. Dowding, “ Effects of Multiple Crimps and Cable Length on Reflection Signatures from Long Cables,” Proceedings of the Symposium on Time Domain Reflectometry in Environmental, Infrastructure, and Mining Applications, Evanston, Illinois, Sept 7-9, U.S. Bureau of Mines, pp. 540-554 (1994).
11. Topp,G.Clarke , Zegelin,S.J. , White,I.Monitoring Soil Water Content Using TDR : An Overview of Progress,proceedings of the Symposium on Time Domain Reflectometry in Evironmental, Unfrastructure, and Mining Applications, Evanston, Illinois,Sept 7-9,U.S. Bureau of Mines,Special Publication SP 19-94,1994,NTIS PB95-105789, pp.67-80
12. Tektronix,Inc.1502C Metallic Time-Domain Reflectometer User Manual,Nov (1997)
13. M.B. Su and Y. J. Chen , “Multiple Reflection of Metallic Time Domain Reflectometry”, Experimental Techniques,Vol.22, No.1, pp.26-29(1998).
14. Dowding.C.H and K.M. O’Connor, “GeoMeasurements by Pulsing TDR Cables and Probes” , pp116-117,U.S.A.(1999)
15. M.B. Su and Y. J. Chen , “MTDR Monitoring Systems for the Integrity of Infrastructures” , Journal of Intelligent Material Systems and Structures , Vol.10 , pp242-247 (1999)
16. M.B. Su and Y. J. Chen , “TDR Monitoring for Integrity of Structural Systems” , Journal of Infrastructure Systems , pp.67-72 (2000)
17. Dowding. C.H and K.M. O’Connor, “Real Time Monitoring of
Infrasttucture using TDR Technology”, Structural Materials Technology NDT Conference (2000)
18. Dowding C.H and K.M. O’Connor, “Comparison of TDR and Inclinometers for Slope Monitoring” (2000)
中 文 參 考 文 獻
1. 劉仁正,「利用終端反射量測土壤含水量」,碩士論文,國立中興大學土木工程研究所,臺中(1993)
2. 財團法人工業技術研究院能源與資源研究所,「梨山地區地層滑動調查與整治方案規劃總報告」,台灣省政府農林廳水土保持局第二工程所委託(1993)
3. 曾介君,「利用終端反射TDR方法探討土壤之未飽和傳輸特性」,碩士論文,國立中興大學土木工程研究所,臺中(1996)
4. 李岳儒,「同軸電纜時域反射技術在橋樑監測上之應用」,碩士論文,國立中興大學土木工程研究所,臺中(1996)
5. 王美華,「由時域反射量測擷取等效電路之研究」,碩士論文,國立臺灣大學電機工程研究所,臺北(1996)
6. 中華顧問工程司,「八十五年度坡地災害整治計畫,梨山地區地層滑動基本設計與補充調查委託技術服務-成果報告」,台灣省政府農林廳水土保持局第二工程所委託(1997)。
7. 曾震東、吳清水,「應用電磁學」,全華科技圖書股份有限公司(1997)
8. 財團法人工業技術研究院能源與資源研究所執行「八十六年度坡地災害整治計畫『監測系統』委託技術服務-工作報告」,台灣省政府農林廳水土保持局第二工程所委託(1998)
9. 萬大土壤技術顧問有限公司,「台七甲線72K+500~72K+700坍滑路段地質調查報告書」,台灣省公路局第二工程處委託(1998)
10. 丁建仁,「時域反射原理設置之變位量量化研究」,碩士論文,國立中興大學土木工程研究所,臺中(1999)
11. 中華顧問工程司,「921集集大地震梨山地區地層滑動整治工程災害調查報告書」,台灣省政府農林廳水土保持局第二工程所委託(1999)。
12. 財團法人工業技術研究院能源與資源研究所,「八十五年度坡地災害整治計畫-梨山地區地層滑動基本設計與補充調查委託技術服務-期末報告(附錄)」,台灣省政府農林廳水土保持局第二工程所委託(1999)。
13. 財團法人中華顧問工程司,「八十五年度坡地災害整治計劃梨山地區地層滑動基本設計與補充調查委託技術服務成果報告(附錄、附圖)」,台灣省政府農林廳水土保持局第二工程所委託(1999)
14. 鍾宏達,「時域反射系統應用於監測地層滑動之可行性研究」,碩士論文,國立中興大學土木工程研究所,臺中(2000)
15. 中華水土保持學會,「梨山地滑地區管理準則之研究」,台灣省水土保持局第二工程所委託(1999)
16. 張榮斌,「梨山地滑地滑動面判釋之研究(使用時域反射技術)」,碩士論文,國立中興大學土木工程研究所,臺中(2001)
17. 國立中興大學,「梨山地滑地區綜合資料庫建立與應用」,行政院農委會水土保持局第二工程所委託(2001)
18. 富國技術工程股份有限公司,「梨山地滑區第四期監測系統委託技術服務第二期工作報告」,行政院農業委員會水土保持局第二工程所委託(2001)
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