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研究生: 徐啟翔
HSU, CHI-HSIANG
論文名稱: 透地雷達及地電阻應用於探測地層擾動及地下埋藏物之研究
Application of Ground Penetrating Radar and Electrical Resistivity Tomography on the Detection of Ground Disturbances and Buried Structures
指導教授: 吳建宏
Wu, Jian-Hong
李德河
Lee, Der-Her
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: 2025
畢業學年度: 113
語文別: 中文
論文頁數: 287
中文關鍵詞: 非破壞檢測透地雷達地電阻頻譜分析地層擾動遺構調查
外文關鍵詞: Non-destructive Testing, Ground Penetrating Radar, Electrical Resistivity Tomography, Spectral Analysis, Ground Disturbance, Heritage Investigation
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  • 非破壞性檢測技術廣泛應用於地質調查、地層構造判釋、地下設施探測與文化資產調查等領域,能在不破壞地層的情況下獲取地下資訊,因此於大地工程探測中佔有重要地位。本研究以透地雷達及地電阻為主要調查工具,針對地層擾動與現地遺構進行探測,並進一步對透地雷達數據進行頻譜分析,以探討構造物材料之特徵頻率。
    研究標的涵蓋二個議題,四個探測案例分析。第一個議題為地層擾動檢測,以成功大學地下試驗水槽為例,因在擴建水槽工程中發現舊有水槽底部出現裂隙,且疑似延伸至側壁,故運用透地雷達檢側壁後方是否有潛在地層擾動。第二個議題是現地遺構檢測包含三處:其一為探測嘉義車站轉車臺遺構,於鐵路高架化工程中發現日治時期混凝土製的火車車頭轉車臺,使用透地雷達探測其是否使用鋼筋及鋼筋的排列方式;其二為探測金門明清時代金門城遺址,包含西門城外側及千戶所城(里民活動中心前廣場),前者結合透地雷達與地電阻探討西門城甕城牆基礎與地層構造,後者則基於文獻推測為千戶所城舊址,採用透地雷達進行尋找舊有構造;其三為探測臺灣府城小東門城甕城遺址,因小東門城甕城具完整探測與開挖資料,可作為透地雷達與地電阻交叉驗證應用場址,其結果並與金門西門外側進行比對分析。
    綜合以上探測成果亦透過MATLAB進行透地雷達頻譜分析,探討不同構造材質的雷達反射圖徵之頻率變化,作為判釋材質的依據。本研究使用透地雷達與地電阻來研究在多樣地層條件與文化遺構場址中進行探測,以瞭解其應用潛力,進而提升非破壞性探測於地工與歷史場址調查中的整體效能。

    Non-destructive testing (NDT) techniques are widely applied in geological, geotechnical, and cultural heritage investigations for acquiring subsurface information without disturbing the ground. This study integrates Ground Penetrating Radar (GPR) and Electrical Resistivity Tomography (ERT) to detect ground disturbances and investigate in-situ historical remains, with GPR spectral analysis further applied to identify characteristic frequencies of construction materials.

    Two research topics with four case studies are presented. The first focuses on ground disturbance detection at the underground water tank of National Cheng Kung University, where GPR was used to assess potential subsurface anomalies following tank expansion works. The second concerns historical remains detection, including: (1) the Chiayi Railway Station turntable from the Japanese colonial period; (2) the Kinmen City ruins from the Ming-Qing period, involving the West Gate and the former Qianhusuo Fortress; and (3) the Xiaodongmen barbican in Tainan City, which served as a validation site for GPR and ERT through comparison with excavation records.

    Spectral analysis of GPR data provided insights into the frequency responses of different materials, enhancing interpretation accuracy. This study demonstrates the potential of combining GPR and ERT for effective non-destructive investigations across diverse geological conditions and heritage sites.

    摘要 I Extended Abstract II 致謝 XX 目錄 XXII 表目錄 XXVI 圖目錄 XXVII 第一章 緒論 1 1-1 研究背景 1 1-2 研究動機及目的 2 1-3 研究流程 3 1-4 研究大綱 5 第二章 文獻回顧 6 2-1 透地雷達之應用範圍 6 2-2 透地雷達之文獻回顧 8 2-2-1 地層擾動調查 8 2-2-2 地下掩埋物調查 14 2-2-3 地層頻譜分析 19 2-3 地電阻之應用範圍 21 2-4 地電阻之文獻回顧 22 2-4-1 不同電極排位方式之解析度 22 2-4-2 貫入式地電阻試驗 25 2-4-3 非貫入式地電阻試驗 27 第三章 非破壞檢測之基本理論與儀器介紹 29 3-1 透地雷達儀器及原理介紹 29 3-1-1 透地雷達儀器介紹 29 3-1-2 透地雷達探測流程 32 3-1-3 透地雷達基本理論 38 3-1-4 介質之電磁特性 41 3-1-5 透地雷達探測深度概算法 45 3-1-6 解析度 47 3-1-7 資料處理 50 3-1-8 透地雷達圖徵判讀 54 3-1-9 頻譜分析 56 3-2 地電阻儀器及原理介紹 59 3-2-1 地電阻儀器介紹 59 3-2-2 地電阻量測工具 62 3-2-3 地電阻理論 62 3-2-4 地層之電阻率與電流流線 68 3-2-5 各種電極排列法介紹 70 3-2-6 現地施作之原理 76 3-2-7 現地施作之注意事項 81 3-2-8 正、反模擬法介紹 82 3-2-9 資料修正設定 86 第四章 資料分析與研究方法 88 4-1 透地雷達訊號分析方法 88 4-1-1 RADAN 7軟體之圖徵處理 88 4-1-2 MATLAB頻譜分析之運算工具 92 第五章 現地探測規劃與結果 94 5-1 臺南市成功大學試驗水槽 94 5-1-1 研究區域介紹 95 5-1-2 探測之測線規劃與施作 97 5-1-3 探測結果分析與討論 104 5-1-4 探測成果之總結 112 5-2 嘉義車站轉車臺遺構檢測 114 5-2-1 研究區域介紹 115 5-2-2 探測之測線規劃與施作 117 5-2-3 探測結果分析與討論 122 5-2-4 探測成果之綜合討論 131 5-3 金門縣定史蹟「明清金門城遺跡」地下史料調查研究 133 5-3-1 研究區域介紹 134 5-3-2 探測之測線規劃與施作 136 5-3-3 探測結果分析與討論 139 5-3-4 探測成果之綜合討論 146 5-4 臺灣府城小東門城甕城遺址 151 5-4-1 研究區域介紹 152 5-4-2 探測之測線規劃與施作 154 5-4-3 探測結果分析與討論 156 5-4-4 探測成果之綜合討論 160 5-5 頻譜分析 161 5-5-1 試驗水槽頻譜分析 161 5-5-2 嘉義車站轉車臺頻譜分析 168 5-5-3 明清金門城遺跡頻譜分析 175 5-5-4 臺灣府城小東門城甕城頻譜分析 183 5-5-5 頻譜分析成果之綜合討論 192 第六章 結論與建議 200 6-1 結論 200 6-2 建議 202 參考文獻 204 附錄一 透地雷達現地探測資料 213 (A)-試驗水槽完整測線圖 213 (B)-嘉義車站轉車臺完整測線圖 222 (C)-金門縣定史蹟「明清金門城遺跡」完整測線圖 230 (D)-臺灣府城小東門甕城遺址遺構完整測線圖 250 附錄二 口試委員建議 252

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    校外:2030-07-15公開
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