数位影像相关系数法于岩石微观变形之应用 - national university of .pdfVIP

Taiwan Rock Engineering Symposium 2008 (TRES 2008) October, 30-31, 2008 NTUT, Taipei, Taiwan 數位影像相關係數法於岩石微觀變形之應用 1 1 2 1 1 翁孟嘉 童士恒 施明祥 俞肇球 黃耀增 1 國立高雄大學土木與環境工程學系 2 國立高雄第一科技大學營建工程學系 摘要 台灣西部麓山帶砂岩普遍具有強度低、變形性大之特性。由於岩石此種力學特性與其微 觀性質有極密切相關，因此本研究以微組構觀點出發探討岩石之變形特性，採用顯微鏡即時 觀察微試體在壓縮過程之變化，配合數位影像 相關係數法以迅速、全域、高精度的量測岩石 顆粒與基質之應變場，進一步瞭解其非均勻及高塑性之變形行為。 關鍵字 ：數位影像相關係數法、砂岩、微觀量測。 一、前言 台灣西部的麓山帶其地質年代年輕，以未變質的第三世紀砂岩為主。此類砂岩由於成岩 作用時間短，大部分強度都不高且膠結及壓密程度都不佳，具有受剪後明顯變形的傾向，因 此岩石工程在遭遇到此類岩層時，常產生施工災害[1] 。根據前人研究[2-5]可知，此類砂岩之 力學特性與其微觀組構具有密切關係。為探討此類砂岩在微觀情形下，顆粒與基質受力後之 應力－應變情形。本研究採用顯微鏡即時觀察岩石受壓破壞過程，配合數位影像相關係數法 (digital Image Correlation Method, DIC)量測岩石顆粒與基質之位移場及應變場，以瞭解其變形 行為。以往對於微觀應變之量測，多透過影像處理技術與三角網格之定位，計算礦物顆粒在 微觀尺度下之體積應變及剪應變分佈。然而採用上述方法，量測區域及精度嚴重受限於三角 網格數目及大小。採用數位影像相關係數法則可提供迅速、全域、精度高的全場應變分佈。 二、數位影像相關係數法 數位影像相關係數法之原理主要在比對兩張影像的局部相關性，以此相關性判定變形前 後影像中局部的對映關係。首先在分析物體的表面產生所謂 結構性的斑紋[6-8] ，結構性的 斑紋造成影像中表面灰階的分佈。利用灰階分佈的特徵，對變形前後的影像進行特徵比對， 可獲得變形前後影像的相對位置之關係。 茲以圖1為例說明該對映關係，變形前中心點位置為P ，而變形後，位置變為P* ，則兩者 間存在函數關係如式 (1) 、式(2)所示： * x x =+u (x, y ) (1) * y y =+v (x ,y ) (2) - 211 - 翁孟嘉等：數位影像相關係數法於岩石微觀變形之應用 圖 1 物體表面變形前後次級影像相對位置示意圖[6] 針對未變形的影像，利用有限元素法的觀念，首先將影像切割成數個次級影像。假設變 形前之影像為影像A 而變形後之影像為影像B ，兩者間存在著對應關係稱為函數關係如前述， 則可依數位影像相關係數法判定兩者間的相關程度，數位影像相關係數定義如下 [6, 9] ：