實驗室設備

本實驗室之儀器設備,主要用於探討岩石材料之強度及變形性等力學行為,並支援野外現地調查與工程測量。

岩石試驗設備

RTX-1000 岩石三軸試驗系統

岩石與其他材料最大的差異,在於岩石材料常處於高圍壓之環境。岩石材料在高圍壓下之力學行為與低圍壓截然不同:除了強度會明顯提升外,岩石也會從脆性材料轉換為延性材料。因此,三軸試驗系統為岩石力學中最核心之儀器設備。本儀器由陳勝標校友捐贈,並由王泰典教授購置。

型號GCTS RTX-1000(美國)
最大載重1000 kN(約 100 噸)
最大圍壓70 MPa(約 2000 公尺深度)
可執行試驗單軸壓縮、三軸、間接張力試驗
對外服務目前無提供,借用請洽實驗室負責人

岩心切割機

岩心切割機為製備岩石三軸試驗之重要設備,能將岩心切割為適合試驗操作之尺寸。本實驗室之岩心切割機為國內廠商自行設計,採用冷卻水內置之不排水設計,能裁切直徑 60 mm 以下之岩心樣本。

點荷重儀

點荷重儀最初由倫敦帝國學院所開發,透過千斤頂使圓錐伸出並提供點荷重,由試體破壞時的荷重可估計岩石材料之單軸壓縮強度。本實驗室採用英國 ELE 公司之 EL-77,最大荷載 55 kN,試體最大容許直徑 101.6 mm。

超音波儀

超音波儀可測得材料之超音波波速,透過波速與密度之關係間接求得動彈性係數。本實驗室採用美國 Humboldt 公司之 HC-6390,符合 ASTM C597 規範,測定範圍 0~3000 ± 0.1 μs。

軟岩貫入計

臺灣的沉積岩多屬軟弱岩石,強度低到難以製備標準試體,傳統的單軸壓縮試驗常常做不出來。針貫入試驗以一根縫針壓入岩石表面,量測貫入力與貫入深度,兩者的比值即為針貫入指數(NPI),可據以推估單軸壓縮強度。試體只需一小塊平整面,野外與室內都能操作。

本實驗室採用日本 MARUTO 之 SH-70,所用縫針符合 JIS S 3008 規範。相關研究見岩石試驗

野外調查用小型儀器

野外調查為岩體工程之重要工作,是了解工址特性的第一步。調查地點常於偏僻之處,無法攜帶大型儀器,因此需要小型儀器協助獲得初步的岩體資訊。

儀器型號規格用途
史密特錘MATEST C380(美國)衝擊能量 0.225 m-kg估算單壓強度 10–70 MPa 之材料
地質羅盤IWAMOTO MINERAL 55 型(日本)80 × 66 × 20 mm量測地層位態
地質錘初估岩石強度、取得新鮮岩石樣品
起伏計量測節理面粗糙度並騰繪剖面
間隙規量測節理面隙寬

測量用儀器

測量是大地與資源工程的基礎工作之一,良好的測量成果能提供後續分析與設計十分有力的協助。

儀器型號規格用途
水準儀Topcon AT-F6(日本)一公里量測誤差 2.5 mm工程現場水準測量
經緯儀Nikon NT-2D(日本)量測水平及垂直角度
全站儀Leica TS06-plus(德國)工作範圍 5–150 m,100 m 處定向精度 5 cm角度、距離、高程差整合測量
雷射測距儀Contour XLR現地距離快速量測
GPS 衛星定位儀導航定位與各種測量作業

三維掃描儀器

光達(LiDAR)以雷射脈衝掃描物體表面並回傳三維座標,是本研究室點雲分析與位移監測的主要資料來源。相較於傳統的接觸式量測,它能在短時間內取得整片露頭或結構物的密集點雲,且不需接觸標的。

我們同時關注消費級光達的可行性 —— 高階機種昂貴笨重、難以長期布設,若消費級設備的精度足以偵測工程關心的位移量,長期監測的門檻將大幅降低。

儀器型號類型用途
光達Livox Mid-70消費級邊坡與擋土結構長期位移監測、露頭掃描
光達Velodyne消費級點雲取得與監測性能比對

分析軟體

數值分析是本研究室的核心工作之一,軟體因此與實體儀器同等重要。

PFC 7.0

Itasca 公司的離散元素法分析軟體,是國際岩石力學研究的主流工具。本研究室以它模擬岩石的離散特性,並在其架構上開發顆粒界面模式、滲流模式與雙凹鍵結模式

  • 可模擬各種岩石的離散特性
  • 提供離散裂隙網絡(DFN)建置功能
  • 可與 FLAC 耦合,銜接連體與離散分析
  • 可進行熱-力耦合分析
PFC3D 的單軸壓縮試驗與落石防護柵模擬