人造膠結不良砂岩試體製作流程

加膠結材。

(3)研磨岩屑

以榔頭敲碎、研磨氣乾後之岩屑，取通過30 號篩之粒料作為主要原料。

(4)粒徑分析

必須與粗細粒料分離的初步程序相同，以供比對粗細粒料比例，粗料與細料 的粒徑分佈必須進一步做篩分析與比重計分析。

(5)粗細粒料分離

為了節省濕篩的時間以及控制水的用量，先將粒料以200 號篩乾篩，停留於 200 號篩上之粒料再以濕篩過 200 號篩作篩洗的動作，為了滿足洗淨度上的要 求，倒入一定的水量後，以手均勻掏洗，直到掏洗後的水清澈為止。篩洗出的細 粒料水溶液以容器承接收集，靜置沈澱，舀出多餘水分後可減少水的含量。粗粒 料則置入烘箱24 小時。

(6)檢核決定拌和比

經由本程序所得到粒徑分佈與粗細粒料分離的結果極為相近，檢核的目的是 為了確保若程序上有疏失，可馬上檢核出來。拌和比則可控制細粒料的含量，依 鍾峻偉(2001)實驗試誤結果決定以接近天然軟岩之細料比例 50%，為拌和細粒料 的比例。

(7)依比例拌和

按照比例秤取粗料重量與細粒料水溶液調配，依鍾峻偉(2001)實驗試誤結果 細粒料水溶液水的重量約佔總粒料重的26%。

(8)組裝模具

模具設計為長600mm，寬 300mm，高 650mm 之長方體，以四片鋼製模板 組立而成，模具內側以鋪保鮮膜（PVDC memberane）以減低側壁摩擦力，同時 可減少模具生鏽的機率。

(9)灌模

拌和好之粒料填裝注入模具中，上下各放置不織布

（PPGS–3010）以代替透水石，充當透水材料與濾紙

（ (10)

ADVANTEC-No.2）防止細粒料流失。

壓密

過程。試體壓密狀況如圖3.10 圖 3.11 所示。

(11)拆模氣乾

試體，卸載後拆除兩片長邊側模，而為了使每次

承載 除。

目標壓密荷重為250 噸，因為試體在正式製作之前，曾以 300 頓製作試體，

其壓密曲線如圖3.9 所示，發現 250 噸即已完成主要壓密，最大荷重壓密時間 5 天，為達目標荷重，分階加載，並在1 天內加載到最大荷重(目標荷重)，經過測 試，這是可充分完成的

達到目標荷重與壓密時間的

試驗之圍束力量相同且束制良好，只拆除長邊兩面側模，寬邊側模不拆 試體放置陰涼處氣乾，而氣乾時間控制在3 週左右，如圖 3.12 所示。

(12) 修整試體、試體完成

氣乾3 週以後，開始進行邊坡試體人工切割修整，先以砂輪機大概磨切試體 邊坡，在以刮尺刮平至所需邊坡角度，最後以磨平機修整試體表面，以利於之後 繪製網格的施作，試體完成如圖3.13。

圖 人造膠結不良砂岩試體製作流程(孫光東,2004) 取得岩樣

研磨岩屑通過 30 號篩 岩樣處理

粗細粒料分離

3.8

粗粒料

依比例拌合(1:1)

細粒料 水溶液

組裝模具

拆長模氣乾

修整削切試體

人造砂岩試體 完成 灌模

壓密 (荷重、天數)

0

圖3.9 人造膠結不良砂岩試體壓密曲線(孫光東,2004)

圖3.10 壓密試驗儀器示意圖(孫光東,2004)

10

ispl 6

8 0

Daenm

2

t (c)cem 4

50 100 150 200 250 300 350

Compression load (ton)

圖3.11 人造膠結不良砂岩壓密情形

圖3.12 人造膠結不良砂岩試體拆長邊模氣乾情形

圖3.13 人造膠結不良砂岩試體完成

模型相似律檢核

為了解人造膠結不良砂岩試體與欲模擬岩層的相似性，需要透過無因次項分

析，以模型相似律檢查人造膠結不良 體的製作成果。本研究針對試驗完的

人造試體，取碎屑岩樣以及鑽取岩心，分別進行試體基本物性實驗與力學性質試

驗，基本物性試驗包括含水量、 驗，力學性質試驗包括單壓、三

軸以及巴西試驗。

1.基本物理性質

基本物性施作含水量、比重與單位重等試驗，另外求取乾密度、濕密度、孔 隙比與孔隙率等物理性質，表3.1 為本研究基本物性試驗結果以及其他相關研究

的比較。本研究基本物性試驗結果比重約為 量約為

1.84% 孔隙比約為 0.34。表中氣乾含水量與鍾峻偉(2001)、劉英助(2002)人造膠

結不良 略小於孫光東(2004)、王柏皓(2004)之試驗

結果，原因可能為人造試體製作完成後至施作基本物性實驗的時間有所差異，導 砂岩試

比重與單位重試

2.64，氣乾後平均的含水

，

砂岩物性試驗之結果相近，而

致試體中少量的水氣氣乾，造成含水量略低。孔隙比為0.34，也較接近鍾峻偉

2.基本 學性質

針對承載試驗過後試體鑽取岩心，施作單壓強度試驗、三軸試驗與巴西試 驗，分別可得試體單壓強度σ^c、剪力強度參數凝聚力c與摩擦角φ以及張力強度 St，表3.2 為本研究四個試體單壓強度試驗結果與其他相關研究比較；表 3.3 為 三軸試驗結果與其他相關研究比較；表3.4 為巴西試驗結果與其他相關研究比較。

本研究試體單壓強度約為2.50MPa，略高於使用同一組試驗儀器孫光東 (2004)、王柏皓(2004)的試驗結果，原因可能為試體於承載試驗後放置時間較長，

且鑽取岩心採乾鑽不同於前兩位學者以泡沫鑽取岩心的方法，導致本研究岩心試 體含水量較低，單壓強度略為偏高。凝聚力為0.39MPa略小於孫光東(2004)、王 柏皓(2004)的試驗結果，雖遠大於劉英助(2002)的試驗結果乃是因為製作人造膠 結不良砂岩試體時壓力應力不同，劉英助(2002)試體製作壓密應力只有

88.89kg/cm²，本研究則高達 ，所以凝聚力較大。摩擦角為49°與孫 光東(2004)、王柏皓(2004)之試驗結果也相近。巴西強度試驗結果張力強度約為 0.23~0.31MPa，略大於王柏皓(2004)試驗結果，也與孫光東(2004)試驗結果接近。

所以本研究與前兩位學者試體基本力學性質都相近，可進行同一系列之分析與研 究。

力

138.89 kg/cm²

表 3.2 單壓強度試驗結果與其他相關研究比較

孫光東(2004) 1.99-2.84 1.14-1.48 183-237 65-111 王柏皓(2004) 1.67-2.72 0.92-1.42 151-255 65-138 天然軟岩 NR.1

表3.4 巴西試驗結果與其他相關研究比較 試體編號 張力強度σt(MPa) 強度比σ^c/σt

20°-1B-3 0.29 9.1

20°-2.5B-2 0.31 6.4

20°-2.5B-3 0.31 8.6

20°-3 0.23 11.7

本研究 0.23-0.31 6.4-11.7

孫光東(2004) 0.21-0.29 7.6-10.2 王柏皓(2004) 0.17-0.22 9-12

3.模型相似率檢核

表3.5 為鄭富書(1995)所建議人造軟岩材料在相似律上的要求。本研究試體 之模數比介於54-59MPa，略小於孫光東(2004)與王柏皓(2004)人造膠結不良軟弱 砂岩的模數比，也小於天然軟岩(劉英助 2002)的模數比，而與鄭富書(1995)軟岩 模數比範圍相比，尚屬合理的範圍之內。本研究單壓試驗破壞應變約介於 1.47-2.2%之間，略大於孫光東(2004)與王柏皓(2004)兩位研究結果，也大於劉英 助2002 天然軟岩單壓試驗之破壞應變，不過仍在鄭富書(1995)所建議之範圍內。

強度 6.4~11.7 左右，亦屬合理的範圍內。

表3.5 軟岩無因次項範圍(鄭富書,1995)

無因次項 範圍

比介於

模數比(E/σc) 50~300

強度比 5~20

卜松比 0.2~0.45

單壓破壞應變 0.3%~2%