順向坡的特性是具順層的結構，且因受到層間之錯動(bedding shear)常存在層間摩擦剪動的「泥縫(seam)」，其被蹍碎後的顆粒常比上下母岩更細微化或成黏土等級，因此其摩擦角常又比原來母岩更低、且更易吸水。因此，本文主要模擬在受剪下細粒泥縫內剪裂帶(shear band)之破裂擴展過程行為，接著探討地層在被推擠剪動所產生的層間剪裂帶其強度衰減之趨勢。
結果得致下列主要結論：(1) 本文設計出可模擬剪裂帶破裂過程之儀器，以利觀察其剪動破壞過程。係利用長形剪裂儀搭配上泥縫剪裂壓克力模具，與找尋可模擬出泥縫剪動破壞之材料填入模具內，觀測剪裂帶內裂縫出現時機、長度、寬度與個數等等發展變化。文中亦使用自行開發出剪裂帶裂縫發展程式進行分析，最後搭配自行改良之針入度試驗儀與無圍壓縮試驗，模擬此泥縫層因剪動破壞後力學折減之情形。(2) 測試結果發現到黏土類材料所發生剪裂帶帶寬相較於麵粉+砂材料而言就較於狹窄，其窄帶區內細微裂縫相互連接產生出大變形之滑移帶(主要位移剪裂面)，黏土材料特性偏向於脆-塑性，較適合完整模擬出剪裂帶(shear zone)與滑移帶(slip zone)之發展與演進。(3) 本試驗重複模擬剪裂帶破壞過程，利用剪裂帶裂縫發展分析程式記錄下裂縫發展(幾何關係)與剪位移之關係，統計出初期剪動時(約2~3%)，裂縫尚未發展出，剪位移到達5%時開始有些微張力裂縫出現，裂縫長度、寬度、數量也會隨著剪位移的增加而在增長，剪位移達5%至持續剪動完畢時，裂縫長度、寬度、數量會不再明顯增加且趨於穩定。裂縫在發展時的確會因為剪位移之增加其碎形維度也跟著上升，也說明著裂縫破裂程度越來越嚴重，裂縫發展到一定之剪位移量時就不會因為剪位移增加其裂縫碎形維度繼續跟著上升，到破壞結束時碎形維度趨於穩定。(4) 試驗得知剪裂帶的確會因為受剪動產生泥縫，強度會伴隨著下降，當尚未剪動(Us=0mm)時也就是圍岩(硬岩)時之強度，UCS=19.05Kpa，受剪後產生剪裂帶時(Us=6mm)，此刻強度從原來19.05Kpa降至11.95Kpa，持續受剪到較大之剪位移(Us=12mm)，慢慢開始出現主要位移剪裂面，此時強度以衰減到剩下4.86Kpa，可應證隨著剪動距離增加而強度越來越弱。

Consequent slope is a smooth layer structure and because by the bedding shear between the layers, there is often present interlayer friction shear move called "seam", which the particle broken after often than upper and lower rock more or a level of fine clay, so often surpasses the original rock friction angle lower and more absorbent.Therefore, this paper mainly simulate the behavior of the shear band in the shear zone,then we discuss the trend of the strength of the interlayer shear zone caused by the push shear.
The results obtained to the following main conclusions:(1) In this paper, we can design the instrument to simulate the fracture process of the shear zone to observe the shear failure process. The use of long-shaped splitting apparatus with the upper split acrylic mold, and to find out the material can be simulated out of the shear fracture of the material into the mold, observe the cracks in the cracks in the emergence of time, length, width and number of development changes. We also use the self-developed shear crack development program to analyze the situation, and finally with the self-improvement of the penetration tester and no compression test to simulate the slit due to shear damage after the mechanical reduction of the situation. (2) The results show that the banding bandwidth of the clastic material is narrower than that of the flour + sand material, and the fine cracks in the narrow zone are connected with each other to produce a large deformation slip zone (main displacement shear surface) , The characteristics of clay material tend to brittle - plastic, more suitable for a complete simulation of the shear zone and slip zone with the development and evolution. (3) The relationship between fracture development (geometric relation) and shear displacement is recorded by using the fracturing development analysis program of shear zone, and the initial shear rate (about 2 ~ 3%) is calculated. The fracture has not yet developed when the shear displacement reaches 5%, some micro-tension cracks begin to appear. The length, width and quantity of the crack will increase with the increase of the shear displacement. The shear length will reach 5% until the continuous shear is completed. The length, width and quantity will no longer significantly increase and become stable. Cracks in the development of the shear will do because of the increase in the size of the fractal dimension also followed the rise also shows that the degree of fracture rupture more and more serious, the development of cracks to a certain amount of shear when the shear will not increase its fracture fractal dimension Continue to follow the rise, to the end of the destruction of the fragile dimension tends to be stable. (4) It was found that the shear zone would be due to the slippage caused by the shear, and the strength would be accompanied by a decrease in the strength of the surrounding rock (hard rock) when it had not been sheared (Us = 0 mm), UCS = 19.05Kpa, (Us = 6mm), the intensity decreased from the original 19.05Kpa to 11.95Kpa, the shear was cut to the larger shear (Us = 12mm), and the main displacement shear surface began to appear slowly, At this point the intensity to decay to the remaining 4.86Kpa, can be expected with the shear distance increases and the intensity is getting weaker.

章節目錄
章節目錄	I
圖目錄	IV
表目錄	XI
第一章	緒論	1
1.1研究動機與目的	1
1.2研究方法	5
1.3 研究架構與內容	6
第二章  文獻回顧	7
2.1 剪裂帶地形概述與地質弱帶特徵及分類	7
2.1.1 剪裂構造	8
2.1.2 剪裂帶之構成機制	13
2.1.2剪裂帶之定義	16
2.2剪裂帶的形成與特性	18
2.3 剪裂帶模擬試驗	20
2.4 碎形理論於剪裂帶裂縫之應用	22
2.4.1碎形理論之概念	22
2.4.2以節理面之碎形維度計算應用於剪裂帶破裂面	24
2.5強度指標─以落錐試驗為例	27
2.6貫入深度與強度關係	29
第三章 剪裂儀之開發測試	32
3.1 泥縫內剪裂帶可能的發展機制	32
3.2剪裂之施力方式	34
3.2.1 儀器一： 長型直剪儀測試	37
3.2.2 儀器二：底面摩擦試驗測試	46
3.3不同材料模擬剪裂帶之現象探討	58
3.3.1以濕砂模擬剪裂帶發展	60
3.3.2以麵粉加入201砂與水拌合模擬剪裂帶發展	65
3.3.3高嶺土模擬剪裂帶發展	70
3.3.4三種材料模擬現象之探討比較與選定	75
第四章 模擬材料抉擇與試驗規劃	77
4.1改良後試驗配置與規劃	77
4.1.1試驗儀器	77
4.1.2監測系統	78
4.2 試驗土樣基本性質	79
4.3試驗內容	81
第五章 影像處理分析	88
5.1 分析前之準備	89
5.1.1 數位相機設定	89
5.2 剪裂帶裂縫發展分析程式之開發與功能	89
5.2.1 剪裂帶裂縫發展分析程式操作步驟與程式運作	89
5.2.2程式之誤差檢核	118
第六章  剪裂試驗結果與分析	129
6.1 試驗之可重複性測試	129
6.2剪裂帶破壞之幾何特性發展	132
6.3剪裂帶破裂程度之碎形維度發展變化	148
6.4剪裂帶強度之衰減	154
6.4.1針入度試驗	154
6.4.2利用針入度試驗與剪裂帶強度關係之建立	155
第七章  結論與建議	175
7.1結論	175
7.2建議	177
參考文獻	178
附錄一  OPENCV電腦影像視覺函式庫介紹	183
附錄二  影像與輪廓	185
索貝爾運算子(Sobel Operation)	187
拉普拉斯運算子(Laplacion)	188
附錄三  影像分割概念	189
影像特性分佈圖	189
影像二值化	190
圖檔灰階轉換	190
臨界值的分類	192
自動化處理整體性的臨界值	193
附錄四  影像二值化雜訊去除	194
附錄五	碩士學位考試口試委員提問與回覆對照表	195
 
圖目錄
圖1.1 岩層間「泥縫」(或稱「層縫」)之出現狀況	2
圖1.2 沿層面上剪壞區之漸進發展及其擴大形成滑動破壞面之過程(Bjerrum，1967)	3
圖1.3 受褶皺動力作用後順向坡內硬黏土泥縫及其界面摩擦角值(Potts，1997)	4
圖2.1以黏土受單剪之模型試驗說明滑動面發展之三階段(重繪製Skempton，1966)與剪裂帶常見之裂面(Tchalenko and Ambraseys，1970)	10
圖 2.2 總剪裂帶寬度範圍之各種不同的剪裂構造(重繪製Tchalenko, J. S.，1968)	11
圖2.3 主剪裂帶與共軛剪裂帶示意圖(許澤善、何政傑、張宏源、汪令堯，2013)	12
圖2.4 Rankine 被動土壓力範圍之成群交錯的剪裂帶(Toprak, S，1998)	12
圖2.5 Hertzberg 所提剪裂帶構成機制(Hertzberg, Richard W.，1983)	14
圖2.6 速度向量分佈圖中之剪裂帶的類型(Hsu, Tse-Shan，1987)	15
圖 2.7 含剪裂帶之板塊在外力作用下應變能高度集中現象(許澤善，1987)	16
圖2.8 所示之剪裂帶內之結構元素之幾何關係(Eric A.Flodin,Atilla Aydin，2004)	17
圖2.9 千將坪滑坡地理位置圖(廖秋林等人，2005)	18
圖2.10 千將坪滑坡縱向頗面圖(文寶萍，2008)	18
圖2.11 剪裂帶演化過程(李守定等人，2007)	19
圖2.12剪裂帶內破裂面上裂縫之幾何特徵	23
圖 2.13 定規法量測碎形維度之示意圖	25
圖 2.14 方格覆蓋法求碎形維度(Yang&Lo, 1997)	25
圖2.15剪裂帶內破裂面上裂縫之幾何特徵	26
圖2.16利用方格覆蓋法估算其覆蓋格數求取碎形維度探討複雜性	26
圖2.17 與 之關係(Brown, P. J. and Huxley, M. A.，1996)	28
圖2.18 釘刺試驗施作時之示意圖	31
圖3.1順向坡內硬岩間軟岩發生之剪裂帶(shear band)及滑移帶(slip zone)過程	33
圖3.2 剪裂帶及其中滑移帶之演進	33
圖3.3在剪裂帶內Riedel shear被拖曳後產生主要滑移帶(D)過程	33
圖3.4直接剪力試驗儀示意圖	34
圖3.5自動化底面摩擦試驗儀	36
圖3.6 架設在50噸壓力機上之長型直剪儀與擷取器連結示意圖	37
圖3.7  長型直剪儀示意圖	38
圖3.8不同類型(脆性，脆-塑性，塑性)剪裂帶破壞模式	39
圖3.9泥縫材(麵粉+砂)與木材模擬軟岩硬岩示意圖	40
圖3.10 剪動前泥縫(麵粉+砂)示意圖	40
圖3.11 剪動後在泥縫(麵粉+砂)內可發現斜向開口張裂縫	41
圖3.12泥縫材(石膏)與木材模擬軟岩硬岩示意圖	42
圖3.13 剪動後在泥縫(石膏)內無法產生張裂縫	42
圖3.14泥縫材(石膏)中間段無裂縫出現	43
圖3.15泥縫材(石膏)與木材模擬軟岩硬岩示意圖	43
圖3.16 剪動前在泥縫(石膏)內示意圖	44
圖3.17 剪動後在泥縫(石膏)內無法產生riedel shear裂縫，較像岩石單壓破壞形式	44
圖3.18 剪動前在泥縫(紅土)內示意圖	45
圖3.19 剪動後在泥縫(紅土)內無法產生riedel shear裂縫	45
圖3.20 底面摩擦試驗儀	46
圖3.21 以底面摩擦試驗機研究岩坡破壞過程	46
圖3.22 以底面摩擦方式模擬剪裂帶之發展過程(材料mix-A麵粉+砂)	49
圖3.23 以底面摩擦方式模擬剪裂帶之發展過程(材料mix-B麵粉+砂)	50
圖3.24 以底面摩擦方式模擬剪裂帶之發展過程(材料mix-C麵粉+砂)	51
圖3.25 以底面摩擦方式模擬剪裂帶之發展過程(材料clay-A紅土)	52
圖3.26 以底面摩擦方式模擬剪裂帶之發展過程(材料clay-B紅土)	53
圖3.27 以底面摩擦方式模擬剪裂帶之發展過程(材料clay-C紅土)	54
圖3.28 以底面摩擦方式模擬剪裂帶之發展過程(材料clay-D紅土)	55
圖3.29底面摩擦試驗儀正視圖與俯視圖	56
圖3.30自動化底面摩擦試驗測試示意圖	57
圖3.31底面摩擦試驗儀正視圖	58
圖3.32底面摩擦試驗儀俯視圖	59
圖3.33底面摩擦試驗儀示意圖	59
圖3.34 以濕砂模擬剪裂帶受剪破壞產生裂縫過程示意圖	62
圖3.34 以濕砂模擬剪裂帶受剪破壞產生裂縫過程示意圖(續)	62
圖3.34 以濕砂模擬剪裂帶受剪破壞產生裂縫過程示意圖(續)	64
圖3.34 以濕砂模擬剪裂帶受剪破壞產生裂縫過程示意圖(續)	64
圖3.35 以麵粉+201砂模擬剪裂帶受剪破壞過程示意圖	66
圖3.35 以麵粉+201砂模擬剪裂帶受剪破壞過程示意圖(續)	67
圖3.35 以麵粉+201砂模擬剪裂帶受剪破壞過程示意圖(續)	69
圖3.35 以麵粉+201砂模擬剪裂帶受剪破壞過程示意圖(續)	69
圖3.36以高嶺土(含水量=57%)模擬剪裂帶受剪破壞產生裂縫過程示意圖	71
圖3.36以高嶺土(含水量=57%)模擬剪裂帶受剪破壞產生裂縫過程示意圖(續)	72
圖3.36以高嶺土(含水量=57%)模擬剪裂帶受剪破壞產生裂縫過程示意圖(續)	74
圖4.1高嶺土液性限度關係圖	80
圖4.2試體準備流程	82
圖4.2試體準備流程(續)	83
圖4.2試體準備流程(續)	84
圖4.2試體準備流程(續)	85
圖4.2試體準備流程(續)	86
圖4.2試體準備流程(續)	87
圖5.1裂縫發展分析程式運作完整流程圖	88
圖5.2程式操作步驟	90
圖5.2程式操作步驟(續)	91
圖5.2程式操作步驟(續)	92
圖5.2程式運作流程圖	94
圖5.2程式運作流程圖(續)	95
圖5.2程式運作流程圖(續)	96
圖5.2程式運作流程圖(續)	99
圖5.2程式運作流程圖(續)	101
圖5.3假設閥值為 影像被區分成兩群示意圖	101
圖5.2程式運作流程圖(續)	103
圖5.4四方向連通元件	105
圖5.5八方向連通元件	106
圖5.6遞歸法(Recursive algorithm)	108
圖5.7循序法(Sequential algorithm)	109
圖5.8邊界判斷法(Boundary method)	110
圖5.10疊代法(Iterative method)	112
圖5.2程式運作流程圖(續)	112
圖5.11裂縫發展程式之分析原理幾何關係	114
圖5.12(a)裂縫發展分析程式擷取區域示意圖	115
圖5.12(b)裂縫發展分析程式擷取區域示意圖	115
圖5.2程式運作流程圖(續)	116
圖5.2程式運作流程圖(續)	116
圖5.2程式運作流程圖(續)	117
圖5.2程式運作流程圖(續)	117
圖5.14裂縫影像分析程式之檢核圖例	119
圖5.15邊界模糊導致硬體產生誤差示意圖	119
圖 6.1剪裂帶剪應力-剪位移曲線之重複性測試	130
圖 6.2剪裂帶剪應力-剪位移曲線之重複性測試(剪位移至0.12cm)	130
圖6.3剪裂帶漸進式破裂行為重複性測試	131
圖 6.4模擬剪裂帶試驗過程示意圖	133
圖 6.5泥縫材料(高嶺土w=56%)時之剪力-剪位移曲線	133
圖6.6泥縫材受剪動破壞過程	136
圖6.6泥縫材受剪動破壞過程(續)	137
圖6.6泥縫材受剪動破壞過程(續)	138
圖6.6泥縫材受剪動破壞過程(續)	139
圖6.6泥縫材受剪動破壞過程(續)	140
圖6.6泥縫材受剪動破壞過程(續)	141
圖6.7泥縫材受剪後剪裂帶裂縫寬度發展	142
圖6.8泥縫材受剪後剪裂帶裂縫長度發展	143
圖6.9泥縫材受剪後剪裂帶裂縫數量發展	144
圖6.10泥縫材受剪後剪裂帶裂縫面積發展	145
圖6.11泥縫材受剪後模擬剪裂帶強度折減發展	146
圖6.11泥縫材受剪後模擬剪裂帶強度折減發展(續)	147
圖6.12特定剪位移下(Us=0.24cm)之裂縫碎形維度	149
圖6.13特定剪位移下(Us=0.48cm)之裂縫碎形維度	149
圖6.14特定剪位移下(Us=0.72cm)之裂縫碎形維度	150
圖6.15特定剪位移下(Us=0.96cm)之裂縫碎形維度	150
圖6.16特定剪位移下(Us=1.2cm)之裂縫碎形維度	151
圖6.17裂縫發展時剪位移與碎形維度之關係	152
圖6.18裂縫發展時剪位移與碎形維度之關係(綜合11組試驗)	153
圖6.19改良式針入度試驗儀	154
圖6.20模擬材料C、 同時線性遞減下在達尖峰強度時所發展出之剪裂帶(Castelli et al.,2009)	155
圖6.21建立無圍壓縮強度與貫入深度關係利於探討剪裂帶貫入深度	158
圖6.22針入位置示意圖	159
圖6.23不同位移時針入示意圖	160
圖6.24改良式針入度試驗儀	161
圖6.25無圍壓縮試體針入度試驗示意圖	161
圖6.26無圍壓縮試體針入度試驗	162
圖6.27無圍壓縮試驗儀器	163
圖6.28藥刀、頂桿與重模圓筒	164
圖6.29高嶺土含水量(w=55%)無圍壓縮強度	164
圖6.30剪裂帶受剪後剪位移與貫入深度關係圖	165
圖6.31剪裂帶受剪後剪位移與殘餘深度關係圖	166
圖6.32剪裂帶受剪後剪位移與殘餘深度百分比關係圖	167
圖6.33剪裂帶受剪後剪位移與折減因子關係圖	168
圖6.34剪裂帶受剪後剪位移與UCS關係圖	169
圖6.35剪裂帶受剪後剪位移與貫入深度和UCS關係圖	170
圖6.35利用影像分析與針入度試驗模擬剪裂帶受剪後剪位移與強度關係圖	171
圖6.36剪裂帶受剪後貫入深度柱狀圖及其統計參數	172
圖6.37剪裂帶受剪後殘餘深度柱狀圖及其統計參數	173
圖6.38剪裂帶受剪後強度衰減柱狀圖及其統計參數	174
附圖A1  OpenCV 的組成結構	183
附圖B1  顏色漸進(深-淺-深)	185
附圖B2  顏色漸進(淺-深-淺)	186
附圖B3  顏色漸進(深-淺)	186
附圖C1影像二值化流程圖	190
附圖C2灰階轉換流程	192
附圖D1 影像二值化雜訊去除示意圖	194
	 
表目錄
表2.1不同學者模擬剪裂帶之相關試驗研究	21
表3.1 本文儀器與材料測試結果模擬出現象相對關係	76
表4.1試驗土樣基本性質	79
表5.1裂縫誤差計算百分比	120
表5.1裂縫誤差計算百分比(續)	121
表5.1裂縫誤差計算百分比(續)	122
表5.1裂縫誤差計算百分比(續)	123
表5.1裂縫誤差計算百分比(續)	124
表5.1裂縫誤差計算百分比(續)	125
表5.1裂縫誤差計算百分比(續)	126
表5.1裂縫誤差計算百分比(續)	127
表5.1裂縫誤差計算百分比(續)	128

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