基本物理性質試驗

4.5.1 比重試驗

本試驗遵照 ASTM D854 比重試驗規範施作。

A. 實驗目的： 求石門水庫淤泥的比重Gs

比重瓶、小漏斗、酒精燈、三角鐵架、石棉板、烘箱、電子秤。

B. 試驗儀器：

1. 取通過 10 號篩的氣乾土裝入比重瓶，加水約 2/3 滿。

C. 實驗流程步驟：

2. 將比重瓶移至酒精燈上加熱，經常搖動以便趕出土壤中所有的氣 泡。自沸騰時起算繼續加熱約十五分鐘(保證氣泡趕出)。

3. 煮沸後之比重瓶置於桌面待冷卻至室溫後，再加滿水並秤重量。

比重瓶同時試驗，其結果相差不得超過 0.03，否則作廢重作。

D. 試驗結果及處理：

4.5.2 液性限度試驗

本試驗所依據之準則為美國 ASTM D4318-83。

A. 實驗目的：求石門水庫淤泥的液性限度LL。

土壤的液限為土壤介於液態與塑性態的臨界含水量，一般以一特 定之擾動作用下，會發生流動之最小含水量。

B. 實驗原理：

1. 液限儀、刮刀、藥刀、蒸發皿、烘箱、電子秤。

C. 試驗儀器：

2. 平光玻璃板、燒杯、吸管、蒸餾水。

3. 密閉容器：玻璃罐、塑膠罐或其他密閉容器皆可。

1.取通過40號篩的氣乾土加蒸餾水，調勻後移入玻璃罐內，加蓋後 靜至少24小時，充分潤濕。

D. 實驗流程步驟：

2. 取部份的土置於液限儀之銅杯中，以藥刀抹平土壤。以刮刀畫凹 槽，轉動橫柄，進行敲擊(頻率為每秒兩次)，閉合之長度達12.5mm 時為止。記其打擊數N。

3.以藥刀挖取鋼杯中少許的濕土，移至蒸發皿中求含水比。

4.重複2.與3.的步驟，求流性曲線(flow curve)圖。

5.試驗儀器及試驗結果如圖4.2所示。

1.將試驗結果繪於流性曲線圖中，該座標係以含水比為縱軸座標，而 以液限皿擊數(對數尺度)為橫軸座標，將各點以直線迴歸之，該直線 即為流性曲線，如圖 4.3 所示。

E. 試驗結果的處理：

2.相對於流性曲線上，N=25 擊數處之含水比即為液限。唯需注意的 是：當 N<10 or N>50 之試驗結果應做廢，因為流性曲線在 N=10~50 之間才是呈現直線關係。

圖 4.2 液限試驗用儀器及試驗示意圖 圖 4.3 液限試驗結果 (取自全華-土壤力學試驗)

4.5.3 塑性限度試驗

本試驗所依據之準則為美國 ASTM D427-83。

A. 實驗目的： 求石門水庫淤泥的塑性限度PL。

塑性限度 PL 為土壤介於塑性與半固體狀態之臨界含水量。一般 以土壤能被搓成 3.2mm 直徑之土條而能均勻龜裂時的含水量。而塑 性指數 PI=液限 LL-塑限 PL。

B. 實驗原理：

1.平光玻璃板、藥刀、鉛線、烘箱、電子秤。

C. 試驗儀器：

2.密閉容器：玻璃罐、塑膠罐或其他密閉容器皆可。

1.取通過40號篩的氣乾土加蒸餾水，調勻後移入玻璃罐內，加蓋後 靜至少24小時，充分潤濕。

D. 實驗流程步驟：

2.試驗前取出土球，置玻璃板上用手掌搓成直徑約3mm的土條，且正 好均勻斷裂成數段為止，直徑3mm之鉛線可作為土條直徑之比對用，

如圖4.4所示。

3.將均勻斷裂的土條放入蒸發皿中，進行含水比試驗。

4.至少須有兩組以上結果相似的試驗，其含水比的平均數即為塑限。

圖4.4 塑限試驗用儀器及試驗結果示意圖 (取自全華-土壤力學試驗)

1.PC未壓密黏土 LI > 1， NC正常壓密黏土 0.6 < LI < 1，

E. 相關工程性質

OC過壓密黏土 LI < 0.6。

2.LL值愈高則壓縮性增加。

3.LI值愈低則黏土愈硬則壓縮性愈低。

4.PI值愈高則吸附水層愈厚則K(滲透係數)愈低。

5.PI值愈高則不排水剪力強度Su增加。

6.建立塑性圖表，作為細粒土壤分類依據。

7.活性A = PI/黏土成分百分比，用以判斷土壤之膨脹性。

8.估算不排水剪力強度Su---Skempton1957。

Su/σ' = 0.11+0.0037PI ，σ' = 有效覆土壓應力。

9.估算壓縮性指數 Cc --- for NC clay = 0.009(LL-10)。

4.5.4 粒徑分析試驗

篩分析依據：ASTM D452-80。

比重計分析依據：ASTM D422-63。

A. 實驗目的： 求的淤泥粒徑分佈圖

當土壤的粒徑大於#200 篩則是用篩分析，粒徑小於#200 篩則適 合以比重計分析之。

B. 實驗原理：

篩網直徑較#200 篩小時，其孔徑甚小，土壤顆粒欲順利通過並 不容易，此時雖然可以「水洗法」代替，即將篩網及土壤置於水中，

以毛刷刷之，可使較篩網孔徑還小的土壤顆粒通過，但此法較費時，

故常以比重計分析，應用不同粒徑大小的顆粒在水中沉澱速度不同的 原理，測量較小顆粒間的大小分佈狀況。

1.比重計、量筒、ASTM 標準篩一組、搖篩機、烘箱、電子秤。

C. 試驗儀器:

2.攪拌機一套、計時器、毛刷、溫度計、沖洗瓶、計時器。

1. 將通過 200 號篩的土樣放入容量為 250cc 之燒杯中，加入濃度約 4%

之分散劑 100c.c 攪拌均勻，再靜置 18 小時以上。

D. 比重計分析之準備工作

2. 將燒杯中的混合液洗入攪拌杯中，加水至 6~7 分滿。開動攪拌機約 5 分鐘(砂質土)或 15 分鐘(黏土)，使黏土顆粒完全分散。

1. 將攪拌杯中的混合液洗入大量筒中，加入蒸餾水至 1000cc 刻度。

E. 試驗步驟 (比重計分析試驗)

2. 以手掌或軟膠蓋壓緊量筒，上下翻動約一分鐘，使混合液混合均勻。

3. 迅速將大量筒置於固定桌面，同時啟動計時器，視沈澱試驗為“開始 時間”，隨即迅速小心的放入比重計。

4. 自“開始時間”起算，於歷時 1/4、1/2、1、2、5、15、30、60、250 與 1440 分鐘之時，計測不同時間之比重計讀數。

5. 於計測兩分鐘讀數後，取出比重計，放入另一裝蒸餾水之大量筒中。

爾後於每一讀數之前 30 秒，才將此比重計移入混合液中讀數。

完成比重計試驗後，將量筒內土液完全洗入#200 篩內，並以蒸 發皿接取所得土液，並於烘乾後量測土樣重量，該重量與原土樣重之 比值，即為通過#200 號篩之過篩率。

F. 試驗步驟 (水洗法)