率定試驗規劃

率定試驗主要欲透過室內物理模去了解土壤-纜線-灌漿材料三 者受剪時之互制行為，並找出一適用於軟弱土壤監測之纜線，提昇地 層滑動感應的靈敏度；探討灌漿是否有效地將地滑趨動力傳給纜線，

提出現地安裝適當的灌漿方式；以相同纜線置於不同勁度之土壤下，

探討纜線之靈敏度以利進一步量化分析。

茲將上述所探討之因子進行試驗規劃如下列所述並整理如 圖 4.56所示。

1. 試驗變因規劃：

(a) 傳輸纜線種類(Cable Type)：邊坡滑動監測所使用之同軸纜線 直徑從 7.2mm至 22mm不等，阻抗以 50 或 75(Ω)歐姆為主，主要不 同處為纜線之外導體分有軟性(Braided)與硬性(Solid)兩類。本試驗所 使用之纜線種類為CommScope之P3-500 系列(硬性纜線)、QR-320(硬 性纜線)與RG-8(軟性纜線)三種纜線(如圖 4.57)，纜線種類之特性如表 4.3所示。三種纜線除了直徑不一外，外導體亦有軟性(Braided)與硬性 (Solid)之分.；此外，硬性纜線之外導體又分為有、無塑膠披覆。進行 本試驗主要為了解不同纜線於相同邊界條件下因受剪而產生的反射 訊號特性，試圖探討最適用軟弱土層之纜線。

圖4.56 試驗規劃

圖4.57 不同種類同軸纜線

(b) 有無灌漿材料(Grouting)：此試驗目的主要探討灌漿材料是 否有效地將外力傳遞至纜線，探討是否需要考慮灌漿材料與周圍土壤 的順應性，因此固定其它因子，以灌漿材之有無進行 QR-320(硬)與 RG-8(軟)纜線試驗。灌漿材料使用市面上常見之波特蘭水泥(Portland cement)第一型。為考慮現地灌漿之工作性，本試驗使用水與水泥的 比例為1:1(Water/Cement=1:1，重量比)，待拆模後以濕毛巾進行養護 至第三天再進行剪動試驗。

表4.3 不同纜線之種類特性

(MHz) Max.(dB/100m) 頻率

(MHz) Max.(dB/100m) 頻率

(MHz) Max.(dB/100m) 頻率

(MHz) Max.(dB/100m)

50 2.62 50 1.71 50 1.71 50 2.94

108 4 108 2.46 108 2.46 100 4.58

300 6.69 300 4.3 300 4.3 200 5.89

500 8.92 500 5.67 500 5.67 700 11.77

1000 12.76 1000 8.27 1000 8.27 1000 15.04

QR-320 JCAR 83

P3-500 CA 107

P3-500 JCA 141

(c) 不同勁度之外填材料(Soil Stiffness)：本試驗配置主要探討纜線於不 同勁度土壤中之靈敏度，以利進一步量化分析。外填材料為外填材料為渥 太華砂(Ottawa sand, 簡稱為 M1)、細礫石(fine gravel，簡稱為 M2)兩種材料，

並分別加以不同圍壓應力去代表軟、中與硬之材料。試驗時，控制每次相 285.21kN/m²(圍壓力=1760 kg)與 142.6 kN/m²(圍壓力=880 kg)，以渥太華砂 而言，試體所模擬之現地深度約為17.4m左右；此外，若對應國際岩石力學 學會(ISRM)對於地質材料之分類(圖 4.58)，本試驗配置外填材料之勁度以渥 太華砂而言約介於硬粘土(Stiff Clay)與結實粘土(Firm Clay)之間。

Very

Soft Soft Firm Stiff Very Stiff Hard

Clays

Rocks

Extremely Weak

Very Weak Weak

Med.

Strong Strong Very

Strong

Extremely Strong

單壓強度，MPa

圖4.58 ISRM 之地質材料分類(Johnston,1993)

2. 試驗準備：試體製作分為兩部分：一為水泥漿試體內包覆同軸纜線；

二為水泥漿試體外之外填材料，製作過程如下所述：

(a) 水泥漿試體包覆同軸纜線：試體係以直徑(內徑)為 5cm之PVC管為 外模，將試驗用之同軸纜線外部以工業酒精擦拭後置於PVC管正中央並固 定，以水泥與水(W/C，重量比)之配比攪拌均勻灌入PVC模內，如圖 4.59所 示；待水泥乾凝之後進行拆模，拆模後將試體修剪為長度約50cm，並以濕 毛巾裹住水泥試體進行養護(如圖 4.60所示)，從灌模至養護期共三天。

圖4.59 水泥-纜線複合材料製作過程

(b) 外填材料：外填材料為細礫石(Fine Gravel)、渥太華砂(Ottawa sand)，其基本物理性質與粒徑分析如表 4.3與圖 4.61所示，其中粗砂有 77.6%

累積停留於 4 號篩，依AASHTO對粒徑大小分類屬細礫石(Fine Gravel)。試驗 時將養護完成之水泥漿試體(含同軸纜線)置於剪力盒中間，控制每次外填材 料重量約略一致。外填材料約分三層夯實，夯實完畢後再以上蓋鎖緊再加 上預定施加之圍壓應力。

圖4.60 水泥養護過程

Ottawa sand Coarse sand

U. S. Standard Sieves Hydrometer

Gravel Coarse

Sand Medium Sand Fine Sand Silt Size Clay Size

圖4.61 土壤種類粒徑分佈曲線

3. 試驗流程：試驗流程如圖 4.62所示。茲將試驗步驟敘述如下：

圖4.62 試驗流程圖

(a)試體準備：將水泥-纜線試體置入剪力盒內，以固定土壤重量方式將 外填材料分次夯實；另外將上、下盒與擋板接觸處塗抹黃油，剪少擋版與 剪力盒之摩擦力。

(b)擷取器與顯示器架設：將位移計與剪力、圍壓應力之 Load cell 連接 顯示器並將量測值歸零。

(c)圍壓應力：待試體重模完成後，施以一固定應力並記錄。

(d)TDR 初始波形量測：將纜線與 TDR 1502C 連接，利用交大自行研 發之擷取程式記錄TDR 初始反射訊號。

(e)剪動：以每次約 1mm 之位移量剪動，每剪動一次記錄位移量、剪動 力與TDR 反射訊號，待剪力盒相對位移達 100mm 時試驗即停止。

(f)拆試體：將剪力盒解開以了解水泥試體與纜線因剪動而變形之模式。