第三章 研究方法
3.2 異向性試驗規劃
3.2.1 試驗規劃
為探討不同影響因子(如圖 3.2所示)對夯實土壤彈性波速之影響，遂針 對以下兩點規劃室內試驗：
1.夯實含水量
採用至少五種含水量，以橫跨最佳含水量(Optimum Moisture Content，
簡稱 OMC)兩側，作為土壤試體夯實之含水量，試驗土壤試體規劃如表 3.1 所列。
2.量測方向
為探討夯實土壤之異向性，採用五種不同角度進行波速量測試驗，以 瞭解不同量測方向之波速差異。
(1)與夯實土壤試體之橫向等向面垂直，簡稱為 v 方向。
(2)與夯實土壤試體之橫向等向面平行，且壓電陶瓷片與橫向等向面垂直，
簡稱為 hv 方向。
(3)與夯實土壤試體之橫向等向面平行，且壓電陶瓷片與橫向等向面平行，
簡稱為 hh 方向。
(4)與對稱軸夾三十度，簡稱為 30°方向。
(5)與對稱軸夾四十五度，簡稱為 45°方向。
上述五種量測方向如圖 3.2所示。
圖 3.2異向性試驗影響因子
表 3.1異向性試驗規劃表
土壤種類 夯實能量 夯實含水量 試體編號 量測方向
湖山砂土 標準夯實
8 % H8 1. 垂直橫向等向面 2. 平行橫向等向面且
元件垂直橫向等向面 3. 平行橫向等向面且
元件平行橫向等向面 4. 與對稱軸夾 30 度 5. 與對稱軸夾 45 度 10 % H10
12 % H12
14 % H14 16 % H16
3.2.2 試驗土壤
本研究試驗所使用之土壤為湖山砂土，湖山砂土源自雲林縣湖山水庫，
將湖山壩庫區山壁開挖之岩粒，經人工以鐵鎚擊碎而成的黏土質砂土。
以湖山砂土進行基本物理性質試驗，諸如夯實、篩分析、比重、液性 限度、塑性限度等，所得試驗結果如下所描述。
以標準夯實能量(600 kN-m/m3)進行夯實試驗(ASTM D698−12)得其夯 實曲線如圖 3.3所示，可知湖山砂土最大乾密度為 1.914 g/cm3，最佳含水量 為 13.30 %。由篩分析試驗(ASTM D421−85)得其粒徑分佈如圖 3.4所示，
細粒料含量為 23.6 %，有效粒徑為 0.035 mm，均勻係數(Cu)為 19.33，級配 係數(Cc)為 0.44。由比重試驗(ASTM
D854−10
)求得湖山砂土比重為 2.72。由阿太堡限度試驗(ASTM
D4318−10
)得其液性限度(LL)為 26、塑性限度(PL) 為 17、塑性指數(PI)為 9。綜合上述資料再依據統一土壤分類法(Unified Soil Classification System, USCS, ASTM D2487−11)分類，湖山砂土屬黏土質砂 (SC)。圖 3.3湖山砂土夯實曲線(以壓克力模夯實)
圖 3.4湖山砂土粒徑分佈圖
依據上述物理性質試驗結果，茲將本研究試驗所用之土壤基本物理性 質整理於表 3.2。
表 3.2試驗土壤基本物理性質
土壤名稱 湖山砂土
Standard proctor compaction OMC (%) 13.30
γd,max (g/cm3) 1.914
Specific gravity, Gs 2.72 Coefficient of uniformity, Cu 19.33
Coefficient of curvature, Cc 0.44 Liquid limit, LL 26 Plastic limit, PL 17 Plastic index, PI 9 Soil classification (USCS) SC
3.2.3 試驗儀器
柳儒錚(2010)使用金屬夯模夯實土壤並進行剪力波速量測時，發現在彎 曲元件產生震波的過程中，未被轉換為震波的電磁波會在金屬模內震盪，
致使無法收錄良好的震動訊號，因此採用壓克力夯模以利震動訊號之收錄。
本研究設計之夯模為壓克力材質，且壓克力模容納體積與標準夯模相同(如
圖 3.5所示)，並保留三個活動塞孔，於夯實土壤時將塞孔蓋上，而量測四
十五度與水平向之彈性波速時取下壓克力塞，使 Bender-extender element 能 貫入夯實土壤試體。
圖 3.5試驗壓克力夯模
為配合本研究在不同角度之彈性波速量測，設計四十五度與三十度角 度底座(如圖 3.6所示)，以供量測時穩固擺放土壤試體之用，並能控制土壤 試體對稱軸與 Bender-extender element 呈四十五度或三十度之夾角。
圖 3.6四十五度與三十度角度底座
本研究使用之量測程式以 LabVIEW 撰寫，能調整合適之觸發頻率使 Bender-extender element 觸發壓縮波或剪力波，並可即時觀看觸發與收錄之 波形。而收錄之波形可匯入 MATLAB 撰寫之程式進行分析以得到壓縮波速 與剪力波速。既有彈性波速量測系統如圖 3.7所示。
圖 3.7既有彈性波速量測系統