試驗儀器

以下將介紹土壤水分特性試驗、飽和壓密不排水三軸試驗及非飽和固定含 水量試驗之試驗儀器，其中包括氣壓與水壓控制系統、量測系統、訊號擷取系

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統、自製壓力板試驗儀、三軸室以及壓力機。

3.4.1 氣壓與水壓控制系統

空壓機為提供試驗所需壓力之來源，壓力上限為10 kg/cm²。利用手動式調 壓閥提供試體所需之圍壓，反水壓部分亦使用手動式調壓閥施壓於除氣水桶，

利用塑膠管路，將水壓施加於試體內部；壓力表可顯示圍壓及反水壓之大小，

精度為0.2 kg/cm²。

3.4.2 量測系統

本試驗量測設備，除一般飽和三軸試驗所量測之軸向荷重、軸向應變、圍 壓及超額孔隙水壓。另外於非飽和三軸試驗時利用差壓計進行體積變化之量 測，詳述於3.7.1 節。

軸向荷重量測使用荷重元（load cell），將其置於三軸室頂部，此荷重元可 用於量測軸向荷重達 1kN；軸向應變之量測使用 Linear Variable Differential Transformer（LVDT），可量測 40mm 之變形；圍壓及孔隙水壓量測採用可耐壓 1000kPa 水壓計（pressure transducer），另外在進行非飽和三軸試驗時會加上光 纖光柵感測器進行量測，試驗所使用各項量測設備之規格如表3-7 所示。

3.4.3 訊號擷取系統

本試驗於施加軸向荷重時，主要量測load cell（軸向荷重）、LVDT（軸向位 移）及水壓計（圍壓及反水壓）之變化值。本研究使用安捷倫公司(Agilent)所製

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造編號34970A 之訊號擷取儀，34970A 是一個三槽式主機，包含一個內建的 6.5 位數萬用電錶，它提供了 8 種交換與控制插入式模組，內建的 GPIB 與 RS-232 介面將訊號傳回電腦，再配合安捷倫公司所附之程式進行即時試驗資料變化、

處理和紀錄。

另外，光纖光柵感測器的訊號擷取則是由MICRON OPTICS 公司所出產之 sm125 可攜式低速靜態光纖光柵解調器，其有 4 個 channels，每個 channel 可讀 取128 個 FBG 訊號，其使用 MOI 峰值探測演算法，不用多次平均，就能測量 FBG 的中心波長，達到 10 倍的實際採樣解析度，即 0.5 pm。sm125 光纖光柵解 調器是為測量低速變化，像應力、溫度和壓力等參數而設計的，也適合長期監 測使用。

3.4.4 自製壓力板試驗儀

自製壓力板試驗儀，如圖3-13 所示，其以不銹鋼支撐連接壓力板儀上下蓋，

中間之軸室為中空圓柱型，其材質為透明之壓克力，可觀察試體在試驗過程中 之變化。另外，壓力板試驗儀採用美國Soil Moisture 公司出品，進氣值分別為 1bar、3bar 及 15bar 的高進氣吸力值陶瓷板，高進氣吸力值陶瓷板之安裝如圖 3-14 所示。

3.4.5 三軸室

三軸試驗設備主要以不銹鋼內支撐與三軸室下部緊密結合，三軸室為中空

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圓柱型，其材質為透明之壓克力，可觀察試體在試驗過程中之變化，承受之最 大氣壓為10 kg/cm²，基座配合試體大小為直徑5cm，高度 10cm；試體頂蓋及底 座皆放置一銅製透水材料。

三軸室上端並裝有一氣壓缸（Double Bellofram Piston），內部含有 3 個大小 不同之氣囊（bellofram），因此可獨立控制垂直應力，使加壓荷重桿受圍壓作用 時，保持加壓荷重桿之平衡與穩定。

3.4.6 壓力機

研究採用之儀器為日本誠研社（SEIKEN）所製之三軸壓縮試驗裝置，為齒 輪式應變控制，加載速度分為三種不同速度分別為0.012mm/min、0.102mm/min 及1.06mm/min，耐荷重為 10 kN。