第一章 緒論
1.1 研究動機與目的
目前室內土壤試驗中所使用的感測器均以電子式感測器為主，傳統電子式 感測器雖已發展了長久的時間，但是仍有一些無法避免的問題存在，像是電壓 不穩定造成之雜訊、周圍環境電磁波之干擾以及電線容易受水侵蝕而產生短 路，這些都影響到量測的品質，若長期使用則有訊號飄移的現象。而光纖感測 技術具有許多傳統電子感測技術沒有的優點，包括體積小、耐久性高、及光纖 利用光來傳遞資訊不受電磁波干擾也沒有短路的憂慮。加上光纖感測系統可用 來測量各種物理量的微小變動，如聲音、溫度、壓力、磁場、振動等，尤其對 於應變和溫度變化的量測，以布拉格光纖光柵(Fiber Bragg Grating, FBG)做成的 感測器，更具有高靈敏度及高穩定度。
而在非飽和土壤三軸試驗中，為研究基值吸力對剪力強度的影響，需使吸 力達到平衡，要達到吸力平衡需耗費較長時間，但是在長時間處於潮濕環境下 傳統電子式感測器容易發生訊號飄移與短路故障等缺點。本研究目的為利用光 纖 光 柵 多 工 、 高 靈 敏 度 、 不 易 被 腐 蝕 及 無 短 路 憂 慮 等 優 點 發 展 出 沉 水 式 (Submersible)，不受電磁波干擾之光纖感測原件並應用於非飽和土壤三軸試驗裝 置之中。
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1.2 研究方法與內容
本研究流程如圖1-1 所示，本研究目的為研發一非飽和土壤光纖感測三軸試 驗裝置，首先進行光纖光柵感測器製作，接著進行感測器之標定及可行性分析，
然後進行非飽和三軸試驗，同時以電子式與光纖式兩種量測儀器進行量測並擷 取實驗數據，最後則進行數據之比對，以評估非飽和土壤光纖感測三軸試驗裝 置之可行性與準確性。
在進行非飽和三軸試驗前，透過室內試驗對試驗場址土樣之基本物理性 質、力學性質、透水性質以及土壤保水特性進行探討。而非飽和三軸試驗主要 為控制基質吸力大小，使土壤處於不同飽和度的狀態下，以適當的應變速率進 行非飽和固定含水量試驗，觀察土壤在非飽和狀態下之力學行為，及求取剪力 強度參數。試驗所選用之土樣為石門水庫上游之玉峰國小校內土樣和砂崙仔崩 塌地處理工程處(桃 113 線 4K+800)之堆積材料，進行下列之試驗：
1. 土壤基本物理性質試驗：如含水量、比重、粒徑分析、阿太堡試驗等。
2. 三軸透水試驗。
3. 土壤水分特性曲線試驗。
4. 飽和等向壓密不排水三軸試驗。
5. 土壤於非飽和狀態下之固定含水量之三軸試驗。
藉由上述之試驗了解土壤材料之特性，而試驗所得之剪力強度參數與透水
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係數可提供現地之邊坡穩定性分析與破壞機制之數值模擬。
1.3 論文內容概述
論文內容主要分為五章：
第一章：為緒論，說明研究動機與目的、研究流程與方法。
第二章：為研究背景，對前人於非飽和土壤相關研究進行說明，以及介紹 基本光纖及光纖光柵原理。
第三章：就土壤試驗之規劃及設備進行說明，包括土壤試驗之步驟與試驗 控制條件以及實驗設備。
第四章：對各項試驗之結果進行討論分析。
第五章：結論與建議，綜合本研究之試驗結果與研究過程作出結論，並提 出後續研究方向之建議。
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