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1 CE2302 土 壤 力 學 試 驗 地 下 探 勘 地 下 探 勘 之 方 式 鑽 探 取 樣 地 下 開 挖 地 球 物 理 探 勘 1

2 一 般 鑽 機 車 載 型 鑽 機 2

3 劈 管 取 樣 內 徑 :35 mm 外 徑 :50 mm, 長 度 :61 cm 配 合 SPT 以 打 擊 方 式 將 取 樣 器 貫 入 土 中 薄 管 取 樣 外 徑 :76.2 mm 壁 厚 :1.65 mm, 管 長 :91 cm 以 靜 壓 方 式 將 取 樣 器 壓 入 土 中 3

4 岩 心 取 樣 標 準 貫 入 試 驗 (SPT) 利 用 63.5kg 重 夯 錘, 以 76 cm 之 落 距 將 劈 管 取 樣 器 打 入 土 層, 記 錄 每 貫 入 15cm 所 需 之 打 擊 數 共 三 次, 取 最 後 兩 次 打 擊 數 之 總 和, 稱 為 標 準 貫 入 N 值 4

5 圓 錐 貫 入 試 驗 (CPT) 圓 錐 貫 入 試 驗 (CPT) 5

6 921 斷 層 槽 溝 開 挖 地 球 物 理 探 勘 地 電 阻 法 地 磁 場 法 雷 達 波 法 ( 透 地 雷 達 GPR) 電 磁 波 法 ( 時 域 反 射 儀 TDR) 應 力 波 法 折 射 震 測 法 波 速 井 測 法 表 面 波 法 6

7 地 電 阻 法 之 應 用 範 圍 Characterize subsurface hydrogeology Determine depth to bedrock/overburden thickness Determine depth to groundwater Map stratigraphy Map clay aquitards Map salt-water intrusion Map vertical extent of certain types of soil and groundwater contamination Estimate landfill thickness 地 電 阻 法 之 應 用 範 例 7

8 地 電 阻 法 之 應 用 範 例 地 磁 法 之 應 用 範 圍 Locate abandoned steel well casings Locate buried tanks and pipes Locate pits and trenches containing buried metallic debris Detect buried ordnance Map old waste sites and landfill boundaries Clear drilling locations Map basement faults and geology Investigate archaeological sites 8

9 地 磁 場 法 之 應 用 範 例 地 磁 場 法 之 應 用 範 例 9

10 透 地 雷 達 GPR 之 應 用 範 圍 Locate and delineate underground storage tanks (metallic and nonmetallic) Locate metallic and nonmetallic pipes and utility cables Map rebar in concrete structure Map landfill boundaries Delineate pits and trenches containing metallic and nonmetallic debris Delineate leach fields and industrial cribs Delineate previously excavated and backfilled areas Map shallow groundwater tables Map shallow soil stratigraphy Map shallow bedrock topography Map subsurface voids and cavities Characterize archaeological sites 透 地 雷 達 GPR 之 應 用 範 例 10

11 電 磁 波 法 之 應 用 範 圍 Locate buried tanks and pipes Locate pits and trenches containing metallic and/or nonmetallic debris Delineate landfill boundaries Delineate oil production sumps and mud pits Map conductive soil and groundwater contamination Characterize subsurface hydrogeology Map buried channel deposits Map geologic structure Conduct groundwater exploration Locate conductive fault and fracture zones 電 磁 波 法 之 應 用 範 例 11

12 應 力 波 法 之 應 用 範 圍 Earthquake site response Liquefaction analysis Soil compaction control Pavement evaluation Mapping subsurface stratigraphy 折 射 震 測 法 之 應 用 範 例 12

13 折 射 震 測 法 之 應 用 範 例 波 速 井 測 法 之 應 用 範 例 13

14 SASW 法 之 原 理 SASW 法 之 應 用 範 例 14

15 CE2302 土 壤 力 學 試 驗 實 驗 一 含 水 量 試 驗 實 驗 目 的 學 習 使 用 天 秤 量 測 物 體 重 量 學 習 使 用 遊 標 卡 尺 量 測 圓 柱 體 直 徑 高 度 學 習 如 何 量 測 土 壤 之 含 水 量 學 習 如 何 量 測 土 壤 之 單 位 重 1

16 定 義 含 水 量 重 量 含 水 量 W ω = W w s 100% 體 積 含 水 量 單 位 重 溼 單 位 重 乾 單 位 重 θ = V w V γ W t = V γ d = W s V 實 驗 步 驟 取 乾 淨 之 蒸 發 皿 秤 其 重 量 將 銅 圈 內 土 樣 取 出 放 入 蒸 發 皿, 秤 皿 + 溼 土 重 將 土 樣 置 入 烘 箱, 烘 乾 後 秤 皿 + 乾 土 重 以 遊 標 卡 尺 量 測 銅 圈 直 徑 高 度 計 算 含 水 量 計 算 單 位 重 2

17 CE2302 土 壤 力 學 試 驗 實 驗 二 篩 分 析 試 驗 實 驗 目 的 學 習 如 何 測 量 粗 粒 土 壤 的 顆 粒 大 小 及 其 所 佔 百 分 比, 並 繪 製 粒 徑 分 佈 曲 線, 計 算 其 均 勻 係 數 與 曲 率 係 數, 以 做 為 土 壤 分 類 之 參 考 1

18 定 義 礫 石 顆 粒 大 於 4.76mm(#4 篩 ) 砂 土 顆 粒 介 於 4.76mm(#4 篩 ) 與 0.075mm (#200 篩 ) 間 沉 泥 ( 粉 土 ) 顆 粒 介 於 0.075mm 與 0.002mm 間 粘 土 顆 粒 小 於 0.002mm 定 義 有 效 粒 徑 D 10 通 過 百 分 比 為 10% 之 對 應 顆 粒 直 徑 均 勻 係 數 D60 C u = D10 曲 率 係 數 2 C D30 = C D 10 D60 優 良 級 配 礫 石 C u >= 4; 1< C c <3 砂 土 C u >= 6; 1< C c <3 2

19 標 準 篩 篩 號 及 其 相 對 應 尺 寸 篩 號 4 10 (16) 20 (30) 40 (50) 篩 孔 徑 (mm) (1.18) 0.84 (0.60) 0.42 (0.30) 實 驗 步 驟 將 乾 淨 之 標 準 篩 組 依 篩 號 由 小 至 大 排 列 將 烘 乾 之 土 樣 倒 入 最 上 方 之 篩 中 蓋 上 蓋 子, 將 篩 組 置 於 搖 篩 機 上 搖 動 15 分 鐘 將 篩 組 取 出 稱 停 留 於 各 篩 上 之 累 積 質 量 計 算 各 篩 之 累 積 停 留 百 分 比 計 算 各 篩 之 累 積 通 過 百 分 比 繪 製 粒 徑 分 佈 曲 線 求 此 土 樣 之 D 10, D 30, D 60 計 算 C u 及 C c 3

20 CE2302 土 壤 力 學 試 驗 實 驗 三 比 重 計 分 析 試 驗 實 驗 目 的 學 習 如 何 比 重 計 測 量 細 粒 土 壤 的 顆 粒 大 小 及 其 所 佔 百 分 比 1

21 原 理 --Stokes( 史 托 克 ) 定 律 圡 壤 試 體 懸 浮 在 水 中, 其 中 之 土 粒 根 據 其 不 同 之 形 狀 尺 寸 重 量 和 水 的 粘 滯 性 而 以 不 同 的 速 度 下 沉 相 同 形 狀 比 重 之 土 粒 其 粒 徑 愈 大, 下 沉 速 度 愈 快 土 粒 下 沉 後, 土 水 混 合 液 之 濃 度 降 低, 比 重 亦 隨 之 下 降 利 用 比 重 計 量 測 不 同 時 間 土 水 混 合 液 之 比 重 即 可 求 得 細 粒 土 壤 的 顆 粒 大 小 及 其 所 佔 百 分 比 比 重 計 試 驗 Vh/Aj Vh/Aj Aj Aj Zr Zr Zr' Zr' Vh Vh Vh/2Aj 2

22 計 算 公 式 顆 粒 直 徑 L( cm) D( mm) = k t(min) 通 過 百 分 比 (151H) Gs 100% N = V γ c ( γ γ w) G 1 W s 通 過 百 分 比 (152H) ( γ b) a N = 100% W s s γ c : 律 定 時 比 重 計 讀 數 γ: 比 重 計 在 混 合 液 中 讀 數 γ w : 比 重 計 在 純 水 中 讀 數 以 圖 解 法 求 顆 粒 直 徑 3

23 k 值 與 溫 度 及 G s 之 關 係 T\G s 比 重 計 151H - L 值 與 讀 數 之 關 係 比 重 計 讀 數 L 比 重 計 讀 數 L

24 比 重 計 152H - L 值 與 讀 數 之 關 係 比 重 計 讀 數 L 比 重 計 讀 數 L 比 重 計 152H - a 值 與 G s 之 關 係 G s a G s a

25 比 重 計 152H - b 值 與 溫 度 之 關 係 T( o C) b T( o C) b 實 驗 步 驟 秤 50 公 克 之 乾 土 並 將 其 倒 入 攪 拌 杯 中 秤 4 公 克 之 抗 凝 劑 並 將 其 倒 入 攪 拌 杯 中 以 蒸 餾 水 加 入 攪 拌 杯 至 7~8 分 滿 將 攪 拌 杯 放 上 攪 拌 機, 打 開 開 闢 攪 拌 5 分 鐘 取 出 攪 拌 杯 並 以 洗 滌 瓶 將 土 樣 洗 入 量 筒 中 加 蒸 餾 水 至 1000cc 之 刻 度 以 手 掌 蓋 緊 量 筒, 上 下 翻 倒 搖 動 1 分 鐘 將 量 筒 平 放 於 工 作 桌 上 並 開 使 計 時 6

26 實 驗 步 驟 記 錄 第 及 1440 分 鐘 時 比 重 計 之 讀 數 計 算 顆 粒 直 徑 及 其 相 對 應 之 通 過 百 分 比 如 有 必 要, 計 算 修 正 通 過 百 分 比 繪 製 粒 徑 分 佈 曲 線 7

27 CE2302 土 壤 力 學 試 驗 實 驗 四 阿 太 堡 限 度 試 驗 實 驗 目 的 利 用 科 學 的 方 法 分 析 細 粒 土 壤 之 液 性 限 度 LL 塑 性 限 度 PL 及 縮 性 限 度 SL 計 算 出 塑 性 指 數 PI, 以 作 為 細 粒 土 壤 分 類 之 依 據, 提 供 工 程 應 用 之 參 考 1

28 阿 太 堡 限 度 之 定 義 液 限 (LL): 土 壤 由 液 性 狀 態 至 塑 性 狀 態 間 之 含 水 量 塑 限 (PL): 土 壤 由 塑 性 狀 態 間 至 半 固 體 狀 態 間 之 含 水 量 縮 限 (SL): 土 壤 由 半 固 體 狀 態 至 固 態 間 之 含 水 量 SL PL LL 體 固 態 半 固 態 積 塑 態 液 態 含 水 量 液 性 限 度 試 驗 實 驗 步 驟 1) 校 正 液 性 限 度 儀 黃 銅 杯 距 底 座 10mm 2) 取 通 過 #40 篩 土 樣 約 120g, 加 水 用 藥 刀 充 分 拌 合 至 均 勻 為 止 3) 將 試 樣 以 適 當 量 放 入 黃 銅 杯 內 整 平 使 最 厚 處 為 10mm 4) 用 V 形 劃 刀 沿 中 心 線 將 土 樣 平 穩 地 刮 成 兩 半 5) 以 2 轉 /sec 速 度 轉 動 曲 柄, 當 兩 半 土 樣 相 閉 合 13mm 時, 記 錄 黃 銅 杯 打 擊 底 座 之 次 數 N 6) 將 試 樣 取 出 稱 重 後, 再 送 入 烘 箱 烘 乾, 求 得 含 水 量 ω 2

29 液 性 限 度 試 驗 實 驗 步 驟 ( 續 ) 7) 清 洗 儀 器 土 樣 加 水, 重 覆 (3)-(6) 步 驟 3~4 次, 試 驗 所 得 之 打 擊 次 數 須 >15,<35 且 至 少 應 有 一 次 介 於 25 至 35,20 至 30,15 至 25 之 間 8) 以 打 擊 次 數 N 為 橫 座 標 ( 對 數 分 度 ), 含 水 量 w 為 縱 座 標, 繪 製 流 性 曲 線, 以 打 擊 次 數 25 下 所 相 對 之 含 水 量 即 為 液 性 限 度 LL 9) ASTM D4318 規 定 亦 可 以 用 單 點 法 藉 由 以 下 經 驗 公 式 求 出 該 土 樣 之 液 性 限 度 : LL ϖ ( N = ) 需 連 續 做 兩 次, 且 求 得 之 LL 差 距 小 於 1% 液 性 限 度 試 驗 示 意 圖 土 樣 厚 土 樣 厚 度 10mm 度 10mm 土 樣 厚 土 樣 厚 度 10mm 度 10mm 土 樣 厚 土 樣 厚 度 10mm 度 10mm 土 樣 厚 土 樣 厚 度 10mm 度 10mm 上 下 震 動 上 下 震 動 高 度 10mm 高 度 10mm 橡 膠 底 座 橡 膠 底 座 上 下 震 動 上 下 震 動 高 度 10mm 高 度 10mm 橡 膠 底 座 橡 膠 底 座 閉 合 13mm 閉 合 13mm 3

30 液 性 限 度 試 驗 流 性 曲 線 圖 含 水 量 (%) LL x N 塑 性 限 度 試 驗 實 驗 步 驟 1) 將 通 過 #40 篩 土 樣 100g 加 水, 用 藥 刀 充 分 拌 和 以 至 試 樣 均 勻 為 止 2) 加 水 拌 合 直 到 易 於 捏 成 球 狀, 且 不 過 度 黏 手 為 止 3) 取 少 許 土 樣 土 在 毛 玻 璃 上, 來 回 搓 成 直 徑 3.2mm 之 土 條, 若 沒 有 斷 裂, 則 加 少 許 乾 土 拌 合 均 勻, 再 重 新 在 毛 玻 璃 上 揉 搓, 若 搓 成 大 於 直 徑 3.2mm 之 土 條 就 已 經 斷 裂, 則 加 少 許 水 量 拌 合 均 勻, 再 重 新 在 毛 玻 璃 上 揉 搓 4

31 塑 性 限 度 試 驗 實 驗 步 驟 ( 續 ) 4) 當 在 搓 成 直 徑 3.2mm 時, 剛 好 斷 裂 成 3.2 至 9.5mm 之 碎 塊, 則 將 此 一 土 條 收 集 稱 重 之, 並 放 入 烘 箱 烘 乾, 於 隔 天 取 出 稱 重, 該 含 水 量 即 為 塑 性 限 度 PL 塑 性 限 度 試 驗 土 條 斷 裂 示 意 圖 毛 玻 璃 土 樣 斷 裂 成 3.2~9.5mm 鐵 棒 直 徑 3.2mm 5

32 CE2302 土 壤 力 學 試 驗 實 驗 五 比 重 試 驗 實 驗 目 的 求 土 壤 之 土 粒 比 重 Gs, 並 配 合 試 驗 一 土 壤 之 濕 單 位 重 γ m 含 水 量 ω 及 乾 單 位 重 γ d 三 個 參 數, 以 計 算 孔 隙 比 e 孔 隙 率 n 及 飽 和 度 S 提 供 土 壤 之 一 般 參 數, 作 為 工 程 應 用 參 考 之 依 據 1

33 定 義 土 粒 單 位 重 : Ws γ s = V 比 重 (G s ): G s s γ s = γ o w( 4 C ) 孔 隙 比 ; 飽 和 度 : e = G s γ w γ d 1 G S = ω e s 實 驗 步 驟 1) 自 乾 燥 器 中 取 出 比 重 瓶, 稱 其 重 量 W b 2) 每 瓶 中 加 入 約 15g 之 乾 土, 稱 ( 瓶 + 乾 土 ) 重 W bs 則 乾 土 重 W s = W bs -W b 3) 加 蒸 餾 水 入 瓶, 使 其 充 分 淹 末 土 樣 4) 將 比 重 瓶 移 至 鍋 中 隔 水 加 熱, 經 常 搖 動 幫 助 氣 泡 逸 出, 沸 騰 後 15 分 鐘 即 可 5) 將 其 置 入 恆 溫 水 槽 內 使 其 冷 卻 至 室 溫 後, 加 蒸 餾 水 至 瓶 頸 之 刻 劃 線 處 6) 拭 乾 瓶 外 之 水 並 稱 ( 瓶 + 乾 土 + 水 ) 重 W 2 2

34 實 驗 步 驟 ( 續 ) 7) 將 瓶 中 之 土 清 出, 洗 淨 後 注 入 蒸 餾 水, 再 將 其 放 入 恆 溫 水 槽 內 讓 溫 度 平 衡 後 再 加 蒸 餾 水 至 瓶 頸 之 刻 劃 線 處 8) 拭 乾 瓶 外 之 水 並 稱 ( 瓶 + 水 ) 重 W 1 9) 計 算 G Ws = s( T o C) W W + W 10) 記 錄 恆 溫 水 槽 溫 度 T, 求 k 11) 計 算 Ws G o = k s(20 C) W W + W s s 水 溫 與 校 正 係 數 K 水 溫 k 水 溫 k

35 CE2302 土 壤 力 學 試 驗 實 驗 六 透 水 試 驗 實 驗 目 的 利 用 定 水 頭 與 變 水 頭 滲 透 性 試 驗 求 土 壤 之 滲 透 係 數 k, 作 為 工 程 估 計 滲 流 量 應 用 參 考 之 依 據 1

36 2 試 驗 原 理 ( 定 水 頭 試 驗 ) 依 據 達 西 定 律 : A i k t Q q = = A L h k t Q = t h A L Q k = 試 驗 原 理 ( 變 水 頭 試 驗 ) 依 據 達 西 定 律 : dt dh a A L h k q = = = dt dh k A L a dt 2 1 h h ln k A L a t = 2 1 h h log t A L a k =

37 定 水 頭 試 驗 實 驗 步 驟 1) 打 開 滲 透 儀 以 游 標 卡 尺 量 測 其 內 徑 與 高 度, 計 算 其 面 積 及 體 積 2) 取 一 燒 杯 裝 滿 乾 淨 之 細 砂 稱 其 重 量 W 1, 利 用 漏 斗 將 細 砂 倒 滿 滲 透 儀 後 稱 剩 下 之 土 重 W 2, 計 算 乾 土 重 W s = W 1 W 2 3) 假 設 土 壤 比 重, 計 算 其 乾 單 位 重 及 孔 隙 比 4) 將 滲 透 儀 擺 設 如 圖 5-1, 由 試 體 下 方 慢 慢 注 入 清 水, 將 試 體 中 所 有 氣 泡 趕 出 為 止 定 水 頭 試 驗 實 驗 步 驟 ( 續 ) 5) 以 鋼 尺 量 測 出 水 孔 與 桌 面 高 度 H 1, 調 整 H 2 高 度 使 其 高 差 h=10cm 6) 打 開 扣 環 使 清 水 由 試 體 下 方 注 入, 以 量 統 量 測 t 時 間 內 試 體 上 方 流 出 之 水 量 Q 7) 計 算 q i v k 8) 重 覆 步 驟 5~7, 改 變 H 2 高 度 其 高 差 h 分 別 20 30cm 9) 繪 制 不 同 h 下 之 i v, 判 斷 達 西 定 率 是 否 適 用 3

38 變 水 頭 試 驗 實 驗 步 驟 1) 將 豎 管 充 滿 水, 以 圖 5-2 之 配 置 擺 設 滲 透 儀 2) 記 錄 豎 管 水 位 高 度 H 1, 打 開 扣 環 使 清 水 由 試 體 下 方 注 入, 經 一 段 時 間 t 後 計 錄 H 2 3) 計 算 k 4) 重 覆 以 上 步 驟 2~3 次 4

39 CE2302 土 壤 力 學 試 驗 實 驗 七 夯 實 試 驗 實 驗 目 的 實 驗 目 的 測 定 土 壤 含 水 量 與 乾 土 單 位 重 間 之 關 係, 進 而 決 定 最 大 乾 單 位 重 及 最 佳 含 水 量 作 為 填 土 工 程 之 壓 實 控 制 之 依 據 夯 實 的 效 用 增 加 土 壤 密 度, 進 而 加 強 土 壤 的 承 載 力 及 抗 剪 強 度 使 土 壤 的 膨 脹 性 壓 縮 性 及 滲 透 性 減 少 至 最 低 程 度 1

40 夯 實 理 論 定 義 夯 實 曲 線 同 一 夯 實 能 量 下, 乾 密 度 與 含 水 量 之 關 係 曲 線 最 大 乾 密 度 (ρ d,max ) 夯 實 曲 線 之 頂 點 所 對 應 之 乾 密 度 最 佳 含 水 量 (ω opt ) 夯 實 曲 線 之 頂 點 所 對 應 之 含 水 量 最 佳 線 (Line of Optimum) 不 同 夯 實 能 量 下 之 最 大 乾 密 度 與 最 佳 含 水 量 線 飽 和 曲 線 γ 飽 和 狀 況 下, 乾 密 度 與 含 水 量 之 關 係 曲 線 zav γ w = 1 ϖ + G s 2

41 標 準 夯 實 與 修 正 夯 實 試 驗 之 比 較 類 別 標 準 夯 實 修 正 夯 實 鎚 重 (lb) 落 距 (inch) 夯 實 層 數 3 5 每 層 打 擊 數 實 驗 步 驟 1) 取 通 過 #4 篩 之 氣 乾 土 約 2.5 kg 2) 以 游 標 卡 尺 量 測 夯 實 模 之 內 徑 高 度 ( 不 含 延 伸 環 ), 計 算 其 體 積 3) 以 天 秤 稱 夯 實 模 重 後 將 其 組 裝 4) 以 拼 噴 霧 器 將 75c.c. 之 自 來 水 均 勻 噴 灑 在 乾 土 上 5) 以 規 定 之 夯 實 能 量 將 土 樣 分 層 夯 實 6) 取 下 延 伸 環, 將 土 樣 沿 夯 實 模 上 緣 刮 平 7) 稱 模 + 土 重 3

42 實 驗 步 驟 ( 續 ) 8) 以 頂 土 器 將 夯 實 模 內 土 樣 頂 出 9) 取 上 中 下 部 分 土 樣 量 測 其 含 水 量 10) 將 剩 餘 之 土 樣 擊 碎 11) 重 復 步 驟 (4) ~ (10) 四 至 五 次 12) 計 算 各 試 體 之 含 水 量 及 乾 密 度, 繪 製 夯 實 曲 線 與 飽 和 曲 線, 求 此 土 壤 之 最 大 乾 密 度 與 最 佳 含 水 量 4

43 CE2302 土 壤 力 學 試 驗 實 驗 八 工 地 密 度 試 驗 實 驗 目 的 實 驗 目 的 測 定 工 地 填 土 工 程 滾 壓 夯 實 後 之 乾 密 度, 計 算 夯 實 度 以 作 為 施 工 品 質 控 制 之 依 據 相 對 夯 實 度 (Relative Compaction) γ R = d γ, field d,max 100% 1

44 測 量 方 試 直 接 量 測 砂 錐 法 橡 皮 膜 法 挖 出 土 重 :W 洞 體 積 :V γ d, field = W s V 核 子 密 度 儀 實 驗 步 驟 - 標 準 砂 檢 定 1) 以 游 標 卡 尺 量 測 檢 驗 筒 之 內 徑 及 高 度, 計 算 其 體 積 2) 將 砂 錐 儀 之 塑 膠 瓶 裝 滿 標 準 砂 後 稱 (( 瓶 + 滿 砂 ) 質 量 m 1 3) 組 裝 砂 錐 儀 後 將 其 置 於 玻 璃 版 上, 打 開 控 制 閥 讓 標 準 砂 自 然 流 入 銅 錐 中, 直 到 標 準 砂 不 再 流 動 4) 關 閉 控 制 閥, 取 下 塑 膠 瓶, 稱 (( 瓶 + 滿 砂 -- 錐 充 砂 ) 質 量 m 2 5) 將 玻 璃 版 上 之 標 準 砂 倒 回 塑 膠 瓶 內, 重 新 組 裝 砂 錐 儀 後 將 其 放 在 檢 驗 筒 上 6) 打 開 控 制 閥 讓 標 準 砂 自 然 流 入 銅 錐 及 檢 驗 筒 中, 直 到 標 準 砂 不 再 流 動 2

45 實 驗 步 驟 - 標 準 砂 檢 定 ( 續 ) 7) 關 閉 控 制 閥, 取 下 塑 膠 瓶, 稱 (( 瓶 + 滿 砂 -- 錐 充 砂 - 檢 驗 筒 充 砂 ) 質 量 m 3 8) 計 算 檢 驗 筒 充 砂 質 量 = m 2 m 3 9) 計 算 標 準 砂 密 度 : m m3 γ c = V 2 10) 計 算 錐 充 砂 質 量 = m 1 m 2 11) 重 覆 步 驟 (2) ~ (10) 兩 次 12) 計 算 平 均 錐 充 砂 質 量 與 標 準 砂 密 度 c 實 驗 步 驟 - 工 地 密 度 測 定 1) 將 砂 錐 儀 之 塑 膠 瓶 裝 滿 標 準 砂 後 稱 (( 瓶 + 滿 砂 ) 質 量 m 1 2) 取 一 鐵 盆 ( 含 水 皿 ) 記 錄 其 編 號 及 質 量 3) 尋 找 一 適 當 地 點, 整 平 地 面, 將 鐵 版 置 於 地 面 上, 以 圓 鍬 沿 鐵 版 中 之 圓 圈 挖 一 深 約 10 公 分 之 洞, 將 挖 出 之 土 壤 全 部 收 集 於 鐵 盆 中 4) 以 毛 刷 及 湯 匙 將 洞 內 之 鬆 土 收 集 於 鐵 盆 後 稱 ( 洞 中 濕 土 )) 質 量 m 4 5) 組 裝 砂 錐 儀 後 將 其 置 於 鐵 版 上, 打 開 控 制 閥 讓 標 準 砂 自 然 流 入 洞 中, 直 到 不 再 流 動 3

46 實 驗 步 驟 - 工 地 密 度 測 定 ( 續 ) 6) 關 閉 控 制 閥, 取 下 塑 膠 瓶, 稱 (( 瓶 + 滿 砂 - 錐 充 砂 - 洞 充 砂 ) 質 量 m 5 7) 計 算 洞 中 充 砂 質 量, m 6 =(m 1 '-m 5 )-(m 1 m 2 ) m 8) 計 算 洞 体 積 : 6 V = γ c W 9) 計 算 野 外 濕 密 度 : γ m = V 10) 將 鐵 盆 帶 回 實 驗 室 將 土 壤 烘 乾 後 計 算 其 含 水 量 ω 11) 計 算 工 地 密 度 : γ d, field γ m = 1+ ϖ 4

47 CE2302 土 壤 力 學 試 驗 實 驗 九 單 向 度 壓 密 試 驗 實 驗 目 的 實 驗 目 的 求 取 有 關 土 壤 壓 縮 性 的 諸 常 數, 如 壓 密 係 數 C v 體 積 壓 縮 係 數 m v 壓 縮 指 數 C c 再 壓 縮 指 數 C r 以 及 滲 透 係 數 k 等 參 數, 以 供 基 礎 設 計 時 估 算 結 構 物 在 粘 土 層 上 所 引 起 之 沉 陷 量 及 沉 陷 速 度 之 依 據 1

48 定 義 壓 密 沉 陷 量 S c 壓 縮 指 數 C c 再 壓 縮 指 數 C r 體 積 壓 縮 係 數 m v S c C c C r m v C H = σ 0 + σ log( ) 1+ e0 σ 0 e = NC logσ e = OC logσ av = 1+ e 0 a v e = σ 壓 密 曲 線 e A C B D σ '( '( 對 數 座 標 )) 2

49 定 義 ( 續 ) 壓 密 係 數 C v C v k = γ m w v 時 間 因 素 T T = C H v 2 t 平 均 壓 密 百 分 比 U U = S S c 滲 透 係 數 k k = C γ m v w v = Cvγ wa 1+ e 0 v 壓 密 係 數 C v 求 法 平 方 根 調 整 法 對 數 調 整 法 3

50 實 驗 步 驟 1) 將 砂 錐 儀 之 塑 膠 瓶 裝 滿 標 準 砂 後 稱 (( 瓶 + 滿 砂 ) 質 量 m 1 2) 取 一 鐵 盆 ( 含 水 皿 ) 記 錄 其 編 號 及 質 量 3) 尋 找 一 適 當 地 點, 整 平 地 面, 將 鐵 版 置 於 地 面 上, 以 圓 鍬 沿 鐵 版 中 之 圓 圈 挖 一 深 約 10 公 分 之 洞, 將 挖 出 之 土 壤 全 部 收 集 於 鐵 盆 中 4) 以 毛 刷 及 湯 匙 將 洞 內 之 鬆 土 收 集 於 鐵 盆 後 稱 ( 洞 中 濕 土 )) 質 量 m 4 5) 組 裝 砂 錐 儀 後 將 其 置 於 鐵 版 上, 打 開 控 制 閥 讓 標 準 砂 自 然 流 入 洞 中, 直 到 不 再 流 動 實 驗 步 驟 6) 關 閉 控 制 閥, 取 下 塑 膠 瓶, 稱 (( 瓶 + 滿 砂 - 錐 充 砂 - 洞 充 砂 ) 質 量 m 5 7) 計 算 洞 中 充 砂 質 量, m 6 =(m 1 '-m 5 )-(m 1 m 2 ) m 8) 計 算 洞 体 積 : 6 V = γ c W 9) 計 算 野 外 濕 密 度 : γ m = V 10) 將 鐵 盆 帶 回 實 驗 室 將 土 壤 烘 乾 後 計 算 其 含 水 量 ω 11) 計 算 工 地 密 度 : γ d, field γ m = 1+ ϖ 4

51 CE2302 土 壤 力 學 試 驗 實 驗 十 加 州 承 載 比 (CBR) 試 驗 實 驗 目 的 土 壤 之 加 州 載 重 比 (California Bearing Ratio) 簡 稱 C.B.R. 試 驗, 係 路 基 土 壤 之 貫 入 試 驗, C.B.R. 值 可 用 以 設 計 柔 性 路 面 及 機 場 跑 道 舖 面 厚 度,C.B.R. 試 驗 亦 可 用 於 土 壤 材 料 施 工 品 質 之 控 制 依 據 1

52 試 驗 原 理 加 州 載 重 比 試 驗 係 使 用 直 徑 5cm 之 壓 桿, 以 1 mm/min 之 速 率, 求 貫 入 土 壤 所 壓 力 貫 入 標 準 夯 實 碎 石 所 需 壓 力, 如 下 表 所 示 加 州 載 重 比 規 定 以 2.5mm 貫 入 深 之 載 重 比 表 示 之, 若 5.0mm 貫 入 深 之 載 重 比 大 於 2.5mm 者, 則 採 用 5.00mm 貫 入 深 之 載 重 比 為 C.B.R. 值 加 州 載 重 比 = 貫 入 土 壤 所 需 應 力 貫 入 標 準 夯 實 碎 石 應 力 100 % 標 準 夯 實 碎 石 貫 入 深 及 壓 力 貫 入 度 in (mm) 0.1 (2.54) 0.2 (5.08) 0.3 (7.62) 0.4 (10.16) 0.5 (12.7) 貫 入 阻 力 lb/ft 2 (kn/m 2 ) 1000 (6895) 1500 (10343) 1900 (13101) 2300 (15895) 2600 (17927) 2

53 實 驗 步 驟 ( 試 體 夯 實 ) 1) 取 通 過 #4 篩 之 氣 乾 土 約 2.5 kg 2) 以 游 標 卡 尺 量 測 夯 實 模 之 內 徑 高 度 ( 不 含 延 伸 環 ), 計 算 其 體 積 3) 以 天 秤 稱 夯 實 模 重 後 將 其 組 裝 4) 以 拼 噴 霧 器 將 最 佳 含 水 量 所 需 之 自 來 水 均 勻 噴 灑 在 乾 土 上 5) 以 規 定 之 夯 實 能 量 將 土 樣 分 層 夯 實 6) 取 下 延 伸 環, 將 土 樣 沿 夯 實 模 上 緣 刮 平 7) 稱 模 + 土 重 實 驗 步 驟 ( 浸 水 回 脹 ) 8) 將 土 樣 連 同 金 屬 模 置 於 有 濾 紙 之 底 版 並 固 定 之 9) 灌 水 入 水 槽 或 水 桶 10) 記 錄 膨 脹 值 每 日 一 次, 歷 時 四 天 或 至 膨 脹 已 完 全 停 止 3

54 實 驗 步 驟 ( 貫 入 試 驗 ) 11) 將 土 樣 連 同 金 屬 模 自 水 槽 取 出 12) 調 節 壓 力 機 使 其 貫 入 速 度 為 1 mm/min 13) 於 貫 入 度 為 ; 0.1 時 記 錄 壓 力 衡 圈 讀 數 14) 計 算 貫 入 阻 力 15) 求 CBR 值 4

55 CE2302 土 壤 力 學 試 驗 實 驗 十 一 直 接 剪 力 試 驗 實 驗 目 的 求 土 壤 之 凝 聚 力 (c) 及 內 摩 擦 角 (φ), 作 為 擋 土 牆 分 析 邊 坡 穩 定 分 析 及 基 礎 承 載 力 計 算 之 依 據 1

56 試 驗 原 理 N S A S τ φ N σ = N A τ = S A c σ 直 接 剪 力 試 驗 種 類 不 壓 密 快 剪 試 驗 (Q Test) 適 合 工 程 剛 完 成 之 土 層, 做 為 短 期 穩 定 分 析 之 用, 可 得 c 及 φ 值 分 析 壓 密 快 剪 試 驗 (Q c Test) 適 合 工 程 已 完 成 一 段 時 間 之 土 層, 於 水 位 急 速 洩 降 時, 穩 定 分 析 之 用 可 得 c cu 及 φ cu 壓 密 慢 剪 試 驗 (S Test) 適 合 工 程 已 完 成 一 段 時 間 之 土 層, 長 期 性 之 穩 定 分 析, 得 c' 及 φ' 值 而 加 以 分 析 2

57 實 驗 步 驟 ( 試 體 準 備 ) 1) 將 剪 力 盒 分 解 洗 淨 與 拭 乾 然 後 將 上 下 盒 用 螺 絲 釘 固 定 在 一 起, 安 置 剪 力 儀 上 2) 將 墊 板 下 透 水 石 與 下 夾 土 鈑 放 入 剪 力 盒 中, 夾 土 鈑 牙 紋 需 與 剪 力 方 向 垂 直 3) 以 土 匙 將 砂 土 移 入 盒 中, 並 隨 時 用 夯 鈑 將 土 面 壓 平, 至 土 壤 在 剪 破 面 的 上 下 等 厚 為 止 並 以 測 微 尺 度 試 體 厚 度 放 入 上 夾 土 鈑, 牙 紋 與 剪 力 方 向 垂 直 4) 放 入 上 透 水 石 與 加 壓 鈑 掛 上 加 壓 架 並 調 節 其 平 衡 槓 桿 使 加 壓 架 與 加 壓 板 接 觸 但 無 荷 重 裝 上 沉 陷 錶 於 試 驗 位 置 並 設 定 適 當 零 點 實 驗 步 驟 ( 剪 動 試 體 ) 5) 調 節 齒 輪 箱 齒 輪 與 擋 數, 設 定 剪 動 速 率, 使 用 1.2mm/min 的 剪 動 速 率 6) 用 手 推 動 剪 力 盒 與 衡 圈 接 觸 後 停 止 7) 將 呆 重 掛 上 加 壓 架, 並 記 錄 沉 陷 錶 讀 數, 一 如 壓 密 試 驗 若 是 純 粹 砂 土 沉 陷 應 在 數 分 鐘 內 停 止 8) 拔 出 固 定 上 下 盒 的 螺 絲 釘, 調 整 上 下 盒 間 距 9) 再 度 開 動 剪 力 機, 在 一 定 間 隔 的 水 平 變 形 記 錄 衡 圈 讀 數 及 垂 直 變 形 至 衡 圈 讀 數 達 最 大 值 後 再 記 錄 5 點, 若 無 尖 峰 強 度 時 記 錄 至 20% 變 形 時 停 車 10) 倒 車 解 除 呆 重 退 出 剪 力 盒, 清 出 盒 內 的 土 11) 重 複 1. 至 10. 的 步 驟 3~4 次, 但 呆 重 加 倍 3

58 實 驗 步 驟 ( 數 據 整 理 ) 12) 將 剪 應 力 係 由 衡 圈 讀 數 乘 衡 圈 常 數, 再 被 試 體 斷 面 積 相 除 即 得 13) 正 應 力 係 由 呆 重 與 試 體 斷 面 積 相 除 即 得 14) 每 一 試 體 受 剪, 皆 需 繪 製 : " 剪 動 變 形 ~ 垂 直 變 形 " 曲 線 " 剪 動 變 形 ~ 剪 應 力 " 曲 線 15) 將 受 剪 各 試 體 的 剪 力 強 度 ( 剪 應 力 之 最 大 值 ) 與 正 應 力 值, 在 正 應 力 ~ 剪 應 力 座 標 上 標 出 16) 連 接 正 應 力 ~ 剪 應 力 座 標 上 各 點 成 一 直 線, 其 斜 率 為 抗 剪 角 ( angle of shear resistance), 其 在 剪 應 力 軸 上 的 截 距 為 凝 聚 力 (cohesion intercept) 非 黏 性 土 的 凝 聚 力 為 零 或 近 於 零 4

59 CE2302 土 壤 力 學 試 驗 實 驗 十 二 無 圍 壓 縮 試 驗 實 驗 目 的 求 凝 聚 性 土 壤 ( 粘 土 ) 之 不 排 水 剪 力 強 度 C u 1

60 試 驗 原 理 P τ A L C u q u σ σ = P A A0 A = 1 ε ε = L L 1 C u = q u 2 實 驗 步 驟 1) 將 夯 實 模 之 內 側 均 勻 塗 抹 一 薄 層 之 凡 士 林 2) 取 約 200g 之 濕 土, 分 三 層 每 層 打 擊 16 次 夯 實 試 體 3) 把 夯 實 模 底 部 取 下, 將 試 體 頂 出 後 以 游 標 卡 尺 測 其 直 徑 及 高 度 並 秤 其 重 量 4) 將 試 體 放 置 在 試 驗 機 器 上, 升 高 加 壓 台 使 試 體 與 壓 力 衡 圈 輕 微 接 觸 後 將 軸 向 變 位 計 歸 零 5) 以 0.76 mm/ 分 之 速 度 加 壓 試 體, 軸 向 變 位 計 每 旋 轉 50 小 格 記 錄 壓 力 衡 圈 讀 數 直 至 其 破 壞 或 應 變 達 15% 6) 計 算 軸 向 應 變 軸 向 力 及 軸 向 應 力 7) 繪 製 應 力 - 應 變 關 係 曲 線, 求 q u 及 C u 2

61 CE2302 土 壤 力 學 試 驗 實 驗 十 三 不 壓 密 不 排 水 (UU) 三 軸 試 驗 實 驗 目 的 求 凝 聚 性 土 壤 ( 粘 土 ) 之 不 排 水 剪 力 強 度 C u 1

62 三 軸 試 驗 原 理 σ 1 τ σ n τ n φ σ 3 τ n c σ 3 σ n σ 1 σ σ1 + σ 3 σ1 σ 3 σ n = + cos 2φ 2 2 σ1 σ 3 τ n = sin 2φ 2 三 軸 試 驗 分 類 三 軸 試 驗 步 驟 施 加 圍 壓 (σ 3 ) 施 加 軸 差 應 力 (σ a ) σ a σ 3 + = σ σ 1 σ 3 3 σ 3 三 軸 試 驗 分 類 不 壓 密 不 排 水 (UU) 三 軸 試 驗 壓 密 不 排 水 (CU) 三 軸 試 驗 壓 密 排 水 (CD) 三 軸 試 驗 2

63 UU 三 軸 試 驗 破 壞 包 絡 線 σ = σ u u = B σ + A σ ) 3 ( 1 σ 3 飽 和 試 體 (B=1) u = σ 3 σ = 0 τ 不 飽 和 試 體 (B<1) u < σ 3 σ > 0 σ 實 驗 步 驟 1) 將 夯 實 模 之 內 側 均 勻 塗 抹 一 薄 層 之 凡 士 林 2) 取 約 200g 之 濕 土, 分 三 層 每 層 打 擊 16 次 夯 實 試 體 3) 把 夯 實 模 底 部 取 下, 將 試 體 頂 出 後 以 游 標 卡 尺 測 其 直 徑 及 高 度 並 秤 其 重 量 4) 將 試 體 放 在 三 軸 室 底 座 後, 加 上 頂 蓋 將 橡 皮 膜 套 上 試 體, 並 以 O 形 環 套 在 底 座 及 頂 蓋 上 5) 組 裝 三 軸 室, 將 其 灌 滿 水 後, 施 加 預 定 之 圍 壓 6) 將 三 軸 室 放 置 在 載 重 機 器 上, 升 高 加 壓 台 使 試 體 與 荷 重 計 輕 微 接 觸 後 將 軸 向 變 位 計 歸 零 3

64 實 驗 步 驟 ( 續 ) 7) 以 0.76 mm/ 分 之 速 度 加 壓 試 體, 軸 向 變 位 計 每 旋 轉 50 小 格 記 錄 壓 力 衡 圈 讀 數 直 至 其 破 壞 或 應 變 達 15% 8) 計 算 軸 向 應 變 軸 向 力 及 軸 向 應 力 9) 繪 製 應 力 - 應 變 關 係 曲 線, 找 出 破 壞 時 之 軸 差 應 力 σ a, 計 算 最 大 主 軸 應 力 σ 1 10) 改 變 圍 壓 σ 3, 重 覆 步 驟 (1)~(9) 二 至 三 次 11) 由 各 試 驗 結 果 之 σ 3 σ 1 繪 製 莫 爾 圓 破 壞 包 絡 線 求 C u 4