数位影像相关系数法应用于岩石节理面粗糙度量测之研究-国立高雄大学.PDFVIP

Taiwan Rock Engineering Symposium 2010 (TRES 2010) October, 21-22, 2010 KUAS, Kaohsiung, Taiwan 數位影像相關係數法應用於岩石節理面粗糙度量測之研究 1 2 1 2 彭詩容 、葉馥瑄 、黃燦輝 、童士恒 1 國立台灣大學土木工程學系 2 國立高雄大學土木與環境工程學系 摘要 過去岩石節理面主要以針狀及雷射剖面儀求得，由於數位影像相關係數法 (DIC)為一高精 度之非接觸式量測技術，故本研究應用三維 DIC 求取岩石節理面之三維座標，研究結果顯示， 利用三維 DIC所求得之節理面座標與高度規量測結果相當吻合；另外，本研究亦對節理面之 傅立葉轉換結果與 JRC 之關聯性進行初步探討，結果顯示可藉由傅立葉轉換結果求取 JRC 值，且較不受取點間距變化之影響。 關鍵字： 岩石節理面粗糙度、數位影像相關係數法、傅立葉轉換 一、前言 自然界的岩石中，常有斷層、節理、劈理等弱面存在，這 些弱面往往影響岩石的力學性 質。岩石節理面的剪力強度受到岩石節理面粗 糙度的影響，到目前為止已有許多學者從事相 關的研究。 Barton [1]在 1973 年首次提出將岩石表面粗糙度量化的概念，定義了節理面粗糙度 係數 (JRC) ，提出節理面剪力強度的經驗公式，利用剪力強度及正向應力等已知量來推求節理 面之 JRC值。在 1977 年 Barton 與 Choubey [2]提出十個標準剖面將 JRC 分為 10級，可以直 接比對的方式定出節理面的 JRC值。 Tse 與 Cruden [3]將 Barton提出的標準剖面放大 2.5倍， 將其數位化後研究 JRC值與八種參數間的迴歸關係，結果發現 JRC值與剖面一階導數的均方 根值 (root mean square) Z2 與均方值(mean square)SF呈現良好的線性關係，其關係式如以下二 式所示： JRC =32.2+32.47logZ (1) 1 2 JRC =37.28+16.58logSF (2) 2 過去岩石節理面之剖面主要利用針狀或雷射剖面儀求得， 針狀剖面儀為接觸式的剖面量 測儀器，除了掃瞄速度不能太快外，還可能會刮傷試體表面。雷射剖面儀的精度較高且為非 接觸式的剖面量測儀器，唯其售價較高，且無法於現地使用。近年來也有研究利用數位影像 來求取陰影量以推求節理面之 JRC值，唯其相關性並不高 [4] 。 數位影像相關係數法 (DIC)發展至今已有 20 幾年的歷史，近年由於數位相機與電腦計算 能力的快速發展，使得以此方法進行量測所需的成本下降，實用性大為增加而益加受到重視， 且 DIC 為非接觸式之量測方法，非常適合應用於現地量測。三維數位影像相關係數法於分析 時需先求出試體表面之三維座標，之後方可藉由分析試體表面各點位置的變化來求得試體表 面之應變場。因此本研究應用所發展的三維數 位影像相關係數量測技術來求出岩石節理面上 多點之三維座標，進而利用經驗式來求取岩石節理面之JRC值。三維 DIC所求得之節理面空 間座標，就單一剖面而言，其幾何分佈與在時間域中的波形非常相似，因此本研究亦針對利 用單一剖面之傅利葉轉換結果求取 JRC值進行探討，以探究利用傅立葉轉換求取 JRC 之可