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
一 般 鑽 機 車 載 型 鑽 機 2
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
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
圓 錐 貫 入 試 驗 (CPT) 圓 錐 貫 入 試 驗 (CPT) 5
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
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
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
地 磁 場 法 之 應 用 範 例 地 磁 場 法 之 應 用 範 例 9
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
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
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
折 射 震 測 法 之 應 用 範 例 波 速 井 測 法 之 應 用 範 例 13
SASW 法 之 原 理 SASW 法 之 應 用 範 例 14
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
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
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
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
標 準 篩 篩 號 及 其 相 對 應 尺 寸 篩 號 4 10 (16) 20 (30) 40 (50) 60 100 140 200 篩 孔 徑 (mm) 4.76 2.00 (1.18) 0.84 (0.60) 0.42 (0.30) 0.25 0.149 0.105 0.047 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
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
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
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
k 值 與 溫 度 及 G s 之 關 係 T\G s 2.60 2.65 2.70 2.75 2.80 2.85 16 0.0146 0.0144 0.0141 0.0139 0.0137 0.0136 18 0.0142 0.0140 0.0138 0.0136 0.0134 0.0132 20 0.0139 0.0137 0.0134 0.0133 0.0131 0.0129 22 0.0135 0.0133 0.0131 0.0129 0.0128 0.0126 24 0.0132 0.0130 0.0128 0.0126 0.0125 0.0123 26 0.0129 0.0127 0.0125 0.0124 0.0122 0.0120 28 0.0126 0.0124 0.0123 0.0121 0.0119 0.0117 30 0.0124 0.0122 0.0120 0.0118 0.0117 0.0115 比 重 計 151H - L 值 與 讀 數 之 關 係 比 重 計 讀 數 L 比 重 計 讀 數 L 0.995 17.6 1.025 9.7 1.000 16.3 1.030 8.4 1.005 15.0 1.035 7.0 1.010 13.7 1.040 5.7 1.015 12.3 1.045 4.4 1.020 11.0 1.050 3.1 4
比 重 計 152H - L 值 與 讀 數 之 關 係 比 重 計 讀 數 L 比 重 計 讀 數 L 0 16.3 35 10.6 5 15.5 40 9.8 10 14.7 45 9.0 15 13.9 50 8.1 20 13.0 55 7.3 25 12.2 60 6.5 30 11.4 比 重 計 152H - a 值 與 G s 之 關 係 G s a G s a 2.85 0.96 2.65 1.00 2.80 0.97 2.60 1.01 2.75 0.98 2.55 1.02 2.70 0.99 2.50 1.04 5
比 重 計 152H - b 值 與 溫 度 之 關 係 T( o C) b T( o C) b 16 6.2 23 4.1 17 5.9 24 3.8 18 5.6 25 3.5 19 5.3 26 3.2 20 5.0 27 2.9 21 4.7 28 2.6 22 4.4 29 2.3 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
實 驗 步 驟 記 錄 第 1 2 4 8 15 30 60 120 240 480 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
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
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
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 25 0.121 = ) 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
液 性 限 度 試 驗 流 性 曲 線 圖 含 水 量 (%) 40 35 LL 30 25 2x10 10 20 1 25 30 3 40 4 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
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
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
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
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 1 1 2 2 s s 水 溫 與 校 正 係 數 K 水 溫 k 水 溫 k 18 1.0004 25 0.9989 19 1.0002 26 0.9986 20 1.0000 27 0.9983 21 0.9998 28 0.9980 22 0.9996 29 0.9977 23 0.9993 30 0.9974 24 0.9991 31 0.9971 3
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
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 = 303 2.
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
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
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
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
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) 5.5 10 落 距 (inch) 12 18 夯 實 層 數 3 5 每 層 打 擊 數 25 25 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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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 0.025 0.05 0.075; 0.1 時 記 錄 壓 力 衡 圈 讀 數 14) 計 算 貫 入 阻 力 15) 求 CBR 值 4
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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