飽和均向壓密不排水三軸試驗結果

本節主要探討在等重量替代法的級配條件下，模擬材料於不同圍 壓下之力學行為，其中包括應力－應變曲線、應力路徑及孔隙水壓激 發情形；試驗結果整理如表3-1，並討論如下：

3.1.1.1 圍壓的影響

(1) 應力與應變關係

(a) 昇福坑土樣之試驗結果如圖 3-1 所示，整體而言，其軸差應力均隨 圍壓增加而增加。

(b) 如圖 3-1 所示，在不同的圍壓下，軸差應力之轉折點約在軸向應變 達 2%前發生；而後隨著軸向應變增加，呈現出部分應變硬化 (strain-hardening)的行為，直到試體軸向應變達 15%，此種趨勢仍未

１３

停止。軸差應力在經過轉折點後，爬升行為並不明顯，僅隨著應變 之增加而緩慢增加。

(2) 孔隙水壓激發情形

(a) 孔隙水壓對軸向應變之關係如圖 3-2 所示，整體而言，所激發孔隙 水壓之大小均隨圍壓增加而增加。

(b) 如圖 3-2 所示，初始圍壓大者，其所激發之孔隙水壓值越高，且達 相位轉換狀態所需之軸向應變愈大，這個情形在圍壓愈大時愈明 顯；所謂相位轉換點是指激發水壓不再有明顯變化之點。

(3) 應力路徑圖

(a) 昇福坑土樣試驗之應力路徑如圖 3-3 所示；在不同圍壓的條件下，

其最後之破壞包絡線仍趨於一致。Mohamad 及 Dobry(1986)藉由 Castro (1969)之試驗資料(如圖 3-4)，比較相同孔隙比之 Banding 砂 在不同圍壓作用下，試體編號1、2、3 分別表現出壓縮、部分壓縮 以及膨脹三種不同的力學行為，但其破壞包絡線最終仍趨於一致；

本試驗結果與其相近。

(b) 將試驗結果與 Castro 之試驗資料(如圖 3-5)作比對，可發現昇福坑 土樣之行為與Castro 試驗資料中的 2 號試體較接近，在土樣收壓至 轉折點(elbow)後，試體開始約略有膨脹的趨勢，但不明顯；此一轉 折點在應力路徑圖中各曲線都可發現。將此轉折點對應至孔隙水壓 變化與軸向應變關係圖中，約略是孔隙水壓曲線之相位轉換點。

綜合以上試驗結果，軸差應力之轉折處與孔隙水壓的相位轉換點 (或曲線斜率之變換點)大致相同；在應力-應變曲線中，軸差應力並無 明顯的尖峰值，故依 ASTM D4767-88 中之建議，取軸向應變 15%時

１４

之應力態繪製莫爾圓，如圖3-6 所示。

3.1.1.2 粒徑分佈改變的影響

由於昇福坑試體具有一定程度之消散性，故在進行飽和均向壓密 不排水試驗後，將土樣重新進行篩分析，可得圍壓 156.8kPa、196kPa 兩組試驗後的試體粒徑分佈，如表3-2 所示。

由表 3-2 可發現，在試驗後土樣的粒徑分佈有明顯的改變，土樣 在4 號篩以上的比例下降約 9%，介於 4 號篩至 200 號篩的比例減少約 2%~3%，而小於 200 號篩的比例則增加約 10%~12%，整體粒徑的曲 線向下移動。當圍壓愈大，級配改變的比例也略為增加。

造成粒徑分佈改變的原因，推測為下列幾個因素：

(1) 夯實時造成礫石破碎 (2) 剪動時造成礫石破碎

(3) 土壤飽和浸水後，土壤有消散的行為

經由試驗中觀察夯實或是剪動造成之破碎主要以顆粒較大的礫石 為主，破碎後之粒徑皆約大於10 號篩，另外，小於 200 號篩增加之部 分為主，改變的原因，推測以(3)為主。

土壤粒徑改變會影響模擬現地的符合度，不過也反應出現地之土 石材料特性；當現地土壤遇到降雨入滲使其處於潮濕狀態時，土壤的 消散行為可以反應出土壤遇水弱化的程度與結果。

3.1.1.3

在最大粒徑 25.4mm 之級配條件下，對試驗所得之莫耳圓進行迴

１５

歸，可得有效內摩擦角ψ'為 30.2^o，有效凝聚力c’為 9.6kPa，如表 3-1 所示。因凝聚力所提供之強度已接近 10kPa，對土壤之力學性質已有 明顯的影響。