顆粒組構對砂土強度的影響

由於現地非擾動砂土取樣相當困難，室內重模砂土試體製作方式就 顯得較為容易。不同的試體製作方式，各有其優缺點，必須依照砂土的 特性、儀器的種類或模擬現地土壤的狀態等條件而決定試體的準備方 式。根據Tatsuoka et al. (1986) 、Ishihara (1993) 、Amini et al. (2000) 以 及Yamamuro and Wood (2004) 等文獻記載，可以整理出曾經使用過重模 試體的製作方式如下：

z 乾置法（Dry Deposition, DD）和氣落法（Air Pluviation, AP）：

乾置法是將乾的砂土置於漏斗內，等速拉起漏斗將砂土落至模內，

並且注意漏斗底部與砂層頂部接觸，敲擊模具外圍，以得到所要求之緊 密度；接著用10~20kPa 真空吸力使試體保持自立，通入二氧化碳後進行 透水排氣（flush），然後加壓飽和。當排氣與加壓飽和時，需加以注意 與記錄體積之變化，以求得試體的初始緊密度（壓密前）；氣落法和乾 置法不同處，在於漏斗底部與砂層頂部保持著某一定高度，高度的大小 取決於所要求之緊密度。

z 濕夯法（Moist Tamping, MT）和濕震法（Wet Vibration, WV）：

濕夯法是將砂土事先混合除氣水，使其含水量約8%，然後分層將砂 土置入模具內，每層利用夯錘夯實至要求之緊密度；經夯實之緊密試體 因含有少量水分造成負孔隙水壓，導致試體本身能夠自立，通入二氧化 碳後進行排氣，然後加壓飽和，排氣與加壓飽和時，需加以注意與記錄 體積之變化，以求得試體真正的初始緊密度（壓密前）；濕震法與濕夯 法最大不同處，在於夯實試體的方式，濕震法不是直接夯實試體，而是 利用試體本身的自重與震動模具外圍的方式，以達到要求之緊密度，其 混合砂土的含水量可以比濕夯法大一些。

z 水 中 沉 降 法 （ Water Sedimentation, WS ） 和 泥 漿 沉 降 法 （ Slurry Deposition, SD）：

水中沉降法是先將除氣水置於模具內，利用漏斗將乾的砂土 分層經 由除氣水逐漸沉澱，每層視試體情況靜置 20 min~24 hr，等到水澄清為 止，需注意漏斗底部與水面的距離不應太大，保持約 1~3 mm，可利用木 鎚於模具外輕敲，以達到要求之緊密度；泥漿沉降法和水中沉降法最大 不同處，在於泥漿沉降法不分層製作試體，一次將土樣置於容器中加除 氣水混合，當試體充分混合後，將容器放入模具內並迅速將容器抽出，

僅留下試體於模具內，利用木槌在模具外輕敲，以達到要求之緊密度。

表 1-4 為上述六種試體製作方式之簡略比較。

表1-4 重模試體製作方式之比較（修改自蔡明道, 2002）

試體製作方式 乾置法 氣落法 濕夯法 濕震法 水中沉降法 泥漿沉降法

製作時間 快 快 快 快 慢 慢

試體狀態 乾 乾 半濕 半濕 全濕 全濕

試體特性 粗細均勻 粗細不均勻 粗細均勻 粗細均勻 粗細不均勻 粗細不均勻

分層製作 需分層 可不分層 需分層 可不分層 需分層 可不分層

緊密控制方式 敲打模具 霣落高度 夯實控制 敲打模具 敲打模具 敲打模具

緊密度範圍 中 中-高 低-中-高 低-中-高 中 中

排氣的程序 需要 需要 需要 需要 不需要 不需要

試體自立方式 抽氣自立 抽氣自立 試體可自立 試體可自立 試體可自立 試體可自立

製作的技術性 簡易 簡易 簡易 普通 技術性高 技術性高

1.顆粒組構對不排水剪力強度的影響

由以往學者們的研究得知，不同的重模試體製作方式，所量得強度 會略有不同，主要原因是不同的重模試體製作方式，其砂土組構並不完 全相同所致。

Zlatovic and Ishihara (1997) 分別以 Lagunillas 砂質粉土 (DD、MT 與 WS 法)、Dagupan 粉土質砂土 (DD 與 MT 法) 以及 Tia Juana 粉土質砂 土 (DD 與 WS 法) 的重模試體進行不排水剪力試驗，結果在相同的孔隙 比與有效圍壓條件下，疏鬆砂土不論何種試體準備方式其尖峰剪力強度 (peak strength) 均相似，但超越尖峰剪力強度後之殘餘強度 (residual strength) 則顯示 WS>DD>MT 法。

Yamamuro and Wood (2004) 曾以 Nevada 50/200 砂土在相同的非塑 性細料含量 FC=20%，以及相同的孔隙比進行試驗，發現水中沉降法 (WS) 呈現膨脹性行為或較為穩定，其剪力強度較大；反之，乾置法 (DD) 則 呈現壓縮性行為或較為不穩定，所以剪力強度較小。Yamamuro and Wood (2004) 對試驗所使用之砂土進行顯微照相，觀察土壤顆粒組構間的關係 並以微觀的觀點對顆粒組構加以探討，圖 1-7(a)表示 WS 法所形成的顆粒 組構型態，由於 WS 法試體製作方式使得粗顆粒與粗顆粒間得以接觸 (large–to–large, L–L)，所以試體在受剪後能夠呈現較為穩定的反應，而且 也展現出較大的剪力強度；然而，由 DD 法所製作之試體製作方式卻使

得粗顆粒與粗顆粒分離，其間夾雜細顆粒與孔隙，顆粒間的接觸方式如 圖1-7(b)所示，因為大小顆粒接觸 (large–small–large, L–S–L)以及孔隙的 關係，所以試體在受剪後呈現較不穩定的反應，其剪力強度也較小。

2.顆粒組構對砂土抗液化強度的影響

Tatsuoka et al. (1986) 研究結果指出氣落法、濕夯法、濕震法和水中 沉降法等四種方法所製作之試體有不同的抗液化強度，其中以濕震法強 度最高，其次依序為濕夯法及水中沉降法，而以氣落法強度最低。

Mulilis et al. (1977) 曾採用 Monterey No.0 砂，分別以濕夯法與氣落 法進行動態三軸試驗，結果顯示在相同的有效圍壓以及相對密度狀況 下，濕夯法的抗液化強度高於氣落法。

Amini et al. (2000) 使用 Ottawa 20-30 砂混合低塑性細料製作各種不 同細料含量的均勻（Uniform）試體和分層（Layered）試體，並且以各種 不同有效圍壓進行動態三軸試驗，結果顯示兩種方法所製作的試體其抗 液化強度差別並不大，其中以濕夯法方式來代表均勻排列的試體，以水 中沉降法方式代表分層排列的試體。

L L

Theorized that stable behavior is due in part to a greater presence of large-to-large(L-L)

grain contacts

Corresponding Particle Structure

L L

Theorized that temporary liquefaction may result from a significant presence of large-small-large(L-S-L)grain contacts

as undrained shearing begins

Corresponding Particle Structure

L-S-L

L-S-L L-S-L

(a) 水中沉降法 (WS) 試體顆粒組構 (b) 乾置法 (DD) 試體顆粒組構 圖 1-7 不同試體製作方法之顆粒組構 (Yamamuro and Wood, 2004）

1.3.2 細料含量對砂土強度的影響