第三章 試驗結果與討論
3.1 昇福坑之試驗結果
3.1.4 不飽和排水三軸試驗結果
不飽和排水三軸試驗總共進行4 組(如表 3-7)，試體之各控制條件 與飽和三軸試驗相同，試體最大粒徑為25.4mm，乾密度為 1.83t/m3； 另外，為引用飽和三軸之試驗結果，固定本試驗之有效圍壓(σ3 −
u
a) 為98.0kPa，並施加基質吸力(u
a −u
w)分別為 20kPa、60kPa、120kPa、200kPa。試體之剪動速率為 0.03mm/min，剪動過程中允許排水、排氣，
可得試驗結果如下：
(1) 應力應變曲線
圖3-10 為試體在有效圍壓 98.0kPa 下，施加不同基質吸力所得之 軸差應力─軸向應變曲線。由於軸差應力-軸向應變曲線並無明顯之尖 峰值，因此視軸向應變達15%時之應力態為試體破壞時之應力態。由 圖中可發現：
(a) 在固定有效圍壓的狀況下，試體破壞之軸差應力會隨著基質吸力之 增加而增加。
(b) 在不同的基質吸力作用下，其應力-應變曲線大致呈現相同的趨 勢；即軸差應力在開始時有明顯的上昇，於軸向應變約達 3%時形 成一轉折點，但此轉折點不甚明顯。而在轉折點後，隨著應變增加，
軸差應力持續增加，呈現出應變硬化之現象；整體而言，本試驗曲 線與飽和壓密不排水試驗的結果略有差異。
(c) 試體破壞時之軸差應力整理如表 3-8，由表中可發現隨著基質吸力 之增加，試體破壞時之軸差應力雖然也跟著增加，但增加的幅度卻 有減少之趨勢，其原因與土壤之水分特性曲線有關；在基質吸力小 時，試體之飽和度下降很快，含水量差別較大，但是當基質吸力較
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大時，土壤之飽和度卻差別不大，故因而造成基質吸力雖然增大許 多，但試體破壞時之軸差應力卻變化不大的實驗結果。
(2) 不飽和土壤剪力強度參數之決定
(a) c'、ψ’─決定有效凝聚力 c’與有效摩擦角ψ’為定義不飽和土壤剪力 強度參數之第一歩。由廣義莫爾庫倫破壞包絡面(圖 3-11)可得知，
欲決定 c’與ψ’，須先固定基質吸力。因此，乃利用飽和壓密不排 水三軸試驗之結果(基質吸力為零)，可得 c'與ψ’分別為 9.6kPa 及 30.2°。
(b) ψb─經由固定有效ψb 圍壓(σ-ua)，改變基質吸力(ua-uw)來決定ψb (圖 3-11)。其具體做法是將不同基質吸力作用下之莫爾圓投影到(σ- ua)-τ 平面上，以斜率等於tanφ 之直線切於莫爾圓，截距即為此基' 質吸力作用下之土壤總凝聚力(total cohesion)；而由不同之基質吸力 與其所對應之總凝聚力進行迴歸分析，可求得ψb，如圖3-12 所示。
因此，根據以上兩原則，可得不同基質吸力作用下之莫爾圓，如 圖 3-13 所示，而將試體破壞時之莫爾圓投影於淨正向應力-剪力強度 平面後，可得結果如圖3-14；其截距即為土壤之總凝聚力，整理如表 3-9。
(3) ψb之迴歸分析
圖3-15 為土壤總凝聚力與基質吸力線性迴歸之結果，可發現相關 性並不佳；若改採用二次式來迴歸(圖 3-16)，則相關係數可高達 0.99。
這也說明了在土壤剪力強度的關係常呈現出非線性的行為。Ho 和 Fredlund(1982)也驗證了這點。
因此，整理各組基質吸力所對應之ψb，如表3-9 所示，並採用非
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由於不飽和剪力強度試驗試驗費時與量測不易，因此Vanapalli 等 人 (1996)便發展了一套經驗式，以飽和土壤之剪力強度參數（c'、ψ’）
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將本試驗所得土壤水分特性曲線中之相關資料及剪力強度參數ψ’帶 入經驗式中，可得下式：
186 . 0 024 . 0
tan
φ
b =θ
− (3-5)將試驗所得結果與經驗公式(3-4)式進行比較，結果如圖 3-18。圖 上顯示各試驗資料點與經驗公式有很大的誤差，如果將經驗公式所得 之tan