土壤水分特性曲線試驗

在非飽和土壤力學行為中基質吸力扮演著極為重大的角色，且基質吸力又 會因土壤內水含量的多寡而產生相對應的剪力強度，因此基質吸力與含水量之 關係為本研究探討的主要目的之一。

土壤水分特性曲線(Soil-Water Characterization Curve, SWCC)的試驗方法，一 般常用的為基質吸力控制範圍小於1500 kPa 的壓力板試驗(Pressure Plate Test)，

搭配基質吸力控制範圍大於1500 kPa 的鹽溶液法(Salt Solution Method)及可以建 立張力對深度關係的濾紙法(Filter Paper Method)。

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目前最通用決定土壤水分特性曲線之方法為壓力板試驗，以觀察土壤在乾 濕變換的過程中土壤含水量與基值吸力之關係，可作為決定非飽和土壤剪力強 度試驗中施加基值吸力的範圍，為非飽和土壤基礎研究的第一步，因此本實驗 之土壤水分特性曲線試驗法採用壓力板試驗。

壓力板試驗必須採用具有可耐高壓的壓力板試驗儀，將飽和之高進氣吸力 值陶瓷(High Air Entry Ceramic)板及土樣放入壓力板試驗儀之底部，接著施加空 氣壓力至預定的基值吸力(軸平移技術)，此時土壤中的水分將會從土中經由高進 氣吸力值陶瓷板從壓力板試驗儀底部流出，直至土壤吸力平衡，此時將土樣取 出量測其含水量。重複上述步驟，變化不同吸力大小，以得出土壤之水分特性 曲線。

3.5.1 試驗步驟

將現地取回的土樣取經處理後之 4 號篩以下土壤進行重模製作試體，並參 考ASTM D3152-1994 年之規範及 Soil Moisture 公司壓力板操作手冊，利用壓力 板試驗儀進行吸力試驗，藉以求得基質吸力與含水量之關係。詳細之試驗步驟 如下：

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1.高進氣吸力值陶瓷板飽和

Soil Moisture 公司壓力板操作手冊中指出需將水淹滿陶瓷板的表面，浸泡 時間至少需要一天，當陶瓷板完全浸濕，即達飽和狀態。

2.試體製作

將4 號篩以下土樣以乾灑法填入直徑 60mm，高度 20mm 之鋼環模具中，

並控制其孔隙比，玉峰國小e=0.77、砂崙仔崩塌地處理工程處 e=0.52。在 施做試驗時，鋼環可以防止土樣側向變形。

3.試體飽和

將鋼環及其內的重模土樣放置於壓力板試驗儀中使其吸水飽和，大約在一 天後，當試體表面出現一層水膜時，即可視為已達飽和狀態。試體放置於 壓力板試驗儀中，需注意使試體底表面與陶瓷板完全接觸。

4.基質吸力施加

試驗中最重要的步驟就是基質吸力的施加，由之前的敘述，可以知道基質 吸力為空氣壓力（u_a）與水壓力（u_w）之間的差值，為了方便起見，必須 控制試體內的水壓力為零（即u_w＝0），這樣所施加空氣壓力就會是等於 基質吸力。當基值吸力施加後水分會從土中流出，並經由出水管流入玻璃

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量管中，當土壤中水分與基值吸力已達平衡則水分不再排出。因此本試驗 於基值吸力施加後每30 分鐘紀錄排出之水分，當兩次紀錄之水分流出小 於0.1 ml 時，則視土樣達平衡狀態。

5.繪製水分特性曲線

量測每個試體最終重量，將試體送進105℃烘箱，烘乾 24 小時之後取出秤 重，求其每個吸力階段的含水量，繪製水分特性曲線，藉由se=ωGs 求得 每一階段之飽和度，如此可建立基值吸力與土樣飽和度的關係。

3.5.2 控制條件

試體施加空氣壓力分別為10、30、50、70、90、110、150、200、 250、300kPa。

並控制玉峰國小之試體孔隙比為 0.77、砂崙仔崩塌地處理工程處之試體孔隙比 為0.52 進行壓力板試驗。