以往砂土之非擾動取樣方法如 1.5 節所述，是以現地冰凍法為主，
Hofmann et al. (2000) 將液態氮送入地層循環，將周圍土壤之孔隙水冷凝 成冰，然後以類似岩心取樣之方法將冰凍土壤取出，此一方法極為耗時 並且昂貴，很少在實際工程案例中使用。Konrad et al. (1995) 是第一個使 用 Laval sampler，於常溫下成功的在低細料含量砂土中取樣。Laval sampler（圖 3-3）是 La Rochelle et al. (1981)原先為高靈敏性軟弱黏土取 樣而設計，可取200 mm 直徑與 600 mm 高之非擾動試體，圖 3-4 為 Laval sampler 取樣之實況圖。Laval 取樣設備包含一組至少 4 噸推力以及 60 公 分衝程的油壓鑽探設備，取樣孔在洗孔的同時注入皂土液 (bentonite mud) 以穩定孔壁土壤。取樣器在洗孔時將頭蓋閥 (head valve) 開啟，使沖饡 之泥漿得以順利流經取樣器而流至鑽孔壁內，當取樣管抵達鑽孔底部時 (圖 3-5a)，取樣管保持固定而取樣器則放鬆並以連續推力貫入土層，當取 樣器的頂部距試體上部約 50mm 時(圖 3-5b)，則關閉取樣器內之頭蓋閥，
使試體保持於真空狀態，此時擴孔沖洗之泥漿不再流經取樣管，而是藉 由壓力透過取樣管與擴孔管 (overcoring tube) 之間隙流向鑽桿 B.Q.纜線 噴出取樣器之外，擴孔沖洗的動作直至擴孔管沖洗至取樣試體以下 20 mm(圖 3-5c)，此時將擴孔管拉至地表面(圖 3-5d)，然後用力將試體扭轉 90 度，並且緩緩地將試體取出鑽孔外(圖 3-5e)，以避免碰撞或擾動試體。
[mm]
A A
Steel teeth and cutters Carbon steel ZW pipe Sampling tube
External guide Head valve
Coupe A-A
Steel teeth and cutters
Internal guide Overcoring tube
Internal guide Locking pin Collar B.Q. wire line drilling rod Rod
圖3-3 Laval sampler 示意圖 (La Rochelle et al., 1981)
3-4 Laval 試體現地取樣圖
(a) (b) (c) (d) (e)
圖3-5 Laval sampler 於土層中之取樣程序 (Konrad et al., 1995)
除了取樣，Konrad et al. (1995) 也提出了 Laval sampler 砂土試體在地 表使用乾冰（-80℃）從試體頂部/底部緩慢冰凍（圖 3-6）的程序來保存 試體以避免試體在運送過程中被擾動。在冰凍的過程中因溫度降低而膨 脹之孔隙水從底部/頂部排出，如此可以避免對試體產生擾動。
Konrad et al (1995)成功地運用 Laval sampler 於加拿大魁北克
（Quebec）兩處工址 Berthieville 與 Baie Saint-Paul 獲得地下 6 公尺深的 Laval 試體，長度分別為 460 mm 及 440 mm，但僅對試體進行含水量試 驗分析。其中取樣自 Berthieville 採用乾冰（-80℃）由上而下逐次冷凍，
完成冰凍需時約 8 小時，其 FC=15%，平均粒徑 0.08 mm，Cu=1.15，取 試體中各 5 公分高之冰凍試體 3 個做含水量試驗，其中心 100 cm2內之平 均含水量為 33.3%，其邊緣平均含水量由上而下分別為 31.7%、32.8%及 35.2%，其含水量不論中央或周圍，上層或下層，其結果都相當接近，如 圖 3-7 所示。另一試體取樣自 Baie Saint-Paul 採用液態氮（-196℃）實施 冰凍，將試體底部浸泡於液態氮中，冰凍的方向是由下往上，完成冰凍 需時少於 3 小時，其 FC=10%，平均粒徑 0.15 mm，Cu=2.15，取試體中 各 5 cm 高之冰凍試體 4 個及 2.5 cm 高試體一個，分別進行含水量試驗分 析，試驗結果顯示於圖 3-8，其中心 100 cm2內之平均含水量為 26.7%，
其邊緣平均含水量由上而下分別為 27.7%、28.3%、28.0%、27.8%及 26.15%，其含水量不論中央或周圍，上層或下層，其結果也都相當一致。
本研究為獲得員林民安宮試驗站之疏鬆砂土，於現地鑽孔（圖 3-1 中之LS1 至 LS3）做 Laval sample (LS)取樣，在每一鑽孔中取三個 LS 試 體（如圖3-2）。根據 SPT 裂管試體之物理試驗結果，初步判斷這三個試 體之細料含量應該分別在20%、50%與 90%左右。圖 3-9(a)至圖 3-9(c)分 別顯示LS1、LS2 與 LS3 三個鑽孔在地表下 11 公尺附近深度所取出之 LS 試體，在地面冰凍過程中，試體底部所量測之溫度變化及排出孔隙水與 時間的相互關係。直徑200 mm，高度分別為 450、520 及 420 mm 之 LS 試體，冰凍時間約14、17 及 9 小時後（所需時間依試體大小而定），試 體底部之溫度已降至 0oC 以下，而試體底部所排出之水量也不再增加，
最終排出之孔隙水分別為502、453 及 180 cc。
現地所取得之LS 試體共有 9 個（每一孔各取 3 個 LS 試體），其中 細料含量較低（FC 約為 18%）的三個試體 LS-1-3、LS-2-3 及 LS-3-3 試 體在取出地表後立刻以乾冰冰凍，各孔其他兩個試體受高細料含量影響 黏著性較高，只將試體以等高度切成2 至 3 等份，臘封後運送至實驗室。
冰凍試體抵達實驗室後儲存於冰凍櫃內，臘封試體則儲存於密封之塑膠 箱內，為防止試體含水量之降低，密封塑膠箱底裝水，試體則以木架支 撐使其高出水面。
圖3-6 Laval 試體之地表冰凍程序 (Konrad et al., 1995)
(a) Top plate fixed to
sampling tube
Saturated base plate
Wooden box
(b) Dry ice
Insulation 2" thick Thermistance Water
expelled during freezing
Gradual removal of insulation as freezing progresses
圖3-7 取自 Berthierville 地區冰凍土壤含水量分布圖 33.0 32.7 31.4 32.6 33.6 32.0 33.6 34.6 32.9 32.3 33.1 33.8 34.8
32.5 32.0
35.6 35.0 36.4 33.8 33.3 36.8 33.5 31.7 33.6 36.9
33.7 34.0
圖 3-8 取自 Baise St-Paul 地區冰凍土壤含水量分布圖 28.3 27.9 27.8 27.7
27.9 26.6 26.4 26.9 28.0Rejected
Section B
Section C Section D
Section E
28.9 28.9 28.9 27.4 30.0 30.1 29.7 29.1 28.3 28.2
27.6 27.1 26.9 27.6 28.1 28.2 28.0 27.0 27.3 27.0 27.5 27.7 28.1 27.8 28.6
29.0
26.6 26.7 27.3 27.5 27.6 28.0 28.6 28.5 26.6 27.5 27.3 27.5 27.9 27.7 28.7 28.3
28.2 28.3 27.7 28.0 28.3 28.5 29.0 28.9 28.8 27.0
28.8 28.3 28.6 27.5 27.1 27.4 28.1 27.0 26.9 27.4
27.6 27.7 27.3 27.2
26.4 26.1 26.8 28.2 27.8 26.3 27.2 28.7
28.2 28.5 26.9 25.5
27.3 24.8 24.7 26.1 26.8 25.0 25.4 24.9
26.1 25.7
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Elapsed time, hr
-15 -10 -5 0 5 10
Temperature, oC
0 100 200 300 400 500 600
Expelled water, cc
Temperature Water
LS-1-3
圖3-9(a) LS-1-3 試體底部孔隙水排出量、溫度與時間之關係
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Elapsed time, hr
-5 0 5 10 15 20 25
Temperature, oC
0 100 200 300 400 500
Expelled water, cc
Temperature Water
LS-2-3
圖3-9(b) LS-2-3 試體底部孔隙水排出量、溫度與時間之關係
0 2 4 6 8 10 12 14 16 Elapsed time, hr
-30 -20 -10 0 10 20 30
Temperature, oC
0 50 100 150 200
Expelled water, cc
Temperature Water
LS-3-3
圖3-9(c) LS-3-3 試體底部孔隙水排出量、溫度與時間之關係