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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:鄒和翰
研究生(外文):He-Han Chou
論文名稱:多頻道表面波震測法施測改良與案例分析
論文名稱(外文):Field Improvement and Case Study of the MASW Method
指導教授:林志平林志平引用關係
指導教授(外文):Chin-Ping Lin
學位類別:碩士
校院名稱:國立交通大學
系所名稱:土木工程系所
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:2005
畢業學年度:93
語文別:中文
論文頁數:127
中文關鍵詞:多頻道表面波震測法頻散曲線震源新式受波器
外文關鍵詞:MASWDespersion CurveSeismic SourceLandstreamer
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多頻道表面波震測法可以非破壞性的方式評估地層剪力波速剖面,並持續朝二維剪力波速剖面影像分析之應用的趨勢發展。然而多頻道表面波震測法在目前現地施做程序下,常遭遇到幾個問題:傳統插入式受波器(Plant geophone) 轉換測線通常都需要耗費相當之時間與人力;表面波之探測深度取決於震波頻率、測線展距與震源支距,且需要足夠低頻的訊號與震源能量,才能獲得足夠的探測深度,目前常使用的震源常有能量不足或移動性不佳等問題。
因應上述施測不便,本研究目的為 (1) 研發一套兼顧經濟性與效率性的新式受波器系統(Land streamer)並與傳統插入式受波器比對其資料可性度與適用性;(2) 藉由人工震源改良,組裝一操作便利的落槌系統,改善能量不足所帶來對訊號的影響;(3)配合震源觀察不同墊片所產生之低頻波的品質,以使收錄之寬頻訊號更為完整。
研究結果顯示,新式受波器於平滑路面之表現良好,在瀝青路面與砂性土壤表面使用的成效已得到印證,可以有效的提升表面波震測的施測效率;新研發之自由落鎚系統,其震波訊號波長範圍約可達30m,有效的改善空間探測深度的能力;另外,以橡皮墊作為鎚墊的確可以改善低頻訊號品質,但成效並不明顯。案例研究選擇一場趾展示不同非破壞性技術之成果與MASW的二維探測成效。
MASW can be used to investigate the shear velocity profile of stratum via non destructive tests and has been extended to perform 2-D Vs tomography. However, several inconveniences are encountered via current test procedures. Switching the survey line is quite time and man-power consuming when planting geophones are deployed; the explored depth depend on the quality of lower-frequency part of signal which is affected by the survey line length, source offsets and characteristics of source energy. Commonly-used seismic sources usually have insufficient mobility or energy.
To improve those inconveniences, this study aims at there aspects. First, a new acquisition system, land streamer, is developed under the consideration of efficiency. Its reliability and performance are also verified by comparing the data from traditional planting geophones. Secondly, a handy seismic source made of weight-drop system is developed to improve seismic energy while maintaining mobility. Thirdly, to widen the frequency bandwidth and improve the quality of signal, the performance of different rubber pads with corresponding seismic source are evaluated.
The results show that the new receiver system has a good performance on the smooth surface (asphalt and sandy ground). The workability and efficiency of MASW are effectively increased when applying the land streamer. The weight-drop source enlarges the wavelength bandwidth signal up to 30 meters which increases the spatial measuring capacity on depth. The rubber pads make only slight improvement on the quality of lower frequency part of signal. A case study is also presented for demonstrating the results of different NDT techniques and the effectiveness of MASW 2-D tomography.
目錄
中文摘要 I
ABSTRACT III
誌謝 IV
目錄 V
圖目錄 VII
表目錄 X
第一章 序論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 2
第二章 文獻回顧 4
2.1彈性波基本概念與應用 4
2.2表面波震測法 7
2.2.1 表面波基本性質 8
2.2.2 穩態震動法(SSRW) 9
2.2.3 表面波譜分析法(SASW) 11
2.2.4 多頻道表面波量測法(MASW) 14
2.2.4.1 MSASW 14
2.2.4.2 MWTSW 16
2.2.5 表面波方法之比較 17
2.2.6 施測參數之影響 20
2.3表面波震測施測設備 23
第三章 研究方法 49
3.1 表面波特性分析 49
3.1.1 時間-空間域(t-x domain) 49
3.1.2 頻率-空間域振幅頻譜(f-A-x domain)) 50
3.1.3 頻率空間域實部頻譜(f(R)-x) 52
3.1.4 頻率-速度能量頻譜(f-v energy spectrum) 52
3.1.5 頻率波長能量頻譜(f- energy spectrum) 53
3.2震測設備特性探討 54
3.2.1 震源規格 55
3.2.2受波器改良設計 57
3.2.3試驗規劃 57
第四章 震源與受波器之特性 64
4.1 震源特性 64
4.1.1 震源 64
4.2 受波器特性 71
4.2.1瀝青鋪面 72
4.2.2軟弱地面 75
第五章 案例分析 90
5.1 交通大學博愛校區區域地質 90
5.2 不同地物量測法於博愛校區之應用 91
5.2.1地電阻探測 91
5.2.1.1 測線位置與施測參數 92
5.2.1.2試驗結果 93
5.2.2 折射震測 93
5.2.2.1 試驗原理 94
5.2.2.2 測線位置與施測參數 94
5.2.2.3 試驗結果 95
5.2.3 孔內波速量測 95
5.2.3.1試驗原理 96
5.2.3.2 下孔震測施做參數設定 96
5.2.3.3 試驗結果 97
5.3 多頻道表面波震測 97
5.3.1 測線位置與施測參數 97
5.3.2 試驗結果 98
第六章 結論與建議 112
6.1 結論 112
6.2 建議 113
附錄(一) 118
附錄(二) 119

圖目錄
圖2.1彈性波運動方式(Bolt,1976) 31
圖2.2 波傳行式與路徑(KGS,2000) 32
圖2.3波傳遞攜帶之能量 (Woods 1968) 32
圖2.4彈性半無限域波傳速度與伯松比(Poison ratio)之關係(Richart 1962) 33
圖2.5表面波震測法(C.P.Lin 2000) 33
圖2.6表面波之頻散現象 34
圖2.7 穩態表面波震動法(Rix,1988) 34
圖2.8受波器距離與波數(Number of cycles)之關係圖(Richart,1970) 35
圖2.9 穩態震動法之簡易反算法 35
圖2.10表面波譜法現地配置圖 36
圖2.11固定受波器中點法 36
圖2.12固定震源法 37
圖2.14相位角摺開之過程 38
圖2.15 MWTSW分析流程,圖上之黑色區域即能量之顛峰值 39
圖2.16 f-v dormain測線展距對資料遺漏之影響 39
圖2.17 近場、遠廠效應影響 40
圖2.18 震源-正弦震盪器 40
圖2.19 震源-炸葯 40
圖2.20 震源-各式鎚頭重之鐵槌 40
圖2.21 震源-加速度落鎚 40
圖2.22 震源墊片頻譜 41
圖2.23 4.5Hz電磁式速度受波器 44
圖2.23 ETH Landstreamer(Van deer Veen 1998) 45
圖2.24 (a)插入式受波器(左側)與L 45
圖2.26 KGS Landstreamer (2000) 46
圖2.27 Tyren Landstreamer 47
圖2.28 2-D Vs-profile by Tyren 47
圖2.29(a) Gimbal geophone與spike geophone 47
圖2.29(b) Gimbal geophone 內部構造 48
圖3.1 時間域之震波資料與波速範圍 50
圖3.2 能量頻譜 51
圖3.3 單一受波器能量頻譜 51
圖3.4 震波實部頻譜 52
圖3.5 震波之頻散曲線 53
圖3.6 震波之f- 剖面 54
圖3.7 鎚頭重12lb支大鐵鎚 60
圖3.8 新式落槌系統 61
圖3.9 震源墊片之鐵板 61
圖3.10 震源墊片之橡皮墊 61
圖3.11新式受波器底座 62
圖3.12 新式受波器 62
圖4.1 不同震源對訊號頻譜之影響(1)(震源:BH) 78
圖4.2 不同震源對訊號頻譜之影響(2)(震源:AF) 79
圖4.3 不同震源對訊號頻譜之影響(3)(震源:WD) 80
圖4.4 套疊不同種類震源之頻散曲線 81
圖4.5 不同種類震源之頻率波長曲線(由左至右: BH、AF、WD) 82
圖4.6 不同墊片於頻率空間域之能量頻譜(Asphalt,BH,Ip(left),Rb1(right)) 83
圖4.7 不同墊片於頻率空間域之能量頻譜(Asphalt,BH,Ip(left),Rb1(right)) 83
圖4.8 不同墊片於頻率空間域之能量頻譜(Asphalt,BH,Ip(left),Rb1(right)) 83
圖4.9 單一受波器振幅能量頻譜(BH-ip & Rb1-38m) 84
圖4.10新式受波器(左)與插入式受波器(左)的震動歷時(Asphalt,BH,Ip) 85
圖4.11新式受波器(左)與插入式受波器(右)的能量頻譜(Asphalt,BH,Ip) 85
圖4.12新式受波器(左)與插入式受波器(右)的f-v頻散曲線(Asphalt,BH,Ip) 85
圖4.13新式受波器(左)與插入式受波器(右)的f- 頻散曲線曲線(Asphalt,BH,Ip) 86
圖4.14新式受波器與插入式受波器的震動歷時(Asphalt,WD,Ip) 86
圖4.15新式受波器與插入式受波器的能量頻譜(Asphalt,WD,Ip) 86
圖4.16新式受波器與插入式受波器的f-v頻散曲線(Asphalt,WD,Ip) 87
圖4.17新式受波器與插入式受波器的f- 頻散曲線(Asphalt,WD,Ip) 87
圖4.18左側與右側分別為新式受波器與插入式受波器的震動歷時 88
圖4.19左側與右側分別為新式受波器與插入式受波器的能量頻譜 88
圖4.20左側與右側分別為新式受波器與插入式受波器的頻散曲線 88
圖4.21套疊新式受波器與插入式受波器的頻散曲線 89
圖5.1 交大博愛校區區域地質圖(中央地質調查所-地質資料整合查詢系統) 103
圖5.2 交通大學博愛校區施測實驗測線與鑽孔位置配置圖 103
圖5.3 常見地地表施測電極排列法 104
圖5.4 測線1-1之電阻值剖面 105
圖5.5 折射震測二維波速剖面 106
圖5.6 下孔震測方法示意圖 107
圖5.7 下孔震測施測設備示意圖 107
圖5.8 下孔震測現場配置圖 108
圖5.9 垂直敲擊 108
圖5.10 左側敲擊 108
圖5.11 右側敲擊 108
圖5.12 相對位置 108
圖5.13 表面波震測二維剪力波速剖面 109
圖5.14初達波時間點比較 110
圖5.15 表面波震測Tomography 111

表目錄
表2. 1 震波探測法分類 6
表2. 2 表面波震測法 19
表2.3 試驗之震源 42
表2.4 測區地質與結果 43
表3.1 實驗參數配置 60
表5.1 交大博愛校區測線1施測參數 92
表5.2 折射震測施測參數 95
表5.4 測線施測參數 98
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