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研究生： 魏培杰
Pei-Chieh Wei
論文名稱： 不同粗糙度係數下岩石節理面剖面之空間變異性探討
指導教授： 黃文昭
Wen-Chao Hung
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
論文出版年： 2015
畢業學年度： 103
語文別： 中文
論文頁數： 144
中文關鍵詞： 粗糙度係數 、相關係數 、自相關函數 、半變異數
外文關鍵詞： Joint roughness coefficient, Correlation coefficient, Autocorrelation, Semivariance
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    • 岩體因物理或化學作用導致節理面(Joint)發生，使岩體強度除了受到岩體本身影響外，也與節理面本身剪力強度有密切關係，岩體沿節理面發生剪力破壞而可能造成工程上財力與人力之損失。岩石節理面強度除了受節理面材料強度與岩石礦物間摩擦特性影響之外，節理面粗糙度(Roughness)也是重要之影響因素，通常用節理面之粗糙度係數(Joint Roughness Coefficient，簡稱JRC)來表示岩體節理面剖面之粗糙程程度，但此參數之決定並無客觀之定量方法，因此本研究利用統計學概念，來分析不同粗糙度係數下節理面剖面之空間變異性。研究方法包括：(1) 蒐集各種岩石節理面並將各剖面數值化，(2) 計算相對距離對應相關係數與半變異數，利用其關係擬合出自相關函數與半變異數函數以及(3) 分析在不同粗糙度係數下岩石節理面剖面之空間變異性。研究結果為(1) 每個等級之JRC剖面可以用半變異數函數來擬合，(2) 相關係數隨相對距離增加，變異性也會增加。

    For rocks, it produces joints by physical or chemical effects. The strength is affected not only by shear strength of rock mass, but also of joints. Joints can cause strength to decrease and hence create damages to lives and properties. Joint roughness coefficient, rock material and friction between rock and mineral can influence rock joint strength. Joint roughness coefficient indicates roughness of rock profile. However, it makes deviation increase and effects the constructions without quantity. Therefore, in this research, we apply statistics to analyze spatial variability of profile with different joint roughness coefficient. Research approaches include: (1) we collect and quantify profiles. (2) We calculate lag distance, correlation coefficient and semivariance. Then, we simulate autocorrelation and semivariance function. (3) Finally, we analyze spatial variability of profile with different JRC. The result is that (1) we can apply a semivariance function to simulate profiles of different JRC. (2) When lag distance is large, variability of correlation coefficient is large.

    摘要 I Abstract II 目錄 III 圖目錄 VIII 表目錄 XIII 第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究目的 2 1.3 研究流程 3 第二章 文獻回顧 5 2.1 岩石之不連續面 5 2.1.1 葉理 5 2.1.2 層理 6 2.1.3 劈理 7 2.1.4 節理 8 2.1.5 片理 9 2.1.6 不整合面 10 2.1.7 裂隙 11 2.2 估計岩石節理面粗糙度係數 11 2.2.1 視覺比較 12 2.2.2 方均根法(Z2) 14 2.2.3 碎形分析法(Fractal analysis) 14 2.2.4 粗糙度剖面指標(roughness profile index，Rp) 17 2.2.5 粗糙度指數( ) 18 2.2.6 剖面傾角變化與2維節理面剖面JRC之推估 20 2.3 粗糙度係數之應用 23 2.4 影響粗糙度係數之因素 25 2.4.1 尺寸效應 25 2.4.2 取樣間距 27 2.4.3 粒徑尺寸 28 2.5 統計方法 29 2.5.1 算術平均數與標準差 30 2.5.2 相關係數 30 2.6 以自相關函數描述岩石節理面粗糙度 31 2.6.1 自相關函數 31 2.7 半變異數描述岩石節理面粗糙度之空間變異性 32 2.7.1 常見半變異數函數 33 第三章 研究方法 35 3.1 岩石節理面剖面之參數取用 35 3.2 粗糙度係數剖面之相關性與半變異數分析 35 3.2.1 計算JRC18~20剖面相對距離與數據整理 35 3.2.2 組距的挑選 36 3.2.3 依組距整理數據資訊 38 3.3 粗糙度係數剖面之空間變異性分析 40 3.3.1 計算JRC4~6剖面相對距離與數據整理 40 3.3.2 依組距計算JRC4~6剖面之相關係數與整理 41 3.4 隨機模擬不同相對距離下之相關係數 42 3.4.1 檢核JRC4~6剖面不同相對距離下之相關係數分佈 42 3.4.2 隨機模擬不同相對距離下之相關係數 43 第四章 研究結果 44 4.1 粗糙度係數剖面之自相關函數圖 44 4.1.1 JRC 6~8剖面之自相關函數 44 4.2 剖面上高程之半變異數圖 46 4.2.1 JRC 0~2剖面之半變異數圖 46 4.2.2 JRC 2~4剖面之半變異數圖 47 4.2.3 JRC 4~6剖面之半變異數圖 47 4.2.4 JRC 6~8剖面之半變異數圖 48 4.2.5 JRC 8~10剖面之半變異數圖 49 4.2.6 JRC 10~12剖面之半變異數圖 49 4.2.7 JRC 12~14剖面之半變異數圖 50 4.2.8 JRC 14~16剖面之半變異數圖 51 4.2.9 JRC 16~18剖面之半變異數圖 51 4.2.10 JRC 18~20剖面之半變異數圖 52 4.3 剖面上高程差之半變異數圖 53 4.3.1 JRC 0~2剖面之半變異數圖 53 4.3.2 JRC 2~4剖面之半變異數圖 54 4.3.3 JRC 4~6剖面之半變異數圖 54 4.3.4 JRC 6~8剖面之半變異數圖 55 4.3.5 JRC 8~10剖面之半變異數圖 56 4.3.6 JRC 10~12剖面之半變異數圖 56 4.3.7 JRC 12~14剖面之半變異數圖 57 4.3.8 JRC 14~16剖面之半變異數圖 58 4.3.9 JRC 16~18剖面之半變異數圖 58 4.3.10 JRC 18~20剖面之半變異數圖 59 4.4 不同粗糙度係數剖面之空間變異性 60 4.4.1 JRC 4~6剖面之空間變異性 60 4.4.2 JRC 6~8剖面之空間變異性 64 4.4.3 JRC 8~10剖面之空間變異性 68 4.4.4 JRC 10~12剖面之空間變異性 72 4.4.5 JRC 14~16剖面之空間變異性 76 4.5 隨機模擬不同粗糙度係數剖面之相關係數 80 4.5.1 JRC 4~6剖面隨機模擬相關係數 80 4.5.2 JRC 6~8剖面隨機模擬相關係數 83 4.5.3 JRC 8~10剖面隨機模擬相關係數 86 4.5.4 JRC 10~12剖面隨機模擬相關係數 89 4.5.5 JRC 14~16剖面隨機模擬相關係數 92 第五章 結論 95 參考文獻 96 附錄一 問與答 99 附錄二 剖面資料 101 附錄三 不同粗糙度係數剖面之自相關函數 112

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