第五章 試驗結果與討論
5.1 固定正向力試驗(Constant Normal Force Tests CNF)
固定正向力試驗適合用於考量如邊坡淺層滑動之問題。為此，本
研究完成之正向力試驗，施加力量為現地應力約 5~30m 深度範圍，
並以對應之500N~2500N 進行試驗。本試驗有兩批人造軟岩試體，第 一批試體顏色較黃，強度較低，第二批試體顏色暗黃接近褐色，強度
率控制較慢，無法即時補償命令，約 3 秒微轉動一命令值，10 秒
過程2，且開始產生因變形而有非線性行為。
3. 當扭力增量不再明顯變化時，開始進入殘餘階段。扭力增量在小 週期內微幅增減，於大週期中呈大致穩定。大週期的律動可能與 殘餘應力發生的裂縫及剪脹行為有密切關係(將於 5.3.4 節說明)，
小週期的跳動則可能與感測器擷取系統精度有關。雖然扭力無法 真正維持固定，卻顯現出真實材料所生成之破裂面上難以避免的 隨機起伏與變異性，可能多少有異於圖4.6 過程 3 之理想狀態。依 此微幅增量扭力值的扭轉角範圍中，得選擇扭力值最低的數據以 推求參數τr。由拍照觀察，當時該金屬環內之材料界面已產生接 近水平的裂面，並且膨脹量大致維持固定量不再繼續改變，界面 外金屬環間則亦不相對轉動。扭力由此破裂面承受後，後續體積 變化相對很小，可視為無變化，亦可視為殘餘狀態。
0 20 40 60 80 100
Torque (N-m)
ATRIFICIAL SOFT SANDSTONE Constant normal force 500N
圖 5.1 CNF500N-1 扭力-扭轉角曲線
Dilatancy (mm)
圖 5.2 CNF500N-1 剪脹曲線
0 20 40 60 80 100 Angle (degrees)
0
Torque (N-m)
ATRIFICIAL SOFT SANDSTONE Constant normal force 1000N
圖5.3 CNF1000N-1 扭力-扭轉角曲線
0 20 40 60 80 100
Angle , degrees -1
Dilatancy (mm)
圖5.4 CNF1000N-1 剪脹曲線
0 20 40 60 80 100
Torque (N-m)
ATRIFICIAL SOFT SANDSTONE Constant normal force 1500N
圖5.5 CNF1500N-1 扭力-扭轉角曲線
Dilatancy (mm)
圖5.6 CNF1500N-1 剪脹曲線
0 20 40 60 80 100
Torque (N-m)
ATRIFICIAL SOFT SANDSTONE Constant normal force 1500N
圖 5.7 CNF1500N-2 扭力-扭轉角曲線
Dilatancy (mm)
圖5.8 CNF1500N-2 剪脹曲線
0 20 40 60 80 100
Torque (N-m)
ATRIFICIAL SOFT SANDSTONE Constant normal force 2000N
圖5.9 CNF2000N-1 扭力-扭轉角曲線
0 20 40 60 80 100
Angle , degrees -1
Dilatancy (mm)
圖5.10 CNF2000N-1 剪脹曲線
0 20 40 60 80 100
Torque (N-m)
ATRIFICIAL SOFT SANDSTONE Constant normal force 2000N
圖 5.11 CNF2000N-2 扭力-扭轉角曲線
0 20 40 60 80 100
Angle , degrees -0.5
Dilatancy (mm)
圖5.12 CNF2000N-2 剪脹曲線
0 20 40 60 80 100
Torque (N-m)
ATRIFICIAL SOFT SANDSTONE Constant normal force 2500N
圖5.13 CNF2500N-1 扭力-扭轉角曲線
Dilatancy (mm)
圖5.14 CNF2500N-1 剪脹曲線
圖5.15 金屬環線性相對滑動
圖5.16 金屬環間開始大量轉動
圖5.17 金屬環最大垂直分離量
5.1.2 裂縫發展
每一試驗完成後將試體取出，卸下金屬環剝開石蠟並拍照，同時 仔細觀察其中裂縫。裂縫發展若定義為試體底部往上部發展，以較常 發生之裂縫行為為例，接近試體中間部分，一般有ㄧ至數條約略 45 度含有些許黃油滲入的甚細微或是不明顯的長裂縫(圖5.18)，若有數 條裂縫則其平行間隔約 40~70mm 之間。45 度裂縫下端(扭轉油壓缸 驅動端)，膠黏附近為完整試體無裂縫或偶有不明顯水平裂縫。接近 上部區域，裂縫明顯且厚度較寬，裂縫斜率趨緩不再呈 45 度如圖
5.19。最後發展至試體上端，並產生接近水平的裂縫如圖 5.20。將試
體中空部份軸承取出，45 度裂縫線往試體內部及向上端發展為螺旋 形裂面。
圖5.18 約 45 度裂縫(細微)
圖 5.19 接近試體上端裂縫(平緩且寬大)
圖5.20 水平裂縫
5.1.3 試驗結果討論
微小壓縮量，這與Negussey (1987)及 Lee et al. (2001)等學者研究 中(或參考圖 2.5)，相對緊密土壤先壓縮後膨脹的現象一致。4. 表 5.1 為不同正向力試驗之剪脹曲線中線性膨脹段的δv(單位扭 1000N-1 0.532 2.218 0.023 1500N-1 0.464 3.166 0.033 1500N-2 0.377 1.614 0.017 2000N-1 0.275 1.798 0.019 2000N-2 0.353 1.737 0.022 2500N-1 0.286 1.783 0.019
圖5.21 裂縫發展使石蠟及黃油擠出
圖5.22 擠出物一端的裂面情形