砂箱試驗材料與性質測定

本研究的砂箱試驗包含單一砂層砂箱試驗以及複合地層砂箱試驗。單一砂層 砂箱試驗選用標準石英砂作為材料，其基本物理性質如表 3. 1。複合地層砂箱試驗 參考新城斷層篤行營區 1 號槽溝剖面，初步假設為礫石層與砂層的互層，此砂箱 試驗中使用了兩種顆粒材料，分別是取自新城斷層附近的頭前溪河床礫石與標準 石英砂。由於一般描述礫石層的組成時，將肉眼明顯可見的礫石稱作礫石顆粒，其 餘部分稱為基質。因此在複合地層砂箱試驗中，礫石層的礫石顆粒使用河床礫石作 為材料，礫石層內的基質與砂層使用標準石英砂作為材料，本研究暫不考慮基質的 凝聚力。

礫石之基本材料性質透過 Fiji 影像自動辨識軟體分析所得之長徑比與粒徑分 曲線如圖 3. 5、圖 3. 6、表 3. 2所示，平均長徑比為 1.73，且其粒徑分布曲線與篤 行營區 1 號槽溝礫石之粒徑分布曲線趨勢大致相同。

表 3. 1 標準石英砂之基本物理性質（修改自賴兆偉，2018）

圖 3. 5 砂箱礫石之長徑比

表 3. 2 砂箱礫石與篤行營區礫石之長徑比比較

3.2.3 砂箱試驗方法與過程

砂箱試驗的過程分為前置作業與斷層推動過程。前置作業包含在砂箱角落貼 上握把布、染色砂準備以及礫石標籤製作。黏貼握把布地目的是防止漏砂，而染色 砂的目的是為了協助觀察試驗中的斷層滑動面發展過程，因此當每層砂層鋪設 2cm 時，即在觀察面（砂箱側面）鋪設一條黑色色砂，以模擬沉積物成層堆積的構造，

此色砂僅顏色不同，材料性質均與試驗砂相同。由於礫石顆粒在砂箱內會被標準石 英砂覆蓋，故在每一顆礫石上利用保麗龍膠貼上標籤紙，並畫上箭頭指示礫石原始 沉積角度（圖 3. 7）。觀察面上可見 5 層礫石層與 4 層色砂，後續分析將透過礫石 的旋轉、色砂的斷裂判釋斷層的發育情況。

圖 3. 7 色砂與標籤礫石鋪設情形

砂層鋪設的方式係用霣降器自一定高度霣降砂顆粒，霣降器跨坐在砂箱上方，

可以在砂箱長度方向來回擺動（圖 3. 8）。霣降開口的大小和霣降器移動速度會影

響試驗砂的相對密度，本試驗的霣降器開口 0.8cm、移動速度約 5cm/s 與落距 14cm，

由圖 3. 9 的關係式得相對密度為 80%，屬於緊砂。反算此試驗砂的乾單位重為 15.6kN/m³，砂層孔隙率約 0.4。

礫石層鋪設的方式是是透過雙手擺放礫石，以及霣降器填充基質。首先先用霣 降器鋪上一層薄薄的基質，接著將礫石一顆一顆放到基質中，確保礫石下方不會有 縫隙。在放置礫石時，統一將其長軸方向朝向砂箱長度方向，短軸則平行於砂箱高 度方向。最靠近觀察面的礫石有另外貼上標籤紙，且放置這些礫石的時候，要將標 籤紙服貼於壓克力牆面，避免被之後鋪上的砂顆粒遮住。平鋪完一層礫石之後，再 利用霣降器鋪上一層薄薄的基質，循環以上步驟，直到鋪滿礫石層所需的高度（圖 3. 10）。

(a)落距調整裝置 (b)霣降器俯視圖 (c)底部開口控制 圖 3. 8 砂土霣降設備（李健宏，2019）

圖 3. 9 砂土霣降器開口及霣降高度之率定試驗結果（林銘郎等人，2004）

圖 3. 10 砂箱試驗準備過程 3.3 數值分析