齡化效應(Aging Effect)

由上述討論可以知道時間對於砂土之影響性，因此對於此一效應稱之 為「齡化效應(Aging Effect)」。所謂「齡化效應(Aging Effect)」是指在新 鮮沉積或受到擾動之砂土層，隨著時間的慢慢變遷，其孔隙或密度不改變

的情況下，強度會慢慢增加。Durante and Voronkevich(1955)就曾發表在堤 岸附近以水力方式填築之砂土層在不改變密度的情況下，其剪力強度會慢 慢增加。為了探究為何不改變砂土孔隙與應力情況下，時間增加會影響砂 土強度，以下將回顧過去所作之研究。

Mitchell and Solymar(1984)研究砂土層經夯實過後，其貫入阻抗隨時間 增加情況，曾提出三點可能之原因：第一可能為震動夯實時，造成飽和砂 土層內之孔隙水壓升高，因此隨時間增加孔隙水壓消散使砂土貫入阻抗增 加。第二為當使用爆炸夯實法(blasting densification)改善砂土層時，會使得 砂土內孔隙充滿氣體，待時間增加氣體消散，貫入阻抗隨即增加。第三則 為時間增加使得砂土顆粒與顆粒間孔隙沉澱出鹽類，如二氧化矽、石英或 其他不規則結晶體，造成砂土顆粒與顆粒間類似凝聚力作用膠結著，所以 強度逐漸增加。最後Mitchell and Solymar(1984)也認為第三點原因，也就是 鹽類的結晶沉澱可能為其最主要的原因，但因其太過複雜，故只能以目前 的觀測認定之。

Mesri et al.(1990)、Schmertman(1991)與馮道偉(1993)研究中認為砂質地 盤密實改良後其貫入阻抗隨時間增加而增加，此種時間效應的合理機制可 能原因有二：第一為砂顆粒在二次壓縮歷程中連續重新排列，即使是微量 之轉動，亦足以讓砂顆粒之粗糙表面互鎖作用增加及砂顆粒間之幾何干擾 度提高，因此砂質土之摩擦阻抗隨時間之增加而增加。第二則是有效水平

應力隨時間增加而增加，因此造成砂顆力互鎖作用增加使得摩擦阻抗增 加。另外Schmertman(1991)也提出乾的砂土也會有此種效應產生，不僅僅 於飽和砂土。

Joshi et al.(1995)分別採用兩種不同性質砂土並置於三種不同環境下進 行室內實驗，其結果發現不論砂土處於乾狀態、浸於蒸餾水或浸於海水中，

貫入阻抗均隨時間增加。然而若是只有水的作用產生齡化效應，則浸於蒸 餾水與海水之砂土應屬相同，但浸於海水中之砂土最後強度較高。再者經 由顯微鏡的觀察(如圖2-21)便可清楚看見砂土顆粒孔隙存在鹽類且包覆整 個顆粒。故Joshi et al.(1995)認為齡化效應主要因素在於鹽類的結晶析出而 導致。Baxter and Mitchell(2004)以三種不同液體浸泡於鬆砂與緊砂中，並 探討時間與剪力模數、導電度、化學礦物的產生以及貫入阻抗之關係。研 究結果顯示剪力模數會隨著時間增大，且受到孔隙水溶液性質的影響會有 不同結果，導電度也同樣有此趨勢。至於化學礦物的產生與貫入阻抗在此 研究中並不明顯，其原因可能為室內試驗無法完全模擬現地情況，且其經 歷時間僅118天，較不容易看出變化情形。

綜合以上結論，顯然可以得知新鮮沉積之砂土在不改變孔隙比情況 下，其強度會隨時間而增加，造成此現象大致可歸納兩個原因：

第一為力學機制，也就是砂土顆粒在二次壓縮歷程中重新排列，使得 砂顆粒表面互鎖作用增加，而導致砂土強度增加(Mesri et al. 1990；

Schmertman 1991；馮道偉 1993)。

第二則為化學機制，也就是砂土孔隙中沉澱結晶出鹽類，使其產生類 似黏土之凝聚力效果，因此強度增加(Mitchell and Solymar 1984；Joshi et al.

1995；Baxter and Mitchell 2004)。

圖2-21 新鮮沉積之砂土與不同環境齡化效應後之顯微鏡圖 (a)新鮮沉積之砂土(b)乾砂(c)浸於蒸餾水之砂土(d)浸於海水之砂土

(Baxter and Mitchell，2004)

不論真實原因為何，齡化效應對於本研究日後探討砂土層壓縮性時勢 必應將其考慮。另外根據Baxter and Mitchell(2004)研究剪力模數會隨時間 而增加(亦即土壤剪力波速會隨時間增加)，使得本研究嘗試利用現地剪力 波速與室內剪力波速比對之方式有顯著的影響，故日後分析上也需將其考 慮之。