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岩石力學實驗室

一、成立目的

岩石力學為大地工程領域中之重要基礎學域,其涵蓋之範選包括:隧道 工程、大型地下開挖、岩石中滲流、岩石邊坡、岩石基礎等等。為了提昇國 內有關岩石力學研究及教學能力,本實驗室成立目的包括:

  1. 建立岩石力學有關之實驗設備及能力: 如岩石之一般物理性質實驗、岩石之力學實驗(包括單軸、三軸、直剪 、單拉等實驗設備)、岩石之滲流實驗及其他特殊實驗等。以提供有關 岩石力學實驗與理論研究之所需。
  2. 提昇岩石力學有關之教學能力: 透過本實驗室之成立,可提供有關課程(包括岩石力學、工程地質學、 應用岩石力學、高等工程地質學)教學所涉及之實驗及模型等教學設備 ,以培育國內岩石力學之人才。
  3. 協助解決國內岩石力學有關之工程問題: 透過國內有關單位之委託研究及實驗,本實驗可彌補國內工程界實驗設 施之不足,可進行一般工程界所不能進行之特殊實驗,協助其解決問題 ,同時得以提昇國內岩石工程有關之技術與能力。

二、現有設備

壓力機(25噸)1 為英國 Wykenhan Farrance 廠製造之機械式慢速壓力機,其加壓速率範圍(0.001~0.64mm/min), 可供作巴西人法抗張試驗,單壓試驗與三軸試驗。
壓力機(100噸) 1 為油壓式壓力機,係本試驗室自製者, 其加壓速率約在2.0mm/min以下。 可供作單壓試驗與三軸試驗。
壓力機(450噸) 1 為美國 MTS 廠製造,為高勁度壓力機,可供作單壓(含峰後行為)及三軸試驗。
直接剪力儀(10噸) 1 為英國 Wykenhan Farrance 廠製造, 最大止壓力與剪力各為10噸,試體最大尺寸可為 30cm*30cm ,水平剪動速率(0.00125~6.35mm/min) ,最大位移6.35cm ,可供作岩石簡力試驗,求取弱面強度與勁度。
直接剪力儀(5噸)1 係本實驗室自製者,最大正壓力與剪力各為5噸, 試體最大尺寸可為10cm ,水平剪動速率0.2~1.5mm/min ,最大位移無限制。可供作岩石剪力試驗, 求取弱面強度與勁度。
大型真三軸室 1 為國內廠商和揚公司製造內部可放置24cm*24cm*45cm 之試體,壓力室可耐壓20kg/cm以上。 水平方自可施加不同之圍壓,因此可進行真三軸實驗。
三軸室(Hoek Cell)1
為英國 Engineering Labratory Equipment 公司製造 的三軸筒圍壓最高可至700kg/cm適用於直徑 55mm 以下的岩心試體使用。可量測岩石試體之應變。
高圍壓三軸室系統 1 高圍壓三軸室系統,包括高圍壓加壓設備
剖面儀(機械式) 1 為德國 Hammel Weyke 廠製造,剖面上坡角 40 ~50,最大下坡角 80 ,試體最大尺寸為42.5cm*42.5cm。可供作量測岩石節理面之粗糙度。
雷射剖面儀 1 為國內廠商磊智公司製造,床台掃瞄面積最大 30cm*30cm ,數位控制之雙軸自動移動式精密平台, 雷射位移計之垂直精度為 0.5 m ,掃瞄最高程範圍 8mm 。可供作量測岩石節理面之粗糙度。
槓桿式壓力試驗儀 1 為本試驗室自製者,最大正壓力為 5噸,試體最大尺寸為0cm 。可供作壓密試驗與潛變試驗。
超音波儀 2
為日本 OYO 廠製造,其脈動速率在 62.5~500pps 間,可供量測岩石之剪力與壓力波速, 以決定岩石動態模數。
消散試驗儀 1 為英式消散耐久儀,供作岩石風化試驗。
高速資料擷取系統 1 美國 HP 廠製造,可自動記錄一般電子資料(包括 應變計電壓), 最高速率為 13000筆/秒。
變形儀 1 葡萄牙 LNEC 廠製造,最大試驗壓力為200kg/cm,可於室外量測岩石變形模數。
Goodman Jack 1 美製,除可於室外量測岩石變形模數外, 可兼作當地應力量測儀。


三、空間安排

實驗設備及操作空間
(土木館213室)
提供岩石力學實驗設備及操作空間,包括:壓力機( 25噸、50噸、100噸)、直接力儀(5噸)、岩石滲流實驗設、槓 桿式壓力試驗儀、變形儀及Goodman Jack等等。
實驗設備及操作空間
(土木館211室)
提供岩石力學實驗設備及操作空間,包括:450噸壓力機、超音波儀、高速資料擷取系統、Hoek Cell及高圍壓三軸室等。
試體準備及養護空間
土木館後一樓平房
提供岩石試體之切割、磨平、養護設備及操作空間。


四、研究成果
近幾年來,已累積相當成果,重要者有:

  1. 高圍壓岩石三軸強度試驗,可界定高圍壓下岩石之破壞準則。
  2. 邊界元素法在反求隧道周圍岩體之力學性質及當地應力之研究
  3. 岩石弱面規模效應之研究。
  4. 岩石基礎承載為研究。
  5. 承載式岩栓之力學行為研究。
  6. 現代隧道工程技術之研究:包括有限元素法、邊界元素法之理論分析、岩 體分類法之應用、現地觀測細統之建立等。並以明湖抽蓄電廠為實例,作 了理論分析與現地觀測,相驗證,探討兩者之差異。
  7. 岩石隧道擠壓變形模式之研究。
  8. 岩石節理面正向閉合引致導水性變化之研究。
  9. 麓山帶砂岩之力學特性及其與微組構關係研究。

五、未來展望

  1. 研究岩石(尤其是台灣地區之岩石)在不同圍壓下之「完整應力應變曲線」,亦即尖峰強度後之應力-應變關係,藉以探討隧道及地下工程開挖後之破壞範圍、變形曲線及支撐需求;此外,該一曲線對地質構造、大地應力之研究也很重要。
  2. 研究台灣地區「軟弱岩石」之力學行為並建立其組合律模式,以提供軟弱岩盤隧道工程設計與分析所使用。
  3. 岩石弱面勁度、強度及其與弱面粗糙度間關之定性與定量研究。
  4. 岩石破壞力學之研究,藉以探討岩石間不連續弱面之延伸及其與岩石弱面強度間的關係。
  5. 岩塊理論在岩石工程,如岩坡、隧道、地下開挖等之研究。
  6. 岩石順向坡之研究;從地質、地形、岩石力學等之觀點,有系統地探討台灣地區順向坡問題。

 

 
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