第三章 研究方法
3.6 表面強度試驗
坡面植生困難工址技術希望具有一定的強度以達成護坡的目的，本研究希望 透過一些土壤基本性質試驗來了解不同齡期下該技術是否會有強度的差異，故進 行兩項試驗分別為直接剪力試驗及袖珍貫入試驗，試驗說明如下：
3.6.1 直接剪力試驗
(A) 參考資料：美國材料試驗學會(ASTM: D3080-04) (B) 試驗目的：
測定土壤在自然含水量情況下之凝聚力(Cohesion)及內摩擦角(Angle of Internal Friction)，以便計算在此情況下土壤之剪力強度。
(C) 試驗儀器與設備：
(1)試樣修整器：修整不擾動試體使適合直接剪力儀內剪力盒之用。
(2)直接剪力儀：分有應力控制及應變控制兩種型式，主要包括剪力盒(Shear Box)見圖 3.18，適合圓形土樣試體分上、下兩半部，下半部固定，上半 部藉剪力作用桿之推拉能自由移動，剪力儀(如圖 3.19 所示)一端設有一 齒輪箱，可用手操作或馬達操作促使剪力經過壓力環而達剪力盒之上半 部。測定剪力及垂直壓力所致試體之變形係用千分之一吋之測微計，壓 力環內測微計係萬分之一吋。加於試體之垂直壓力設備係用鐵塊加於吊 架上經過儀器上而有一平衡重之吊鉤而達於試體上，為防止試體在試驗 過程中，對剪力盒蓋面與盒底發生滑動現象，在透水銅盒蓋與盒底鑲有 細薄銅條之齒條，該齒條方向與剪力方向相垂直，使能對試體上下面相 互齒和。
(3)磅稱：靈敏度達 0.1g。
(4)烘箱：保持溫度 110±5℃之恆溫烘箱。
(5)小夯錘：將砂夯實之用。
(6)頂樣器：如有必要，用以頂出薄管內不擾動土樣。
(7)計時儀。
(D)試樣：
(1)每次試驗同樣試體需準備四個，由預先製作的預備試體中取樣。
(2)由頂樣器取出圓形不擾動土樣，必要時用土樣修整器加以修整，惟兩端 切割面應與中心軸垂直，試體厚度約2.5cm。將試體小心納入底面放有 透水底鈑且上下部剪力盒已用插梢固定之剪力盒內，使齒條嵌入試體內，
其次將透水銅盒蓋蓋在試體上，並輕輕加壓使齒條嵌入。
(E)試驗步驟：
(1)將鋼珠放在透水銅盒蓋凹部，載重吊架之橫桿安置於鋼珠上，準備加垂 直壓力。
(2)使試體在自然含水狀態下進行試驗，在剪力盒四周填滿濕棉花，以防試 體水份蒸發。
(3)安置適當重量的加重塊於吊架之加重盤上，此垂直壓力之決定根據試體 在地層中所承受上層土重而來，即先前壓密壓力，普通試驗所用之垂直 壓力均較先前壓密壓力為大。
(4)藉剪力盒上半部頂盒表面上之三個間距調整螺絲調整頂盒微微提高，與 下半部底盒間保持 1~1.5mm 間距為使上下兩半盒間距均勻，可用一適 當厚度之薄銅片塞入間隙內檢核之。其次旋緊上半部頂盒四周邊緣之固 定螺絲，以鎖住頂盒之位置。然後將間距調整螺絲旋回到原來位置，使
兩盒接觸面塗抹一層潤滑油，以減低上下盒間之摩擦力。
(5)調整剪力作用桿，壓力環使接觸剪力盒上半部頂盒，並使壓力環內測微 計讀數歸零。安裝水平變位之測微計，並將指針歸零。
(6)視實地情況，使用快試法(Q 法)－因為不讓試體在試驗前及試驗中途發 生壓密，故當垂直壓力加上而插梢拔除後立刻施以剪力，剪力增加率普 通是每分鐘橫移0.08 吋(2mm)，測微計讀數在最初兩分鐘內每隔 15 秒 讀一次，然後每30 秒鐘一次，直到橫向變形等於試體長度之 15%為止 或直到剪力保持不變為止或剪力下降為止。
(7)將試體取出做含水量試驗。
(8)其餘三個試體按前述步驟在個別垂直壓力下進行剪力試驗。
(F) 計算：
(1)最大剪應力
A S F
= ′
(式 3.1) S ＝剪應力(Kpa or kg/cm2)
F ＝剪力(N or kg)
A′
＝試體斷面積(cm2) (2)壓應力A
=
P
σ
(式 3.2)σ＝壓應力(Kpa or kg/cm2) P ＝垂直壓力(N or kg) A ＝試體斷面積(cm2)
圖3.
圖3
.18 剪力盒
3.19 直接剪 盒詳圖
剪力儀
3.6.2 袖珍貫入器(pocket penetrometer)
(A) 參考資料：美國材料試驗學會(ASTM:WK27337) (B) 試驗目的：
快速且簡易的得到土壤的unconfined compressive strength(UCS)無側限壓 縮強度。
(C) 試驗儀器與設備：
使用義大利Controls 公司製造的 16-T0163 Penetrometro tascabile Pocket penetrometer，儀器如圖 3.20 所示，可應用於試驗室及野外。
使用方式為將之壓入土中，最深可貫入土壤 6cm。儀器附有大、中、小 三種貫入接頭，最大貫入接頭直徑8.98mm，面積 63.335 mm2，中接頭斷面積 為大接頭的一半，小接頭面積為大接頭面積之四分之一。使用最大貫入接頭 所讀得之值為土壤的unconfined compressive strength (UCS)，可量測範圍為 0~2 MPa。
貫入器上附有紅色PVC 環，貫入器壓入土中後，PVC 環會維持在所讀到 的最大值，其值為該處土壤的無側限壓縮強度。
(D)試樣：
於沖蝕試驗箱內噴植水泥噴凝植生覆蓋技術(SVMT)土樣及傳統植生覆 蓋技術土樣。
(E)試驗步驟：
i. 降雨試驗前將試體水平放置。
ii. 旋入所選擇適當大小的土壤貫入器接頭。
iii. 使用袖珍貫入器於試體中取三點量測強度，施做點以不擾動中央 土樣為準。
iv. 降雨試驗完成後，將試體恢復水平放置。
v. 在試體中各取三點異於降雨試驗前所取之三點，施做點以不擾動 中央土樣為準。