入滲儀單層實驗與模擬結果

5.1.1 入滲儀單層實驗

在入滲儀的單層實驗中，含水層上方維持0.32 m 的固定水深為上邊界條件。

四周為水泥的不透水邊界，底部則埋設一包裹透水不織布之排水管。使水流經由排 水管內流至低點的排水口後流出。

Fig. 5.1 為埋設於中間之土層剖面的 9 支 TDR 探針所測得之含水量隨排水時 間變化結果。但在實驗過程初期系統尚未達到穩定，使得土層上方無法維持固定水 深，因此在Fig. 5.1 及 Fig. 5.2 中的實驗結果為系統穩定並在上方維持固定水深後 的結果。由圖中可以發現單層實驗的含水量於系統穩定後維持在0.35 到 0.38 之間，

表示含水量在9 個 TDR 探針的位置上是處於近飽和的狀態。圖中的黃線表示含水 量的平均變化量。各支探針的量測結果上有些微差距，是由於儀器個體上的差異所 造成。

Fig. 5.1 入滲儀單層實驗中 TDR 的含水量測值隨排水時間變化結果

5.1.2 入滲儀單層模擬

在入滲儀的單層模擬中，以0.32 m 的定水頭為上邊界條件，左右邊界為不透 水邊界。底部邊界則考慮兩種情況：情況1. 底部同樣為不透水邊界，但在排水口 處設為等同排水口高度的水壓為邊界條件；情況2. 由於無法確定排水管內是否積 滿水，因此也嘗試將土層底部與排水

管之接觸面設為大氣邊界條件，檢測此模擬結果與實驗是否相符。含水層的水 力傳導度(Ka)使用由 3.3 節中的水力傳導度實驗所測得之結果，Ka = 1.2410^-5 m/s，

但由於土層僅為單層情況，因此無法滿足(2.23)式的土層非飽和條件式。保水曲線 為van Genuchten 模式，參數使用 3.4 節中保水曲線實驗所測得之結果，分別為 θs

= 0.38、θr = 0.048、α = 3.55 (1/m)以及 n = 3.45。此外，本研究中的 COMSOL 數值 模型裡只針對土層內部進行模擬，土層上方的固定水深以及水流經由排水口流出 後的情況皆並未繪製於圖中。

Fig. 5.3 到 Fig. 5.6 為情況 1 之單層模擬結果。其中，Fig. 5.3 及 Fig. 5.4 分別為 Ka = 1.2410^-5 m/s 所得到的模擬壓力分佈與流線圖。由 Fig. 5.3 中可發現，含水層 頂部具有0.32 m 的固定水深，並透過模型右下角最低點處的排水口進行排水，因 此最大的壓力發生在整個含水層的左下角積水處。而右下角的排水口處則具有最 小的壓力分佈。由Fig. 5.4 中可發現，由於含水層為單一均勻材質，因此水流入滲 進含水層後，便直接向著圖中壓力的最低點處進行滲流。

Fig. 5.3 入滲儀單層模擬中情況 1 之壓力分佈(實驗 Ka = 1.2410^-5 m/s)

Fig. 5.4 入滲儀單層模擬中情況 1 之流線(實驗 Ka = 1.2410^-5 m/s)

Fig. 5.5 及 Fig. 5.6 則分別為修正含水層水力傳導度(Ka)後的模擬壓力分佈與流 線圖。此處修正後之Ka = 5.8110^-5 m/s。此處修正水力傳導度之原因為實驗填土方 式上的差異，在3.3 節中所述之水力傳導度實驗僅在實驗室內以砂柱進行飽和入滲 得到。但在入滲儀實驗場地中由於使用到的土樣體積龐大，須以鏟土機施做才能填 滿實驗場地，使得土層內部的水力傳導度無法精細控制。因此入滲儀內部土層的水 力傳導度在經過入滲率的校正後，將更符合實驗過程。Fig. 5.5 及 Fig. 5.6 之壓力分

佈與流線同Fig. 5.3 及 Fig. 5.4，但在入滲率上比照實驗結果而有所差異(詳見 5.4.1 節)。

Fig. 5.5 入滲儀單層模擬中情況 1 之壓力分佈(修正 Ka = 5.8110^-5 m/s)

Fig. 5.6 入滲儀單層模擬中情況 1 之流線(修正 Ka = 5.8110^-5 m/s)

Fig. 5.7 到 Fig. 5.10 為情況 2 之單層模擬結果。其中，Fig. 5.7 及 Fig. 5.8 分別 為Ka = 1.2410^-5 m/s 所得到的模擬壓力分佈與流線圖。由 Fig. 5.7 中可發現，由於 排水方式由最低點處的排水口排水，改為由橫跨整個剖面底部的排水管進行排水，

因此含水層頂部的固定水深0.32 m 為最大的壓力。而底部則連接排水管而具有最

小的壓力，即大氣壓力。由Fig. 5.8 中可發現流線從頂部入滲進含水層後，直接向 下滲流至底部的排水管中。需要注意的是，在本情況中的模擬圖中僅呈現出土層內 的流動情況，因此水進入排水管後再經由低點的排水口流出之過程並未繪製於圖 中。

Fig. 5.7 入滲儀單層模擬中情況 2 之壓力分佈(實驗 Ka = 1.2410^-5 m/s)

Fig. 5.8 入滲儀單層模擬中情況 2 之流線(實驗 Ka = 1.2410^-5 m/s)

Fig. 5.9 及 Fig. 5.10 則分別為考慮實驗填土方式上之差異後，為了使模擬參數 更加符合實驗過程，將含水層水力傳導度(Ka)進行修正後的模擬壓力分佈與流線圖。

此處修正後之Ka = 1.0410^-5 m/s。Fig. 5.9 及 Fig. 5.10 之壓力分佈與流線同 Fig. 5.7 及Fig. 5.8，但在入滲率上比照實驗結果而有所差異。

Fig. 5.9 入滲儀單層模擬中情況 2 之壓力分佈(修正 Ka = 1.0410^-5 m/s)

Fig. 5.10 入滲儀單層模擬中情況 2 之流線(修正 Ka = 1.0410^-5 m/s)

由以上情況1 與情況 2 的壓力模擬圖中(Fig. 5.3、Fig. 5.5 以及 Fig. 5.7、Fig.

5.9)可發現以情況 1(底部同樣為不透水邊界，但在排水口處設為等同排水口高度的 水壓為邊界條件)的底部邊界條件進行模擬所得到的壓力分佈結果，與 Fig. 5.2 中 的實驗張力計測值更為相符，皆呈現出深度越深，壓力越大之分布情況。因此，可

由此處判斷出情況 1 的模擬邊界條件比起情況 2 更為符合實驗結果，在後續的章 節中將只以情況1 來進行討論。