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研究生:葉祐銘
研究生(外文):Yo-MingYeh
論文名稱:探討陰影量與剪力強度之關係
論文名稱(外文):Investigating the Relationship between Shadow Value and Shear Strength
指導教授:李德河李德河引用關係
指導教授(外文):Der-Her Lee
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:土木工程學系碩博士班
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:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:149
中文關鍵詞:陰影量剪力強度JRC
外文關鍵詞:Shadow valueShear strengthJRC
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為評估岩石節理面剪力強度,通常使用Barton and Choubey (1977)所提之經驗公式,主要利用節理面粗糙度(JRC)、節理起伏壁體之單壓強度(JCS)、正向應力(σn)與基本摩擦角(ψb)計算得節理面尖峰剪力強度。但是,考慮到利用雷射掃描量測節理面粗糙度(JRC)費時與不方便性,以及JRC不具方向性的缺點,本研究使用拍照的方式取得節理面陰影量,並進一步以陰影量評估節理面剪力強度,以改善JRC之缺失。

研究方法方面,針對4種不同粗糙度之節理面進行翻模,並採用4種不同配比進行澆置而後養護28天,得到4種不同強度節理面試體,然後將各種不同條件之節理面試體,以拍照的方式取得陰影量後,再以雷射掃描方式取得節理面數位高程並計算其粗糙度(JRC),最後,再進行直接剪力試驗,以取得不同正向應力條件下的剪力強度,以及不同條件之節理面的剪力強度參數c、ψ。

根據試驗結果,同樣粗糙度之節理面試體,在不同方向上其剪力強度有所不同,顯示以JRC評估節理面剪力強度有其困難。因此,本研究首先找出陰影量與剪力強度參數c、ψ的關係如下,其中S為陰影量,σc為單壓強度:

tanϕ_p=0.29/(1-0.01×S-0.33×log(σ_c))

c= (-0.3+0.02×S-0.01×S×log(σ_c))/(1-0.02S)
將其代入Mohr-Coulomb破壞準則,得到陰影量與剪力強度關係式:

τ_p=(-0.3+0.02S-0.01S×log(σ_c))/(1-0.02S)+σ×0.29/(1-0.01S-0.33log(σ_c))

綜合上述,以拍照取得節理面陰影量具可快速且方便之特點,且利用陰影量評估節理面剪力強度能有不錯之表現外,還具有方向性之優點。

For estimating the shear strength of joints , usually use the empirical formulation by Barton and Choubey (1977) , it uses JRC , JCS , normal stress and basic friction angle to calculate the peak shear strength of joints . But it is not convenient and waste more time scanning and measuring the joint roughness coefficient by usung laser . The research using take pictures to get shadow value of joints , and then use shadow value to estimate the shear strength of joints .

For turning model of four differents JRC of joints and four differents proportion of cement mortar , and then using take pictures to get shadow value and scan the specimen to get JRC , at least , using shear test to get the different shear strength under different normal stress and the shear strength coefficient of joints under different condition .

As the result of test , the shear strength is different at different direction of the same JRC of joint specimen , to indicate it is difficult to use JRC to estimate the shear strength of joint . First , finding the relationship between shadow value and shear strength coefficient , as follows , S is shadow value , σc is uniaxial compression strength :

tanϕ_p=0.29/(1-0.01×S-0.33×log(σ_c))

c= (-0.3+0.02×S-0.01×S×log(σ_c))/(1-0.02S)
Substituting them to Mohr-Coulomb failure criteria :

τ_p=(-0.3+0.02S-0.01S×log(σ_c ))/(1-0.02S)+σ×0.29/(1-0.01S-0.33log(σ_c ) )

Using take pictures to get shadow value of joint is fast and convenient , and it is good to use shadow value to estimatie shear strength .

摘要 I
ABSTRACT III
誌謝 V
目錄 VI
表目錄 VIII
圖目錄 IX
符號 XVII
第一章 緒論 1
1-1 研究動機與目的 1
1-2 研究內容與流程 3
第二章 文獻回顧 5
2-1 模擬材料之選擇 5
2-2 人工方式製造節理面 5
2-3 Patton雙線性剪力強度模式 6
2-4 Barton剪力強度模式 8
2-5 張文城剪力模式 9
2-6 Peek單向平行光源模式 12
2-7 Barton節理面研究 14
2-8 Tse & Cruden之JRC計算公式 16
第三章 試驗材料、儀器與步驟介紹 18
3-1 試驗材料與試體製作 18
3-2 儀器介紹 21
3-2-1 雷射剖面儀 21
3-2-2 陰影量拍攝設備 22
3-2-3 抗壓試驗機 26
3-2-4 岩石直接剪力試驗機 27
3-3 實驗步驟 29
3-3-1 雷射剖面儀 29
3-3-2 陰影量拍攝 29
3-3-3 單軸壓縮試驗 34
3-3-4 直接剪力試驗 35
第四章 試驗結果與分析 37
4-1 雷射剖面儀掃描結果 37
4-2 陰影量分析 44
4-3 單軸壓縮試驗結果 48
4-4 直接剪力試驗結果 49
4-5 綜合討論 94
4-5-1 以Barton經驗公式預測剪力強度 94
4-5-2 節理面陰影量與其剪力強度 97
第五章 結論與建議 101
5-1 結論 101
5-2 建議 102
參考文獻 103
附錄一 各弱面之剖面立體圖 107
附錄二 各試體之陰影影像(附網格) 109
附錄三 試驗後之陰影影像 141
自述 149

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37.DCView數位視野:http://www.dcview.com.tw
38.Nikon公司網頁:http://www.nikonusa.com

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