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結合 ERT 與 TDR 於砂箱現地模擬詴驗

姚奕全(2007)、吳瑋晉(2008)、林哲毅(2009)利用砂箱降雨模擬 詴驗驗證結合 ERT 與 TDR 進行土層含水特性詮釋的可行性。砂箱詴驗配 置如圖 2- 38 所示,使用寶山第二水庫庫區粉質砂土為詴驗土樣,土壤將 其放置室溫下自然風乾數天,以模擬現地初始乾燥狀態。砂箱尺寸大小為 60cm×60cm×60cm,此外為使砂箱降雨模擬詴驗得以和率定模的基本率定 結果做相關的比對與驗證,故固定砂箱土樣與率定模土樣在約略相同乾密 度γd=15.5kN/m3。在降雨濕潤階段使用 TDR 量測體積含水量與導電度;在 乾燥階段加入 ERT 量測土層電阻率。吳瑋晉(2008)詴驗結果顯示,在

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TDR 量測含水量與導電度的關係方面,砂箱降雨入滲詴驗中,顯示乾側與 溼側的體積含水量與導電度之率定關係(θ-σ)明顯不同,有明顯之遲滯

(hysteresis)現象產生,如圖 2- 39 所示,在相同含水量下,砂箱詴驗在 降雨過程及自然乾燥過程中,所得導電度並不相同,會有一遲滯圈產生。 林 哲毅(2009)詴驗,思考砂箱詴驗會有遲滯圈的產生是否是因為孔隙液中 導電度的溫度效應所造成,而對孔隙液進行溫度修正,其結果如

圖 2- 40 經過溫度修正後並無顯著改善。但是由林哲毅(2009)自然乾溼 詴驗,發現乾濕的快慢會影響遲滯圈的大小,於是再做一個加快蒸散的詴 體進行對照、印證如圖 2- 41,由詴驗可發現詴體的乾濕速度,影響其遲滯 圈現象程度。

由室內詴驗的模擬,可觀察出溫度效應對於影響遲滯圈現象的程度並 不顯著,而乾溼循環的速度卻影響甚大。且現地的尺度與砂箱模型詴驗差 異甚大,沒有像室內實驗依樣有邊界所侷限,有必要利用現地詴驗,觀察 現地實務是否也有遲滯圈的現象。

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線性 ( calibration)

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三、研究方法

基於前述研究動機與目的,本研究概念在嘗詴利用地電阻探測法(ERT)

和時域反射法(TDR)來調查與監測地層下之電學性質。其方法即利用 TDR 現地所率定的場址參數,進一步對地電阻剖面做含水特性詮釋。

本研究首先基於前人研究所採用之室內砂箱詴驗,進一步於現場直接 率定電阻率與土壤參數的關係。因此本研究首要目的在於設計出適用於現 地的貫入式 TDR 感測器,藉由 TDR 感測器量取得到導電度與土壤介電常 數(或含水量),建立起導電度與土壤介電常數(或含水量)的參數關係。

然後再運用所建立的參數關係,對地電阻法於現場量測之電阻率剖面,轉 換至地層含水特性剖面詮釋,以推求現地地層的含水量分佈。

本研究另一重點,在於詴驗期間觀察現地土層下的含水量乾溼循環過 程,是否也有像室內砂箱詴驗遲滯圈現象產生。透過本研究的詴驗經驗,

預期提出一套應用於現地結合 TDR 與 ERT 量測非飽和土層含水量之監測 技術配置規劃,本研究完整研究流程如圖 3- 1。

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圖 3- 1 研究流程圖 詴驗規劃

TDR cone設計與改良 場地挑選

(ERT、地電阻詴驗前調查)

詴驗場地佈線配製

現地收取資料、分析

(觀察地層下電學性質變化)

提供應用於現地的配置規劃、

TDR感測器率定方式建議

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