4-1 模擬材料試驗結果
模擬材料之力學試驗結果與黃國彰(2004) 及鄭富書(1994) 建議值範圍列於表 4-1 及表 4-2，其模擬參數為：泊松比(ν)約為 0.22、模數比(E/σc) 約為 327、強度比(σc/σt)約為 15.4、
基本摩擦角(ϕb)約為 33°及單軸壓縮試驗之應力應變曲線特性，均符合模擬岩石之要求，故 本文所採用的石膏石材料之力學行為類似軟弱岩石。
表4-1 模擬岩石材料參數 (整理至黃國彰，2004) 一般自然岩石
材料性質 模擬參數 本研究實驗數據
強度比（σc /σt） 10~20 15.4 模數比（E/σc） 200~1000 327
柏松比（ν） 0.11~0.46 0.22 基本摩擦角（ϕb） 25°~40° 33°
表4-2 軟弱岩石材料性質(鄭富書等人,1994)
軟岩材料性質 範圍 模擬材料性質
強度比 5-20 15.4
模數比 50-300 327
包松比 0.2-0.45 0.22
單壓破壞應變 0.3%-2% 0.82%
4-2 單壓雙裂縫試驗結果
單壓試驗配置圖如圖4-1，其中 a 為裂縫間距，w 為試體高度，B 為寬度，c=B/2 為裂 縫長度。裂縫預期從兩尖端發展至貫通整個，試驗時施加單向均佈壓力於試體兩端，並分 無圍束及具圍束作用這兩類邊界狀況。
σ σ
σ σ
圖4-1 試體模型及試驗加載狀況示意圖 4-2-1 試體厚度效應
為測試較佳的試體厚度，將其設計範圍定為：30mm、50mm、75mm 進行單軸雙裂縫 試驗，發現各厚度之平均剪力強度十分接近，其中平均剪應力定義為試體破壞載重除以兩 裂縫間之截面積。試體破壞如圖4-2(a)(b)(c)。
由圖 4-2(a)、圖 4-2(b)，發現當試體厚度為 30mm、50mm 時，破壞由兩裂紋尖端開始 擴展，終至直線貫穿試體，評估試體為受壓狀況下的剪力破壞；試體厚度超過70mm 時(圖 4-2(c))，破壞路徑並非直線，且呈現兩道曲線之形狀，此是受到張力的影響所導致。為儘 量避免試體厚度太薄，造成試體裂紋尖端塑性區太大所造成韌度值過大，故選擇試體厚度 為50mm。
(a)試體厚度為 30mm (b)試體厚度為 50mm (c)試體厚度為 75mm
4-2-2 無圍束作用試驗結果
利用不同裂紋間距比 a/w=0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.4，進行單壓雙裂縫試驗，圖 4-3 試體破壞情況。發現當裂縫間距比大於 0.4 時，其破壞路徑會沿側向發展，判定為張力破 壞。故最後歸納出裂縫間距比的範圍值為0.3 以下。
(a) a/w=0.1 (b) a/w=0.15 (c) a/w=0.2
(d) a/w=0.25 (e) a/w=0.3 (f) a/w=0.4 圖4-3 試體各裂縫間距比破壞情況
4-2-3 具圍束作用試驗結果
利用不同裂紋間距比 a/w=0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.4，進行試驗，圖 4-4 具圍束試 體破壞情況。發現剪力破壞狀況的間距比範圍縮小至0.25 以下，間距比超過 0.3 則出現張 力破壞。而具圍束作用試驗相當穩定，成功率較無圍束高。
(a) a/w=0.1 (b) a/w=0.15 (c) a/w=0.2
(d) a/w=0.25 (e) a/w=0.3 圖4-4 試體各裂縫間距比破壞情況
圖 4-5 為兩類試驗之平均剪應力與裂紋間距比之關係，由圖可知破壞平均剪應力均發 生於間距比為0.25 的狀況下。故本試驗的最佳間距比為 0.25，此間距比可得最大剪應力。
依據庫侖定律，試體中兩裂紋尖端中間區域此時受到的正向壓力最大，如此最能避免破壞 面的張力破壞。
0 1 2 3 4 5 6
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
裂縫間距比(a/w)
平均剪應力(MPa)
無圍束作用的單壓雙裂縫試體 具圍束作用的單壓雙裂縫試體
圖4-5 兩類試驗之平均剪應力與裂紋間距比之關係
4-2-4 試體受溫度效應的影響
將一組裂縫間距比為 0.25 之試體，置入烤箱內以 60°C 烘拷一天後，進行單壓雙裂縫 試驗。最後將結果與室溫養護之試體做比較，如圖 4-6 所示。發現烘箱養護後試體剪力強 度反而會降低6.85%。可能原因有：
(1) 高溫使石膏加速化學式的反應，造成石膏內部空氣來不及排出，而形成孔隙，如圖 4-26 所示。使石膏強度降低。
(2) 高溫有可能導致破壞石膏內部結晶水與鍵結減弱，造成強度降低。 由 Indraratna（1990）
研究發現石膏養護溫度不可超過50℃，否則會降低試體強度。本試驗證實了具裂縫的石膏 亦符合此論點。
(a)以室溫養護下之試體 (b)以 60°c 烘烤過後之試體 圖4-6 試體破壞面檢視