第四章 研究結果與討論
照片 4. 4 提高 TDR 訊號靈敏度試驗之變形模式
(3) 靈敏度與啟動門檻值
圖4. 13說明RG-8 纜線放入圓形節點，其靈敏度有增加，但效果不是十分明 顯，但如果採用圓柱狀的節點，則效果明顯增大許多；而圖4. 14則顯示
P3-500 纜線採用圓柱狀的節點，效果不佳，茲將結果整理於表 4. 3。
表4. 3可得知，RG-8 纜線加入節點可以改善靈敏度(S)的問題，且對於初 始門檻值(δD)有幫助，靈敏度從 0.000225、0.000275 增加為 0.000578 、 0.000926ρ/mm，而初始門檻值則些微增加(22、21、20、15mm)；而P3-500 纜線置入節點後，靈敏度改善不大(由 0.000412 變為 0.000415ρ/mm)，但初 始門檻值則有顯著的改善(由 41 變為 32mm)。RG-8 纜線置入圓柱狀的靈敏 Reflection Coefficient, ρ peak
δ v.s. ρ
0 10 20 30 40 50 60 70 -0.05
-0.045 -0.04 -0.035 -0.03 -0.025 -0.02 -0.015 -0.01 -0.005 0
Shearbox Displacement δ, mm Reflection Coefficient, ρ peak
δ v.s. ρpeak
圖4. 14 P3-500 纜線提高 TDR 訊號靈敏度試驗之關係曲線
P3-500(fix + unshield) + W/C=1 + Ottawa sand + σv=285.21 kN/m2
P3-500(fix + unshield) + cylinder anchor + W/C=1 + Ottawa sand + σv=285.21 kN/m2
Linear Regression Cable Type Diamete
r(mm)
Proportion of Water/Cem
ent(W/C)
Backfill Soil type
Backfill
4.2. TDR 錯動變形監測安裝標準程序及量化分析改善
邊坡滑動監測應用TDR 技術已行之多年，但實務應用時往往只考慮纜 線本身衰減特性，並無考慮纜線種類於不同土壤之反應，使得纜線種類之 選擇並無統一標準與依據。因此林文欽(2007)建議 TDR 錯動變形監測安裝 的標準程序，並建議於軟弱、堅硬地層分別適用的纜線種類，但是其試驗 缺乏重複性及剪力帶對於TDR 訊號反應影響的探討，本研究將彌補這些缺 失，使安裝標準程序及量化分析更加完善。茲將TDR 錯動變形監測安裝標 準程序與量化分析之初步建議分述如下：
(1) 透過本研究之試驗與分析結果，以及相關研究計畫所累積現場安裝 經驗，針對灌漿與纜線安裝提出一套參考標準程序(如圖4. 15)。主要 提供：纜線選擇依據、現場安裝不同階段所需合理的考量與準備(如灌 漿配比)，使得TDR錯動變形監測應用更具實務性與便利性，茲將各流 程應注意事項說明如下：
a. 纜線選擇：
束制水泥試體及纜線後，雖然使得RG-8 型纜線反應下降，但其 於軟弱地層初始靈敏度還是優於P3-500 型纜線，因此，軟弱地 層還是沿用林文欽(2007)的建議使用 RG-8 型纜線；而於堅硬地 層，P3-500 型纜線束制水泥試體及纜線後，TDR 訊號反應影響 不大，所以於堅硬地層同樣沿用林文欽(2007)所提出的建議採 用P3-500 型纜線。
b. 前置作業：
了解現場鑽孔直徑與深度，以及當地地質概況與水位，於試驗 室需先確定纜線訊號是否有異常，並保護纜線直到安裝。
c. 現場安裝：
為了避免纜線置入鑽孔時，因水的關係而上浮，纜線末端綁重
物(25 米深約需 2 公斤重物)，以直徑約 3 公分 PVC 管置入孔 中，供灌漿與固定軟性纜線之用，接著調配水灰比(重量比)約 為1：1 之水泥漿，分次從 PVC 管灌入水泥漿，直到孔口流出 水泥漿為止，拔除PVC 管後，再拔除鑽孔內套管(此時視地層 狀況決定拔除外套管，通常地層狀況佳，可等灌漿完成後再拔 除外套管)，捕水泥漿至孔口，纜線製作接頭並檢查訊號。
d. 二次灌漿：
對縮漿段進行灌漿，水泥將配比依舊為水灰比(重量比)1：1，
量測TDR 訊號，建立初始值。
e. 儀器保護：
製作保護蓋保護預留的纜線及接頭，量測完畢後，保護蓋上鎖。
f. 完工：
保護蓋應盡量與地面平整。
二次灌漿
(2) 由 4.1.1、4.1.2 小節及林文欽(2007)的試驗結果，另外再將Lin et. al.
(2007)以RG-8 與P3-500 型纜線外覆石膏之直剪試驗結果(典型直 剪破壞模式)進行比較，典型直剪破壞模式可以視為於岩層中的剪 4. 2可知RG-8 於渥太華砂靈敏度為 0.000225、0.000275ρ/mm，δD為 22、21mm；於細礫石中靈敏度為 0.004254ρ/mm，δD為7mm)，所以 應用於所有類型土層上量化仍有困難，但可以考慮模擬試驗不同材料與
mm
Shearbox Displacement δ, mm Reflection Coefficient, ρ peak
δ v.s. ρ
peak
RG-8 Reference line
RG-8 + W/C=1 + Fine Gravel + σv=285.21 kN/m2 0.006317、0.000412、0.000381、0.000504)，量化變形量也和RG-8 型纜 線相同，僅能與試驗用的材料與現地地質材料比較，推估可能的變形範 圍，現地若屬岩層，纜線以式(4-4)進行量化分析；若現地地質材料較 接近細礫石，則採用式(4-5)進行量化分析，該式為非線性三次式迴歸
P3-500於細礫石中的重複性試驗而得；若現地地質材料較接近渥太華砂
則用式(4-6)來進行量化分析，採用非線性三次式迴歸P3-500加入剪力
Shearbox Displacement δ, mm Reflection Coefficient, ρ peak
δ v.s. ρpeak
P3-500 Reference line
P3-500(fix) + W/C=1 + Fine Gravel + σv=285.21 kN/m2 P3-500(fix) + W/C=1 + Fine Gravel + σv=285.21 kN/m2 P3-500(fix) + W/C=1 + Ottaw a sand + σv=285.21 kN/m2
P3-500(fix) + W/C=1 + Ottaw a sand + σv=285.21 kN/m2 + Shear bandw idth = 3cm P3-500(fix) + W/C=1 + Ottaw a sand + σv=285.21 kN/m2 + Shear bandw idth = 5cm fit P3-500(fix) + W/C=1 + Fine Gravel + σv=285.21 kN/m2 curves(third degree)
fit P3-500(fix) + W/C=1 + Ottaw a sand + σv=285.21 kN/m2 + Shear bandw idth = 0,3,5cm curves(third degree)
圖4. 17 P3-500型纜線於不同勁度外填材料下之靈敏度
(3) 綜合上述結論，茲將TDR錯動變形監測資料分析整理如圖4. 18。
Shearbox Displacement δ, mm Reflection Coefficient, ρpeak
δ v.s. ρpeak
P3-500 Reference line
P3-500(f ix) + W/C=1 + Fine Gravel + σv=285.21 kN/m2 P3-500(f ix) + W/C=1 + Fine Gravel + σv=285.21 kN/m2 P3-500(f ix) + W/C=1 + Ottaw a sand + σv=285.21 kN/m2
P3-500(f ix) + W/C=1 + Ottaw a sand + σv=285.21 kN/m2 + Shear bandw idth = 3cm P3-500(f ix) + W/C=1 + Ottaw a sand + σv=285.21 kN/m2 + Shear bandw idth = 5cm f it P3-500(fix) + W/C=1 + Fine Gravel + σv=285.21 kN/m2 curves(third degree)
f it P3-500(fix) + W/C=1 + Ottaw a sand + σv=285.21 kN/m2 + Shear bandw idth = 0,3,5cm curves(third degree)
Shearbox Displacement δ, mm Reflection Coefficient, ρpeak
δ v.s. ρpeak
RG-8 Reference line
RG-8 + W/C=1 + Fine Gravel + σv=285.21 kN/m2 RG-8(fix) + W/C=1 + Ottawa sand + σv=285.21 kN/m2 RG-8(fix) + W/C=1 + Ottawa sand + σv=285.21 kN/m2 RG-8(fix) + W/C=1 + Ottawa sand + σv=285.21 kN/m2 + Shear bandwidth = 3cm RG-8(fix) + W/C=1 + Ottawa sand + σv=285.21 kN/m2 + Shear bandwidth = 5cm fit RG-8 + W/C=1 + Ottawa sand + σv=285.21 kN/m2 + Shear bandwidth = 0,3,5cm curves(third degree)
RG-8 P3-500
圖4. 18 TDR錯動變形監測資料分析流程圖
第五章 結論與建議
雖然林文欽(2007)於纜線的選擇及現地安裝的程序都有初步的結果及 建議，然而，大型直剪儀試驗重複性不佳及剪力帶可能造成的影響仍然缺 乏合理的試驗方法；再者，現地複雜之材料互制行為導致目前應用上只能 定性描述滑動位置，完全量化錯動變形量化分析則存在相當難度。因此，
本研究除了改良物理模型-大型直剪儀，並且為了充分了解軟弱地層對TDR 錯動變形監測有何影響，製作能模擬現地剪力帶寬度的物理模型：剪力帶 環片，探討不同剪力帶寬度對於量化分析的影響。並整合先前的試驗結果 與現場安裝經驗提出TDR錯動變形監測安裝標準程序與量化分析之改善。
另一方經由纜線上加入節點的設計，探討是否對於後續量化上有所幫助。
最後針對目前研究成果不足或需改善之處，提出未來研究方向的建議。
5.1. 結論
本研究主要分為三部份，一為TDR錯動變形量化分析結果，其次為現 地安裝標準程序之建議，最後探討提高TDR訊號靈敏度之可行性，對應研 究結論整理如下：
一、TDR錯動變形量化分析結果：
(1) 纜線選擇方面：
(a) 在固定及束制纜線及水泥試體後，整體配置符合現地剪動的狀況且 具有重複性，不論軟、硬性纜線，每次試驗的結果及水泥破壞模式 都幾乎一致，軟弱地層束制後會對軟、硬性纜線造成靈敏度及初始 啟動值降低，但是在堅硬地層則不會產生影響。
(b) 綜合上述結論及 4.2節的研究，軟弱土層依然與林文欽(2007)所建 議的一樣，採用RG-8；堅硬地層則用P3-500。
(2) 剪力帶寬度對於TDR反應影響之探討：
RG-8、P3-500型纜線，於軟弱土層中，加入有限的剪力帶寬度後(3、 5公分)，對 TDR反應沒有太大的影響。
(3) 不同勁度外填材料之影響：
(a) 於不同勁度之外填材料下，各種纜線之靈敏度皆相差甚遠(如圖
4.15、4.16)。
(b) 量化變形量方面，需比較試驗所模擬的材料與現地材料，再推估可 能的變形範圍。
綜合本研究第一部分TDR錯動變形量化分析結論：
(i.) 綜合本研究試驗結果，建議現地若屬堅硬土層時，以
P3-500(unshielded)型纜線較適用，其克服初始反應門檻值(δD) 後即有較佳之靈敏度；若現地屬軟岩或土壤時，安裝RG-8型纜 線，其能最早偵得滑動(約20mm)。
(ii.) 灌漿仍然對於 TDR錯動變形量化分析上有幫助，因為有灌漿，
所以圍壓及剪力帶寬度對於TDR反應並無影響。量化變形量方 面，僅能針對試驗室所模擬過的地質材料進行量化，要適用於所 有地質狀況仍需繼續研究。
二、現地安裝標準程序之建議：
因地制宜，選擇上述適用之纜線，若纜線外導體無橡膠保護者應作防 蝕處理；感測器末端需作防水處理；至現地時，以純水泥漿(水灰比為1) 進行灌漿使纜線與周圍土壤順應；若遭遇過大之破碎帶時，可加入少許細 砂以防漏漿；最後，保護纜線接頭，需低於地面且有保護蓋並注意防潮。
三、提高TDR訊號靈敏度之可行性：
利用纜線段置入節點，以RG-8及 P3-500型纜線之試驗結果進行分析，
結果顯示靈敏度有所提升，其中以圓柱狀的節點改善較為明顯，推測節點 形狀會影響TDR訊號靈敏度之效果，應用於現地仍需後續研究。
5.2. 建議
1、 目前於軟弱地層的剪動，已經盡量模擬現地的情況，於大型直剪儀加入 剪力帶寬度，模擬剪動為一非應力集中的模式，力求能夠貼近現地的情 況，但是剪力帶寬度本研究僅增加到5cm，可能無法完全模擬軟弱地層 的剪動行為，因此，後續建議可以製作更多的剪力帶環片，以了解更大 的剪力帶寬度對於TDR反應有何影響。
2、 RG-8纜線中加入節點後，其靈敏度雖有改善，但因為節點為球形且直 徑只有2cm，使得纜線曲率半徑未如預期的小，應力未能有效集中，節 點為圓柱形則效果明顯比圓形好，可得知形狀影響頗大；進一步於
P3-500纜線測試，節點雖為圓柱狀，但力量沒有集中在節點與節點之
間，因此效果有限，後續仍可進一步測試各種形狀，以及節點配置的方 式，進而運用到現地的測試。
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Ĕquilibre et due Mouvement des Solides Ĕlastiques, Gauthier-Villars,
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