現地級配之模擬與篩選

(1)剝除法（Scapling of large size particles）

(2)平行級配法（Parallel transfer of gradation curve）

(3)等重量替代法（Weight replacement method）

(4)改良式等重量替代法（Modified weight replacement method）

由於所模擬之地質材料為礫石土壤，其工程性質與材料之孔隙比 有較大之關連，因此在準備縮小現地級配之模擬材料時，必須考慮材 料之單位重、孔隙比及其工程性質是否有代表性，能否與現地狀況相

(1)剝除法：

(4)改良式等重量替代法 度值。Zeller & Wullimann（1957）以試驗證明，若D/d_max大於5，則 試體力學強度不受影響。Marachi（1969）指出，D/d_max應大於6，則 試體之力學強度不受顆粒最大粒徑之影響。而Head（1984）之建議，

大型直接剪力試驗儀之剪力盒尺寸若為30.5cm×30.5cm×15.24cm，

則容許之最大粒徑為1.5 ， D/d_max比值為7.9。由於本試驗是最大剪力 盒尺寸為10cm×10cm×3.5cm，若試體之D/d_max比值為7.9，則試體可 用之最大粒徑為0.5 ，因此採用最大粒徑為0.5 、3/8 兩種級配進行室 內直接剪力試驗。

圖3-6 一號溪試驗所採用之粒徑分佈曲線

關於直接剪力試驗材料之準備，由於必須考慮氣乾狀態下之剪力 2cm及1.5cm。並且一號溪之試體，其乾單位重控制在1.66t/m³，三號 溪之試體，其乾單位重控制在1.78t/m³。對於氣乾之試體而言，剪動 速率控制在3mm/min，對於浸水飽和之試體而言，剪動速率控制在 3mm/min，進行壓密快剪試驗。在10分鐘之內壓密量小於0.05mm視 為壓密完成。初始正應力皆控制在1.2kg/cm²、2.4 kg/cm²及3.6 kg/cm²。

由一號溪河床堆積物之直接剪力強度試驗的結果可以發現，在氣 乾之狀態下，堆積物粒徑為Dmax＝0.5 之摩擦角較高為35.6

^o

，而粒 徑為Dmax＝3/8 之摩擦角較低為34.4

^o

，此兩種級配之摩擦角相差不 大，其凝聚力皆為0，如表3-4所示。在飽和之狀態下，堆積物粒徑為 Dmax＝0.5 之摩擦角較高為31.3

^o

，而粒徑為Dmax＝3/8 之摩擦角較 低為30.2

^o

，此兩種級配之摩擦角亦相差不大，其凝聚力也皆為0，如 Dmax＝0.5 之摩擦角較高為31.1

^o

，而粒徑為Dmax＝3/8 之摩擦角較 低為29.4

^o

，此兩種級配之摩擦角亦相差不大，其凝聚力也皆為0，如 表3-5所示。對於此兩種最大粒徑之不同試體而言，最大粒徑為0.5 之試體及3/8 之試體，其氣乾狀態皆較飽和狀態下之摩擦角大5

^o

左 右。

含水狀況 為1.89至2.45 t/m³，乾單位重為1.85至2.44 t/m³，比重為1.92至2.5，空 隙比約為0.03至0.04，孔隙率為2.47%至3.51%，飽和度為54%至97%。

三號溪之岩層之現場含水量介於0.31%至1.41%之間，而濕單位 重為2.13至2.42 t/m³，乾單位重為2.11至2.41 t/m³，比重為2.17至2.47，

空隙比約為0.02至0.03，孔隙率為2.30%至3.34%，飽和度為31%至

表3-6 岩坡地質材料之自然物理性質試驗結果 12B 1.60 2.13 2.16 2.36 2.21 3.64 96.89 3.51

13J 0.68 2.20 2.22 2.40 2.26 2.72 56.69 2.65 14J 0.57 2.44 2.45 2.63 2.50 2.62 54.96 2.55 一

號 溪

15J 0.84 2.35 2.37 2.51 2.41 2.53 80.01 2.47 32J 0.31 2.33 2.34 2.49 2.39 2.35 31.33 2.30 32B 0.41 2.38 2.39 2.50 2.44 2.45 40.42 2.39 33J 1.41 2.32 2.36 2.51 2.40 3.45 98.35 3.34 34J 0.48 2.41 2.42 2.53 2.47 2.52 46.77 2.45 三

號 溪

35J 0.85 2.11 2.13 2.50 2.17 2.89 63.65 2.81 12：採樣地點 J：節理面試體 B：層面試體 程度所影響之剪力強度是不容忽視的。一般測量JRC（Joint roughness coefficient）的方式，是將待測之岩石節理面來與JRC（0∼20）剖面

（Barton and Choubey, 1977）比較，以便得到節理面粗糙係數。此方

JRC 之測量 方法是利 用雷射剖面儀精準 的解析能 力 ，在 每 0.25mm的位移內，記錄當時位置的剖面高程。利用剖面粗糙度參數 Z₂與JRC之關係JRC＝32.2+32.47logZ₂來求出JRC（Tse and Cruden, 1979），其中 位移的間距（D

x

）約為0.25mm，水平移動測量之次數（M）為401次。

再將五個剖面所求到之JRC平均做為代表整體層面或節理面之粗糙

(kg/cm²) (kg/cm²)

12BD 32.0 19.07 22.3 468.3 8.50 12BW 31.5 27.12 18.7 392.7 14.50 13JD 39.0 20.33 38.2 802.2 14.10 13JW 33.0 19.18 31.5 661.5 6.00 14JD 41.0 14.26 34.5 724.5 3.40 14JW 32.5 12.51 28.6 600.6 2.60 15JD 29.0 27.54 15.2 319.2 16.30 15JW 25.0 24.22 23.4 491.4 13.60 12：採樣地點 J：節理試體 B：層面試體 D：氣乾 W：飽和 32JD 34.0 12.27 46.90 984.90 5.10 32JW 28.0 9.48 43.60 915.60 8.20 32BD 29.0 16.34 39.40 827.40 6.90 32BW 24.0 12.74 42.70 896.70 3.10 33JD 38.0 30.50 32.56 683.76 8.40 33JW 34.0 27.77 27.70 581.70 7.80 34JD 31.5 24.84 24.50 514.50 14.50 34JW 27.0 21.83 22.70 476.70 13.40 35JD 34.5 19.85 23.10 485.10 4.30 35JW 32.0 14.59 18.80 394.80 5.70 32：採樣地點 J：節理試體 B：層面試體 D：氣乾 W：飽和 3.11 節理面之壓縮強度

由於試驗之樣品採取困難，本試驗中節理面之壓縮強度必須藉助

在點荷重試驗中試體之比例尺寸必須遵照ISRM（1985）所建議 之方法，主要是以Block test、Irregular lump test來進行。實驗時盡量 使試體中心部分在點荷重儀之中心線上，再慢慢加壓，使試體在10

∼60秒內破壞。觀察破壞狀況若是無效的破壞方式（不是貫穿試體再 破裂），則捨棄此試驗記錄；況若是有效的破壞方式，則記錄下壓力 數值，再加以尺寸修正，便可得到點荷重強度指數。然後再利用單壓 強度與點荷重強度之經驗公式轉換，便間接可得到節理面壓縮強度

（Joint wall compression strength）。

) 指數介於18.7∼22.3kg/cm² 之間，其相對之單壓強度則介於392.7 ∼ 468.3kg/cm²之 間 。 邊 坡 1-3 其 節 理 面 之 點 荷 重 指 數 介 於 31.5 ∼ 38.2kg/cm² 之間，其相對之單壓強度則介於661.5∼802.2kg/cm²之 間。邊坡1-4其節理面之點荷重指數介於28.6∼34.5kg/cm² 之間，其相 對之單壓強度則介於600.6∼724.5kg/cm²之間。邊坡1-5其節理面之點 荷重指數介於15.2∼23.4kg/cm² 之間，其相對之單壓強度則介於319.2

∼491.4kg/cm²之間。

表3-8及附錄二顯示，三號溪邊坡3-2不連續面（包括層面及節理 面）之點荷重指數介於39.4∼46.9kg/cm² 之間，其相對之單壓強度則 介於827.4∼984.9kg/cm²之間。邊坡3-3其節理面之點荷重指數介於 27.7 ∼ 32.56kg/cm² 之 間 ， 其 相 對 之 單 壓 強 度 則 介 於 581.76 ∼ 683.7kg/cm²之 間 。 邊 坡 3-4 其 節 理 面 之 點 荷 重 指 數 介 於 22.7 ∼ 24.5kg/cm² 之間，其相對之單壓強度則介於476.7∼514.5kg/cm²之

間。邊坡3-5其節理面之點荷重指數介於18.8∼23.1kg/cm² 之間，其相 對之單壓強度則介於394.8∼485.1kg/cm²之間。

3.12 岩石節理面剪力強度試驗 多數據之多段式試驗方式（Kovari and Tisa，1975；Akai，1981；

Crawford et al., 1987；楊與黃，1996），來進行本力學性質試驗工作。

各試驗步驟均依照國際岩石力學學會（ISRM，1985）之規範來進行。

品。岩坡3-2之層面氣乾時之尖峰值剪力強度，其摩擦角為29

^o

；含水 飽和試體在尖峰值剪力強度，其摩擦角為24

^o

。岩坡3-2形成楔形破壞 之節理，氣乾試體在尖峰值剪力強度時，其摩擦角為34

^o

；含水飽和 試體在尖峰值剪力強度，其摩擦角為28

^o

。岩坡3-3形成楔形破壞之節 理面，氣乾試體在尖峰值剪力強度，其摩擦角為38

^o

；含水飽和試體 在尖峰值剪力強度，其摩擦角為34

^o

。岩坡3-4形成楔形破壞之節理 面，氣乾試體在尖峰值剪力強度，其摩擦角為31.5

^o

；含水飽和試體在 尖峰值剪力強度，其摩擦角為27

^o

。岩坡3-5形成楔形破壞之節理面，

氣乾試體在尖峰值剪力強度，其摩擦角為34.5

^o

；含水飽和試體在尖峰 值剪力強度，其摩擦角為32

^o

。

整體而言，三號溪內之岩石邊坡節理面之氣乾試體在尖峰值剪力 強度，其摩擦角最大為38

^o

，最小為31.5

^o

；含水飽和試體在尖峰值剪 力強度，其摩擦角最大為34

^o

，最小為27

^o

。

附錄一 自然物理性質試驗方法

一、含水量（water content）

二、比重（specific gravity）

比重為乾樣品重與同體積4℃水重之比值。利用壓碎機將樣品壓 成粉末狀再藉由比重瓶即可求得，計算試如下所列：

Gs：比重 W₁：瓶重 W₂：瓶重＋土重 W₃：瓶重＋水重＋土重 W₄：瓶重＋水重

三、單位重（unit weight）

單位重是指單位體積內，試體的總重量與總體積之比值。試驗方

γ

_t

：溼單位重 γ

_d

：乾單位重 V：體積

M₂：溼土重 M₃：乾土重

四、空隙比(void ratio)、孔隙率(porosity)、飽和度(degree of saturation) 空係比是指試體中空隙之體積對試體中固體體積之比值，孔隙率

附錄二 點荷重強度試驗結果

一號溪地質材料之點荷重強度試驗結果

i ⊥ 48.6 31.5 419.1 1951.9 44.2 27.3 0.9 25.7

i ⊥ 29.6 22.1 84.5 834.1 28.9 12.9 0.8 9.8

i ⊥ 27.6 20.2 88.6 710.0 26.6 15.9 0.7 11.6

i ⊥ 41.1 32.8 199.8 1714.4 41.4 14.8 0.9 13.5

15JW i ⊥ 37.9 32.5 243.6 1568.6 39.6 19.8 0.9 17.6

i ⊥ 24.6 17.1 92.0 534.5 23.1 21.9 0.7 14.9

i ⊥ 28.6 21.7 246.8 791.0 28.1 39.7 0.8 29.8

i ⊥ 24.7 21.4 242.6 671.8 25.9 46.0 0.7 33.1

i ⊥ 37.6 31.3 354.6 1499.2 38.7 30.1 0.9 26.5

i ⊥ 44.2 26.6 219.4 1499.2 38.7 18.6 0.9 16.4

i ⊥ 38.4 16.2 187.2 791.0 28.1 30.1 0.8 22.6

i ⊥ 48.9 35.5 471.3 2213.2 47.0 27.1 1.0 26.3

三號溪地質材料之點荷重強度試驗結果

Sample No. Type W(mm) D(mm) P(kg) De2 De Is(kg/cm2) F Is(50)

32JD i ⊥ 56.4 45.2 1239.7 3246.8 57.0 48.6 1.1 51.9

i ⊥ 24.3 17.3 174.7 534.5 23.1 41.6 0.7 28.3

在文檔中 新中橫公路沿線地質災害之研究─(總計畫及子計畫一)新中橫公路沿線地質環境之特性(II) (頁 17-0)