廢棄掩埋場現地試驗與三維穩定分析
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(2) 廢棄掩埋場現地試驗與三維穩定分析 In-Situ Tests on Municipal Solid Wastes and 3-D Slope Stability Analysis. 研 究 生：范佐憲. Student: Tso-Hsien Fan. 指導教授：單信瑜 博士. Advisor: Hsin-Yu Shan. 國 立 交 通 大 學 土 木 工 程 研 究 所 碩 士 論 文. A Thesis Submitted to Institute of Civil Engineering College of Engineering National Chiao Tung University in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Science in Civil Engineering. August 2007 Hsinchu,Taiwan,Republic of China. 中華民國九十六年八月.
(3) 廢棄掩埋場現地試驗與三維穩定分析 學生：范佐憲. 指導教授：單信瑜 博士 國立交通大學土木工程研究所 摘要. 雖然台灣的廢棄物處理逐漸以焚化取代掩埋，然而無論是不可燃 的廢棄物、焚化灰渣、或者是離焚化場運距較遠的鄉鎮，仍將繼續以 掩埋為其主要的處理方式。台灣因為地狹人稠，所以許多掩埋場位於 山坡地上，這些掩埋場破壞的可能原因就是在掩埋場的設計時，並未 進行嚴密的邊坡穩定分析；在營運期間也並未考量到穩定性的問題。 本研究的目的在於利用現地試驗，直接求出廢棄物的剪力強度，並利 用這些參數進行邊坡穩定分析。 結果顯示，竹南及湖口掩埋場的強度參數內聚力(c)、摩擦角(φ) 分別為 34.9 kPa、37.9°以及 33.6 kPa、32.1°，竹南掩埋場的廢棄物雖 然含有較高比例之一般事業廢棄物，其剪強度參數與湖口掩埋場所得 之結果略高。另外以平鈑載重試驗求得的地盤反力係數(kv)為 875.25 kN/m3 與 494.33 kN/m3。在邊坡穩定分析方面，二維與三維的分析結 果均顯示邊坡滑動的安全係數隨界面剪力強度降低、廢棄物填埋高度 增加、填埋體長度減少而減少。二維與三維分析結果比較，開口型的 掩埋場三維分析所得之邊坡滑動安全係數較二維者低，且二者間之區 別隨開口之角度增加而減少。 關鍵詞：一般廢棄物，掩埋場，現地試驗，邊坡穩定. I.
(4) In-Situ Tests on Municipal Solid Wastes and 3-D Slope Stability Analysis. Student：Tso-Hsien Fan. Advisor：Hsin-Yu Shan. Institute of Civil Engineering National Chiao Tung University. Abstract Due to the limitation of population density and availability of land, a large portion of Taiwan’s landfills are located in mountainous area. Current regulations do not require slope stability analysis for these landfills. As a result, almost all of the landfills were not designed to maintain a suitable factor of safety against failure. The composition of Taiwan’s solid waste differs considerably from that of the United States or any other country in the world. However, the lack of data of local solid waste poses a great limitation to engineers. The objectives of this research are to collect shear strength data from in-situ tests and perform a series of stability analyses. The results show that the cohesion and friction angle of the MSW at Chu-nan and Hu-kou landfills are 34.9 kPa and 37.9°, 33.6 kPa and 32.1°, respectively. In addition, the coefficients of sudgrade reation are 875.25 kN/m3 and 494.33 kN/m3, respectively. Results of 2-D and 3-D slope stability analyses show that the factor of safety increases with lower height of wastes, longer length of waste body, smaller slope angle of the back of the excavation, and steeper face slope of final cover. In addition, 3-D analysis indicates that the factor of safety decreases with the widening of the mouth of the landfills on slopes. Keywords: Municipal solid waste, Landfill, In-situ test, slope stability. II.
(5) 誌謝 兩年的研究所生活匆匆的過去，在此非常感謝指教授 單信瑜恩 師在這兩年期間，給予學生在論文研究、專業知識上的指導，幫助學 生突破瓶頸以及及獲得學識上的成長，除了在學識的長進之外，老師 也非常關心學生平日的生活，與學生的溝通與互動關係餘裕，在此致 上萬分敬意。 求學期間，承蒙方永壽教授、潘以文教授、廖志中教授、黃安斌 教授、林志平教授等，給予學識上的指導，在此致上萬分敬意。 口試期間，良受廖文彬教授、賴俊仁教授、劉家男教授給予本論 文指導與建議，使得本文更加完善，於此由衷感謝。 研究期間，幸蒙實驗室學長文俊、維良，同學昱雲、佩萱以及學 弟政輝在各方面的協助，也感謝中毅土壤顧問公司黃政川先生在現地 試驗方面的支援，還有一群總有聊不完話題，夜夜高談闊論的室友， 另外陪我在球場上揮灑汗水以及吃喝玩樂的同學，真是謝謝你們，讓 我在這兩年過的很充實也很快樂。 最後感謝家人對我的栽培，謝謝你們的鼓勵與支持，僅以此文獻 給我最親愛的家人。. III.
(6) 目錄 摘要............................................................................................................. I 英文摘要.................................................................................................... II 誌謝...........................................................................................................III 目錄.......................................................................................................... IV 表目錄..................................................................................................... VII 圖目錄...................................................................................................... IX 第一章 續論...............................................................................................1 1.1 研究背景......................................................................................1 1.2 研究動機與研究目的 .................................................................1 1.3 章節概述與研究流程 .................................................................2 第二章 文獻回顧.......................................................................................5 2.1 基本概念......................................................................................5 2.1.1 掩埋場構築型式 ..............................................................5 2.1.2 掩埋場設計之主要構件 ..................................................6 2.1.3 破壞模式分析 ..................................................................9 2.1.4 廢棄物邊坡穩定之要求 ................................................12 2.1.5 垃圾層邊坡穩定參數求取困難處 ................................14. IV.
(7) 2.2 廢棄物組成 ...............................................................................14 2.3 廢棄物工程性質 .......................................................................20 2.3.1 廢棄物單位重 ................................................................20 2.3.2 廢棄物剪力強度 ............................................................24 2.3.3 地工合成材界面剪力強度 .............................................29 2.4 廢棄物承載力 ...........................................................................31 2.5 CLARA-W 程式之邊坡穩定分析方法.....................................32 2.6 常見之邊坡穩定分析程式 .......................................................36 2.7 邊坡穩定之三向度效應 ...........................................................39 第三章 研究方法.....................................................................................42 3.1 掩埋場背景資料 .......................................................................42 3.1.1 竹南掩埋場背景資料 ....................................................42 3.1.2 湖口掩埋場背景資料 ....................................................42 3.2 廢棄物基本性質試驗 ...............................................................46 3.2.1 取樣地點 ........................................................................46 3.2.2 廢棄物單位重試驗 ........................................................46 3.2.3 廢棄物組成分類 ............................................................51 3.3 現地直接剪力試驗方法 ...........................................................51 3.4 平鈑載重試驗方法 ...................................................................56. V.
(8) 3.5 邊坡穩定分析方法 ...................................................................59 3.5.1 CLARA-W 程式簡介......................................................59 3.5.2 研究分析流程 ................................................................62 3.5.3 程式分析結果輸出說明 ................................................68 第四章 結果分析與討論 ........................................................................70 4.1 廢棄物基本性質試驗結果 .......................................................70 4.1.1 單位重、含水比試驗 ....................................................70 4.1.2 垃圾組成試驗 ................................................................74 4.2 現地試驗結果 ............................................................................79 4.2.1 現地直剪試驗 ................................................................79 4.2.2 現地平鈑載重試驗 ........................................................83 4.3 CLARA-W 邊坡穩定分析結果.................................................84 4.3.1 湖口掩埋場邊坡穩定分析 ............................................84 4.3.2 模擬開口狀邊坡穩定分析 ............................................88 第五章 結論與建議 ................................................................................93 參考文獻...................................................................................................95 附錄.........................................................................................................101. VI.
(9) 表目錄 表 2-1 廢棄物組成成份單位重含水比(Tchobanoglous et. al., 1977)...21 表 2-2 廢棄物單位重（陳榮河, 1990; Sharma, 1990） .......................22 表 2-3 各國廢棄物單位重（Dixon and Jones, 2004）..........................23 表 2-4 廢棄物剪力強度值(Sadek and Manasseh, 2005)........................26 表 2-5 廢棄物剪力強度值 ......................................................................27 表 2-6 地工膜布與土壤介面剪力強度（劉家男，2004）..................30 表 2-7 地盤反力係數範圍 ......................................................................32 表 2-8 各種切片方法之比較（施國欽，2001）..................................33 表 4-1 單位重含水比試驗結果（湖口） ..............................................71 表 4-2 單位重含水比試驗結果（竹南） ..............................................71 表 4-3 單位重含水比試驗結果（竹南直剪試體）..............................71 表 4-4 單位重試驗結果（湖口） ..........................................................71 表 4-5 台灣地區廢棄物含水量(環保署，2005) ....................................73 表 4-6 湖口掩埋場廢棄物乾基組成 ......................................................76 表 4-7 竹南掩埋場廢棄物乾基組成 ......................................................77 表 4-8 竹南掩埋場廢棄物直剪試體乾基組成......................................78 表 4-9 現地平鈑載重試驗結果彙整表 ..................................................83. VII.
(10) 表 4-10 湖口掩埋場安全係數 ................................................................86 表 4-11 湖口掩埋場三向度效應 ............................................................86 表 4-12 安全係數表（δ=10°） ..............................................................91 表 4-13 安全係數表（δ=15°） ..............................................................91 表 4-14 安全係數表（δ=20°） ..............................................................91 表 4-15 三向度效應係數表（δ=10°） ..................................................91 表 4-16 三向度效應係數表（δ=15°） ..................................................91 表 4-17 三向度效應係數表（δ=20°） ..................................................92. VIII.
(11) 圖目錄 圖 1-1 台灣掩埋場分佈圖（環保署，2006）........................................2 圖 1-2 研究方法流程圖 ............................................................................4 圖 2-1 掩埋場類型 (a)平地掩埋；(b) 半挖半填掩埋；.......................6 圖 2-2 掩埋場示意圖 ................................................................................8 圖 2-3 有害事業廢棄掩埋場底部結構 ....................................................9 圖 2-4 覆蓋系統結構示意圖 ....................................................................9 圖 2-5 掩埋場破壞模式 ..........................................................................11 圖 2-6 英國一般固體廢棄物組成(Watts et al., 2002) ...........................19 圖 2-7 台灣一般固體廢棄物組成(環保署，2005) ...............................19 圖 2-8 歷年單位容積重之變化（環保暑，2005）..............................23 圖 2-9 固體掩埋物單位重深度曲線(Kavazanjian et al., 1995) ............24 圖 2-10 一般固體廢棄物強度歸納 (Singh and Murphy, 1990) ...........27 圖 2-11 固體廢棄物之剪力強度 (Kavazanjian et al., 1995) ................28 圖 2-12 固體廢棄物之剪力強度 (Eid et al., 2000)...............................28 圖 2-13 地工膜布之界面強度參 ............................................................31 圖 2-14 地工膜布張力與界面剪應 ........................................................31 圖 2-15 單一切片自由體圖 ....................................................................35. IX.
(12) 圖 2-16 單一切片自由體圖 ....................................................................36 圖 3-1 竹南掩埋場平面圖 ......................................................................43 圖 3-2 竹南掩埋場一景 ..........................................................................44 圖 3-3 竹南掩埋場每月平均垃圾量（94/7~96/6） .............................44 圖 3-4 湖口掩埋場平面圖 ......................................................................45 圖 3-5 湖口掩埋場一景 ..........................................................................45 圖 3-6 湖口掩埋場每月平均垃圾量（95/1~96/6） .............................46 圖 3-7 木製取樣盒 ..................................................................................49 圖 3-8 取樣過程 ......................................................................................49 圖 3-9 取樣過程 ......................................................................................50 圖 3-10 量取試體體積 ............................................................................50 圖 3-11 現直剪試驗試驗試體佈置示意圖 ............................................53 圖 3-12 試坑開挖 ....................................................................................54 圖 3-13 試體修飾及紮筋 ........................................................................54 圖 3-14 組裝模板及灌漿 ........................................................................55 圖 3-15 架設反力牆及加呆重 ................................................................55 圖 3-16 鋪上細砂並放置平鈑 ................................................................57 圖 3-17 架設載重台 ................................................................................58 圖 3-18 平鈑加壓系統 ............................................................................58. X.
(13) 圖 3-19 CLARA-W 使用範例 ................................................................61 圖 3- 20 CLARA-W 使用範例 ................................................................61 圖 3-21 CLARA-W 軟體使用範例 .........................................................61 圖 3-22 橢圓率示意圖 ............................................................................61 圖 3-23 分析流程圖 ................................................................................63 圖 3-24 頭份掩埋場（縮口狀） ............................................................66 圖 3-25 峨眉掩埋場（開口狀） ............................................................67 圖 3-26 剖面示意圖 ................................................................................67 圖 3-27 開挖底面圖 ................................................................................68 圖 3-28 最終掩埋面 ................................................................................68 圖 3-29 程式分析結果輸出圖形 ............................................................69 圖 3-30 程式分析結果輸出圖形 ............................................................69 圖 4-1 湖口掩埋場廢棄物狀態 ..............................................................73 圖 4-2 竹南掩埋場廢棄物狀態 ..............................................................74 圖 4-3 湖口掩埋場廢棄物乾基組成 ......................................................76 圖 4-4 竹南掩埋場廢棄物乾基組成 ......................................................77 圖 4-5 竹南掩埋場廢棄物直剪試體乾基組成......................................78 圖 4-6 現地直剪試驗應力應變圖（湖口） ..........................................81 圖 4-7 現地直剪試驗結果曲線圖（湖口） ..........................................81. XI.
(14) 圖 4-8 現地直剪試驗應力應變圖（竹南） ..........................................82 圖 4-9 現地直剪試驗結果曲線圖（竹南） ..........................................82 圖 4-10 平鈑載重試驗之解壓再壓曲線（湖口）................................84 圖 4-11 平鈑載重試驗之解壓再壓曲線（竹南） ................................84 圖 4-12 橢圓率 1 .....................................................................................87 圖 4-13 橢圓率 100 .................................................................................87 圖 4-14 湖口掩埋場剖面圖 ....................................................................88 圖 4-15 二維邊坡穩定分析結果圖 ........................................................88 圖 4-16 各種組合之安全係數 ................................................................92. XII.
(15) 第一章 續論 1.1 研究背景 民國 70 年以前，台灣沒有垃圾焚化爐，垃圾均以掩埋處理，但 目前只剩 175 座掩埋場（94 年底止）處於營運中（圖 1-1），並預訂 於 96 年以後，除偏遠地區外，垃圾將不進掩埋場，並且可能會全部 封閉。在 95 年完成 34 處垃圾衛生掩埋場，117 處掩埋場復育綠美化， 提升偏遠地區妥善處理率並增加公園綠地及民眾休憩場所，未來每一 縣市只保留一至二座垃圾掩埋場，主要是為了處理不可燃的廢棄物， 如沙發、辦公桌椅等巨大垃圾。 民國 90 年，坡面超過 50 度之竹東掩埋場崩塌，撐破底層不透水 布；95 年八里掩埋場走山，主要原因為大雨造成土石鬆軟、地下水 位上升，以及地面水流排放過多，台灣掩埋場破壞案例不勝枚舉，顯 示台灣的掩埋場穩定性仍存在著許多問題。 （聯合報，2006）. 1.2 研究動機與研究目的 雖然台灣的廢棄物處理逐漸以焚化取代掩埋，然而無論是不可燃 的廢棄物、焚化灰渣、或者是離焚化場運距較遠的鄉鎮，仍將繼續以 掩埋為其主要的處理方式。台灣因為地狹人稠，所以許多掩埋場位於 山坡地上，這些掩埋場破壞的可能原因就是在掩埋場的設計時，並未 進行嚴密的邊坡穩定分析；在營運期間也並未考量到穩定性的問題。 此外，在位於各地的數百座老舊掩埋場雖陸續封場，但長期穩定性仍 然是必須關切的問題。本研究的目的在於利用現地試驗，直接求出廢 棄物的剪力強度，並利用這些參數進行邊坡穩定分析。. 1.
(16) 圖 1-1 台灣掩埋場分佈圖（環保署，2006）. 1.3 章節概述與 章節概述與研究流程 本研究主要先搜集相關文獻，再以現地試驗求取的相關參數單位 重（γ）、內聚力（c）、摩擦角（φ）及極限承載力（qu）等進行歸納 探討，並利用 CLARA-W 邊坡穩定程式輸入適當的參數進行邊坡穩 定分析，其內容包含下列幾項，研究流程如圖 1-2： 2.
(17) （1） 蒐集相關文獻，其中包含垃圾強度參數、邊坡穩定方法及應用 程式、案例掩埋場竣工圖等。 （2） 選擇兩處掩埋場（湖口、竹南） ，利用現場直接剪力試驗與平鈑 載重試驗求取相關強度參數內聚力（c） 、摩擦角（φ）及極限承 載力（qu）等，以及現場採樣求取單位重、含水比等基本性質。 （3） 樣品於室內進行烘乾、稱重並計算含水量，同時進行垃圾組成 分類（乾基） 。 （4） 對封閉之（湖口）掩埋場部份進行測量，以及選擇以三維分析 會較二維分析安全係數為低的「開口型」幾何形狀進行假設。 （5） 利用 CLARA-W 程式輸入適當樣品資料，考量合理假設進而模 擬演算。 本論文分為五章，其內容分述如下： 第一章 續論。說明研究背景、動機、研究目的與內容。 第二章 文獻回顧。對前人研究與邊坡穩定之分析作介紹。 第三章 研究方法。說明現地試驗場址概況、基本性質試驗與現地試 驗的說明，並說明如何以邊坡穩定分析軟體作模擬與案例分 析。 第四章 結果分析與討論。為室內試驗及現場試驗之結果判讀及綜合 討論，針對判讀後合理之工程參數建議值，再進行模擬及案 例分析演算，進而評析演算結果。 第五章 結論與建議。針對本研究需要改進真缺失提出建議，已作為 後續研究之參考。. 3.
(18) 研究背景及目的. 文獻回顧. 現場測量. 現場採樣. 組成分析. 程式分析. 結果分析與討論. 結論與建議. 圖 1-2 研究方法流程圖. 4. 現地直剪及 平鈑載重試驗.
(19) 第二章 文獻回顧 2.1 基本概念 2.1.1 掩埋場構築型式 一般而言固體廢棄物掩埋場最主要的掩埋型式約可分為平地直 接掩埋、半挖半填掩埋與完全地下掩埋三種型態(Daniel, 1993)，前述 之掩埋場方法常用於廣大平原或地廣人稀處，尤其第三種方法在人口 稠密或是山地地區更是少見，在山地丘陵多的地區如台灣則常常利用 地形建造掩埋場，以下將台灣常見之掩埋場分為三種形態： A.平地掩埋（圖 2-1(a)） 就是在地表堆一個大的垃圾堆，當堆到設計高程時再進行最終覆 蓋封頂部份，掩埋過程中只有很小的開挖或不開挖，通常用於比較平 坦且地下水位較淺的地區，以及地廣人稀山少平原多之地區。 B.半挖半填掩埋（圖 2-1(b)） 把垃圾堆入一個開挖的深坑，這在廣大的陸地或是地下水位較深 的地區適用，可將開挖的土壤作為掩埋場中的覆土層，並且能夠有效 利用土地，惟該場址必須注意地下水位須低於開挖面。 C.依天然地形構築之方式（圖 2-1(c)） 此種掩埋方式在台灣地區最為常見，把垃圾由谷地或坡地由下往 上堆埋，它可能包含少許的地下開挖，此種方法適用在山地或平地取 得不易之地區，若遇原本的邊坡度較陡，可能會發生在地工膜布與廢 棄物間之破壞。. 5.
(20) 最終掩埋面. 原地面 (a). 最終掩埋面. 原地面 開挖面. (b). 最終掩埋面. 原地面. (c). 圖 2-1 掩埋場類型 (a)平地掩埋；(b) 半挖半填掩埋； (c)依天然地形構築之方式. 2.1.2 掩埋場設計之主要構件 掩埋場設計之主要構件 依美國土木學會定義標準廢棄物衛生掩埋，是一種無公害或對公 眾健康及安全不致造成危害的廢棄物處置方法。簡言之，掩埋場即包 含 3C 處理，一為局限（Confinement） ，二為壓實（Compaction） ，三 6.
(21) 為覆土（Covering） 。局限之目的為將垃圾限制於最小範圍內，並使 用工程方法使之不造成諸如污染地下水等二次公害，而壓實作業更可 延長掩埋場使用年限及減少垃圾沉陷量，覆土之意義為防止垃圾飛 散、火災、傳染病源之孳生、傳播、臭味、景觀美化及土地再利用等 （陳咸享，1986）。 為了不使地下水受污染，最直接且經濟的方法是使用地工膜布， 使廢棄物滲出水不會滲漏以及地表水不會滲入，掩埋場阻水系統如圖 2-2 所示。以美國有害事業廢棄物掩埋場底部雙重阻水系統為例 （USEPA, 1985），此系統由底而上如圖 2-3 可分為下列數層： （1）次要阻水層（Secondary Liner）： 由地工膜布與夯實黏土共同組成之複合阻水層，此為掩埋 場防污水滲漏的最後一道防線，並視為永久有效阻水層。以夯 實黏土層阻水時，其厚度必須大於 30 cm。 （2）滲出水偵測排除系統（Leachate Detection and Removal System， LDRS）： 為 30 cm 厚之顆粒性土壤如礫石與粗砂構成，其導水度 k 須在 0.01 cm/sec 以上，也可由地工複合物（Geocomposite）組 成，如地工流網（Geonet）與地工不織布（Nonwoven Geotextile）。 （3）主要阻水層（Primary Liner）： 主要是以 HDPE 高密度聚乙烯製成的地工膜布為主。 （4）滲出水收集排除系統（Leachate Collection and Removal System， LCRS）： 如同第二層的排水層，此層除了可以保護下層的地工膜布 7.
(22) 以外也是主要的滲出水收集層，此系統可以地工複合物代替。 （5）地工分隔層： 分隔覆土並過濾滲出水，使集排水層不致受細粒料堵塞。 （6）覆土： 主要是保護底下各層不被機具、工作人員意外破壞，並減 少受紫外線及溫度的影響，其上即堆置廢棄物。我國衛生署規 定最終覆土，在壓實後其最低厚度須在 50 cm 以上，平坦面坡 度以 1%，斜面坡度以 30%為原則。 至於一般廢棄物掩埋場的系統則僅有一套集排水層與一套地工 膜布與複合黏土層。 覆蓋系統（Final Cover） （圖 2-4）亦在掩埋場中扮演極重要的角 色，除了將掩埋場與環境隔絕外，並減少與水的入滲量。其中之地工 格網加勁，可使覆蓋之坡度提高，增加掩埋空間。覆蓋系統與各構件 之功能與底部阻水系統中相同。. 覆蓋系統. 廢棄物. 阻水系統 圖 2-2 掩埋場示意圖. 8.
(23) 覆土 地工織物分隔層 集排水層 不透水布 地工皂土毯. 廢棄物. 集排水層 不透水布 黏土阻水層 現地土壤. 圖 2-3 有害事業廢棄掩埋場底部結構 表土植生 覆土 地工織物濾層 集排水層 地工格網 不透水布 黏土阻水層 地工織物分隔層 集排氣層 廢棄物. 圖 2-4 覆蓋系統結構示意圖. 2.1.3 破壞模式分析 以上的掩埋場構築型式，在開挖、填埋及封閉後可能出現各種不 同的破壞模式，其破壞機制有不同，在評估下列各種破壞模式時，必 需先了解掩埋場中覆土層與地工膜布組成的阻水系統，阻水系統中的 9.
(24) 接觸面抗剪強度較低，很有可能成為潛在的破壞面，有關於掩埋場的 潛在破壞模式，大致上可分為以下類型（Mitchell and Mitchell, 1992） ： A.邊坡及坡底破壞（圖 2-5a） 這種破壞類型可能發生在開挖或鋪設阻水系統但尚未填埋 時，圖中表示地基產生破壞的情形，實際是由土體本身所產生的破 壞，這種破壞模式可用一般的邊坡穩定分析方法來評估。 B.地工膜布錨溝中脫出向下滑動或斷裂破壞（圖 2-5b） 地工膜布與坡面之間的摩擦力和錨定溝的錨固力無法承受地 工膜布本身或其上覆土的重力，而發生脫出或斷裂的現象，這種破 壞通常發生在櫬墊系統鋪設時。 C.沿固體廢棄物內部破壞（圖 2-5c） 當廢棄物填埋到某一極限高度時，就可能發生破壞。填埋的極 限高度與坡角和廢棄物本身強度有關。這種情況可用一般的邊坡穩 定分析方法進行分析，困難處在於如何合理選取固體廢棄物的單位 重與強度參數。 D.穿過廢棄物和地基發生破壞（圖 2-5d） 破壞面穿過廢棄物、地工膜布和場地地基。當地基土比較軟 弱，例如軟黏土層，最容易發生這種形式的破壞。 E.沿阻水系統破壞（圖 2-5e） 廢棄物作為一個整的塊體單元，會沿著複合阻水系統內強度較 低的接觸面向下滑動，這種滑動的穩定性常受接觸面的抗剪強度， 掩埋物的幾何形狀及其單位重等因素所控制，通常可以降低高差或 降低坡度加以避免。此類破壞之穩定分析可用塊平衡進行評估。. 10.
(25) (a) 不透水布. (b). 廢棄物. (c) 廢棄物. 不透水布. (d). (e). 圖 2-5 掩埋場破壞模式 (a) 邊坡及坡底破壞；(b) 阻水系統處錨溝中脫出向下滑動； (c) 沿固體廢棄物內部破壞；(d) 穿過廢棄物和地基發生破壞； (e) 沿阻水系統破壞 (Mitchell and Mitchell, 1992) 11.
(26) F.覆蓋層的破壞 由土或土及合成膜組成的覆蓋系統用於斜坡上時，抗剪強度低的 接觸面常導致覆蓋層不穩定而沿填埋的廢棄物向下滑動。 受限於台灣地狹人稠掩埋場用地取得不易，目前台灣的掩埋場大 多位於山谷或是平地直接填埋，且大部份最終覆蓋面未根據邊坡穩定 分析的設計施工，造成邊坡不穩定，尤其以上列（c）及（e）型式的 破壞最為常見，本研究將針對這兩部份進行實地評估及建議。. 2.1.4 廢棄物邊坡穩定之要求 廢棄物邊坡穩定之要求 在我國一般廢棄物回收清除處理辦法（環保署，2002）中有規定， 掩埋場終止使用時，應覆蓋厚度50 cm以上之砂質、泥質黏土、皂土 或具相同阻水功能之地工材料組合等阻水材料，覆蓋砂石者，並予以 壓實。壓實後，平坦面坡度為1%以上，斜面坡度為30%以下，並應 綠化植被。 另根據我國事業廢棄物貯存清除處理方法及設施標準（環保署， 2002）規定，掩埋場終止使用時，應覆蓋厚度50 cm以上之砂質、泥 質黏土、皂土或具相同阻水功能之地工材料組合等阻水材料，覆蓋砂 石者，並予以壓實。壓實後，平坦面坡度為1%以上，斜面坡度為30% 以下，並應綠化植被。然而，因為國內掩埋場多半超量掩埋或因為於 山坡地，因此多未能符合上述坡度低於30%（約為17.5°）的要求。根 據環保署2003 年委託研究單位訪視29個復育掩埋場（行政院環保 署，2003）的結果顯示， 『邊坡穩定性不足』名列掩埋場問題的榜首。 針對這一類掩埋場的穩定問題，國內的主管機關曾提出以下建議： 1. 掩埋場在平地應不高於 50 m，在丘陵則可酌量提高。當掩埋場高 度愈高，其坡度則應求其平緩。 12.
(27) 2. 掩埋場外緣坡度基本上應不小於 1V：3H。祇有當掩埋場需要堆積 更高時，方予酌情放緩坡度。 3. 當坡面愈趨於上方時，坡度可酌增陡峻，當坡面愈趨於下方時， 坡度則勢須放緩。 4. 掩埋場高度每增加 8~10 m 時，則須加設最少為 4 m 寬的平台階面 一座。階面內側須有排水溝設置。 另一方面亦有專家提出在目前存在的掩埋場中下述的垃圾邊坡 範圍已被觀察為穩定邊坡（陳榮河，1997）： 1. 事業廢棄物：4H：lV (≈14.0°)到3H：lV (≈18.4°) 2. 包含40%固體的污泥式廢棄物：7H：lV (≈8.1°)到6H：lV (≈9.5°) 3. 飛灰沈積物：7H：lV (≈8.1°)到6H：lV (≈9.5°) 4. 砂質廢棄物和飛灰：4H：lV (≈14.0°)到3H：lV (≈18.4°) 上述的邊坡角度亦同樣高於許多國內掩埋場最終覆蓋系統的現 況。 美國環保署（USEPA）對掩埋場安全係數之標準均考慮地震力， 但依掩埋場崩塌後對生命安全或環境是否產生重大危害程度有不同 標準(USEPA,1992)，分析時所採用土壤或垃圾特性等參數之可靠度低 者，其標準亦須提高。可靠度高及可靠度低之建議安全係數分別為： 1、崩塌後對生命無立即危害者：1.25、1.5以上；2、崩塌後對環境無 重大影響者：1.2、1.3以上；3、崩塌後對生命產生立即危害者：1.5、 2.0或更高；4、崩塌後對環境產生重大影響者：1.3、1.7或更高。而 台北市內湖掩埋場及福德坑掩埋場所採用之安全係數，地震時須大於. 13.
(28) 1.1，平時大於1.5（陳榮河，1990）。. 2.1.5 垃圾層邊坡穩定參數求取困難處 垃圾層邊坡穩定參數求取困難處 一般固體廢棄物的剪力強度特性跟土壤一樣，其強度隨正向應力 增加而增大，對於長期穩定分析而言，抗剪強度與單位重參數的選定 將決定邊坡的穩定性，因此如何由試驗中求取相關參數並足夠代表整 體廢棄物性質將是重要的課題，以下是可能遇到的困難處： 1. 由於廢棄物的高有機質含量，使它的性質不像一般的無機土壤一 樣隨著時間而無明顯改變。一般固體廢棄物的固體可以保持不 變，但易腐爛的有機質含量確隨時間而減少，將會影響單位重與 強度參數的改變。 2. 一般固體廢棄物非常不均勻，因此在某一地點取的試體並不能充 分作為其它地區的代表。 3. 以本次的取樣過程為例，廢棄物組成物形狀大小不一，無法將四 周修除與取樣盒齊平，造成許多空洞，所得之單位重也較低。 4. 垃圾變形量超過 30%尚未觀察明顯破壞，其應力仍持續上升(Singh and Murphy, 1990; Machado et al., 2002)，因此 Singh and Murphy (1990)推斷用土壤的莫爾-庫倫理論可能不適合用於廢棄物上。 5. 環保署環檢所對廢棄物的採樣標準過度擾動，所得單位重較低， 不適用於大地工程上的分析。. 2.2 廢棄物組成 廢棄物組成將因經濟型態、工業發展、都市化程度、季節以及生 活水準等因素而改變。不同型態之國家、城市、區域也會導致廢棄物 組成之改變。綜觀以上因素，可歸納出以下幾個影響廢棄物組成之因 14.
(29) 素（王鯤生，1995）： 1.民眾態度與政府政策 民眾對於垃圾問題及資源回收之認識與瞭解，進而實際參與廢 棄物分類及資源回收工作，將是廢棄物組成改變之重要關鍵。另外 經由教育改變民眾自身之生活型態與習慣，減少浪費，有效達到垃 圾再利用之目的。透過制定相關執行法令，強制或獎勵資源回收工 作，亦是推動資源回收工作之一項重要之執行策略。例如塑膠瓶與 玻璃瓶回收押金制度、限制購物用塑膠袋、塑膠類免洗餐具政策及 垃圾費隨袋徵收制度等，政策上路以來將不分程度的影響廢棄物之 組成。 2.地理位置 地理位置之影響，主要在於氣候之差異，此將影響廢棄物之主 要型式與量。例如亞熱帶氣候區，庭院廢棄物(yardand garden waste) 的變化性並不明顯，而在乾旱地區庭院廢棄物產生量較高，降雨地 區之庭院廢棄物產生量為低。因此氣候對廢棄物之影響極為明顯。 溼度為區域性氣候影響的另一主要特性，一般而言，在高降雨地區 之垃圾含水量遠高於乾旱區，且通常在乾旱地區的低溼度將影響降 低原存在於廢棄物中的水分含量。 3.季節性之變化 廢棄物因來源種類之不同，其排出量受季節之影響變動較大， 不同之季節所排出的廢棄物型式及種類亦有所不同，例如廚餘與蔬 菜、水果生長之季節有關，而庭院廢棄物的種類，在春天是以草類 為主，而秋天則以落葉居多。 4.生活水準與生活習慣 15.
(30) 生活水準愈高之地區，物件重覆使用之次數降低，例如塑膠袋 和保特瓶，生活水準高之地區這些種東西隨處可得，塑膠袋稍微不 清潔即丟棄，較難養成重覆使用的習慣。另外外食人口的增加，亦 增加只盒、紙杯與塑膠袋的用量。 影響廢棄物性質之因素，除了前述所提到的種類外，大致上而言 還與都市的發展程度有關，社會愈進步，紙類含量愈多，廚餘含量愈 少，單位重亦愈低。 圖 2-6 為英國之一般固體廢棄物組成，從 30 年代至今，塑膠類 及紙類的比例有增加的趨向，而灰渣塵土類、鐵類及金屬類則是減 少，顯示生活水準越高紙及塑膠的需求愈大，資源回收的觀念也愈好。 根據行政院環保署委託逢甲大學所作的採樣分析（環保署， 2005），並採用民國 89 年至 93 年間五年之結果（圖 2-7） 。塑膠含量 94 年全國平均值為 19.51%，與近三年(91~93 年)之平均值相近 (19.72%)，而低於近五年(89~93 年)之平均值(20.45%)，若考量歷年 (84~93 年)變動趨勢，本年度塑膠含量亦較近 10 年平均值為低 (19.79%)，可見塑膠含量相較於歷年整體變化趨勢而言，呈現降低之 趨勢。 紙類含量 94 年全國平均值為 38.82%，較近三年(91~93 年)之平 均值為高(34.32%)，且高於近五年(89~93 年)之平均值(31.17%)，若考 量歷年(84~93 年)變動趨勢，本年度紙類含量亦較近 10 年平均值為高 (31.67%)，整體而言，近十年來紙類含量增加幅度約為 18%，因此， 紙類含量相較於歷年整體變化趨勢而言，呈現增加之趨勢。同時紙類 含量中以其他紙類(如紙製衛生用品等)居多，約佔總紙類含量之 50%。 金屬類含量 94 年全國平均值為 2.24%，比較近三年(91~93 年)、 16.
(31) 近五年(89~93 年)及近十年(84~93 年)之金屬含量平均值，分別為 2.59%、3.0%及 4.21%，本年度金屬類比例均低於歷年平均值，呈現 逐年降低之趨勢，由結果顯示，民眾對於金屬類為資源回收物質之普 遍認同性較高，且其回收後之金屬具有經濟價值，均是呈現逐年下降 之主要原因。 玻璃類含量 94 年全國平均值為 4.25%，比較近三年(91~93 年)、 近五年(89~93 年)及近十年(84~93 年)之玻璃含量平均值（分別為 4.69%、5.28%及 5.35%），本年度玻璃類比例均低於歷年平均值，呈 現逐年降低之趨勢。考量近三年之平均含量變化幅度，降幅約在 9.4%。廢玻璃容器屬於 100%可回收再利用材質，一般而言，玻璃可 分為玻璃容器、平板玻璃、玻璃纖維及特殊玻璃等，其中以玻璃容器 為玻璃工業中之最大產量。 廚餘類含量本年度全國平均值為 26.40%，相較於近三年(91~93 年)、近五年(89~93 年)及近十年(84~93 年)之廚餘含量平均值(分別為 25.03%、26.03%及 23.21%)，本年度廚餘類比例稍高於歷年平均值， 以過去三年平均值為比較基準，廚餘比例增加之幅度僅約為 5.2%。 台灣地區之廚餘含量受到居民之飲食、烹調及料理習慣影響外，居民 之生活型態、外食人口數、季節農產品之消費多寡、地域性及資源回 收政策等因素，均是影響廚餘含量變化之重要關鍵。 皮革橡膠類含量本年度全國平均值為 0.77%，在垃圾中所佔比例 並不高，且易受到廢棄物採樣之不均質性之影響。比較近三年(91~93 年)、近五年(89~93 年)及近十年(84~93 年)之皮革橡膠含量平均值， 本年度分析結果與歷年平均值差異不大，平均範圍介於 0.67%~0.84%。近年來廢輪胎回收體系之建立與落實，都市垃圾中已. 17.
(32) 不復見輪胎等橡膠製品，反倒是橡皮筋及日常生活中部份橡膠製品大 量使用。 纖維布類本年度全國平均含量為 3.17%，相較於近三年(91~93 年)、近五年(89~93 年)及近十年(84~93 年)之平均含量(分別為 3.72%、 4.40%及 4.96%)，本年度纖維布類比例均低於歷年平均值，呈現逐年 降低之趨勢，就比較過去三年平均含量，本年度纖維布類比例降低之 幅度約在 14.8%。由於一般家庭中纖維布類主要來源為家庭丟棄之舊 衣物等，而這些舊衣物一般皆具有回收之價值，因此垃圾中纖維布類 含量比例甚少。 木竹落葉類本年度全國平均含量為 2.48%，比較近三年(91~93 年)、 近五年(89~93 年)及近十年(84~93 年)之平均含量可知，本年度木竹落 葉類比例均低於歷年平均值，呈現逐年降低之趨勢。就比較過去三年 平均含量，本年度木竹落葉類比例降低之幅度約達 27.1%。台灣地區 之木竹落葉類含量主要是受到社區或家庭之庭園、都市環境中之公園 綠地、道路旁之行道樹等之落葉剪枝含量多寡之影響，與季節性應有 明顯之影響，此外，環保署已將「廢樹枝」列為巨大垃圾回收再利用 項目之一，未來木竹落葉之種類變化，將主要受到外食人口增加所衍 生之免洗木筷影響。. 18.
(33) 圖 2-6 英國一般固體廢棄物組成(Watts et al., 2002). 圖 2-7 台灣一般固體廢棄物組成(環保署，2005). 19.
(34) 2.3 廢棄物工程性質 2.3.1 廢棄物單位重 由於廢棄物是由各種物質組成，各地方的生活習慣、各年代所產 生的垃圾及測量的方法不同，故一般廢棄物的單位重變化很大，也沒 有一定的值。想要正確的計算廢棄物的單位重困難處在於(Fassett et al., 1994)： (1) 掩埋的廢棄物組成成份不一致； (2) 想要得到足夠代表現場條件的試體很困難； (3) 廢棄物成份不穩定的特點使得取樣和試驗都很困難； (4) 廢棄物的性質隨時間而改變。 一般固體廢棄物的單位重可以透過多種方法量測，室外試驗方面 如大尺寸盒量測、試坑量測、γ射線量測、垃圾垂直方向應力量測及 計算掩埋場的體積及進場的垃圾重量計算求得等方法；室內試驗如有 用重膜的大或小試體計算、分別計算垃圾成份的單位重以及百分比加 權求得。 廢棄物之單位重會因組成比例不同而改變，而含水比亦影響廢棄 物之組成比例，如表 2-1 所示，含水比較高者如廚餘類及庭園廢棄物 等，含水比介於 50%~80%及 30%~80%，其含水比愈高之物質將使廢 棄物單位重愈重；而廢棄物高單位重組成物質愈高如玻璃、砂土及金 屬類愈高者，其整體廢棄物單位重愈高。 由國內外學者曾經由各種方法求的的單位重值如表 2-2 可知，重模 後夯實的單位重依夯實的程度約在 3.92~8.83 kN/m3 間，可以相差在 4.91 kN/m3 以上，大致上不超過 9.81 kN/m3；現場量測的值大約在 20.
(35) 4.91~6.87 kN/m3，依覆土與垃圾的比例不同最大可達到 9.81 kN/m3 以 上；而年代較久之垃圾層經生物分解及壓密沉陷後也可達到 9.81 kN/m3 以上，由此可知單位重的變化大是因為倒入的垃圾成份不同、 含水量不同、壓實程度不同以及每天的覆土量不同等原因造成。行政 院環保署委託逢甲大學所作的採樣分析得知（環保署，2005） ，89 年 到 93 年度之單位容積重全國平均值約為 1.60±0.05 kN/m3（圖 2-8）； 表 2-3 為各國文獻建議的廢棄物單位重值，其值皆在 4.91 kN/m3 以 上，遠大於環保署近年調查的一般廢棄物平均單位重。以環保署規範 為實驗方法，採樣過程因四分法後採集到較多之輕物質（如塑膠、紙 類等） ，其單位重將可能偏向低值，而若廚餘或不燃物比例較高，單 位重則可能偏高，這是環檢所的試驗標準所取得的數據，並不適合大 地工程分析使用。 Kavanzanjian et al. (1995)等整理相關文獻，並將結果歸納成單位 重深度曲線如圖 2-9 中的實線，而 Fassett et al. (1994)等也將結果顯示 表2-1 廢棄物組成成份單位重含水比(Tchobanoglous et. al., 1977) 廢棄物組成. 未夯實單位重 (kN/m3). 含水比 (%). 廚餘 紙類 塑膠類 纖維布類 皮革橡膠類 庭園廢棄物 木竹類 玻璃類 金屬類 塵土及磚. 1.3-4.7 0.3-1.3 0.3-1.3 0.3-0.9 0.9-2.5 0.6-2.2 1.3-3.1 1.6-4.7 0.5-11.0 3.1-9.4. 50-80 4-10 1-4 6-15 1-12 30-80 15-40 1-4 2-6 6-12. 21. 夯實程度 正常夯實 最佳夯實 3 (kN/m ) (kN/m3) 2.9 3.0 4.5 6.2 6.7 10.0 5.6 6.7 3.3 3.3 4.0 5.0 3.3 3.3 1.7 2.5 4.3 5.3 1.2 1.3.
(36) 於圖中之虛線，結果顯示表面的廢棄物單位重範圍相當大，約在 3.5 ~6.5 kN/m3 之間，其極限值約為 3.0 kN/m3，約在深度 30 m 時，單位 重開始成曲線增加，50 m 後約為定值 12.5 kN/m3，常見之廢棄物平均 單位重約為 8.5~10.0 kN/m3。 表 2-2 廢棄物單位重（陳榮河, 1990; Sharma, 1990） 文獻來源 台大環工所 (1985) Bromswell(1978). 單位重 (kN/m3) 2.55 5.89 3.14 6.28 8.63. Dvinoff＆ Munion(1986) Merz＆Stone (1962). 7.06~9.42 (飽合) 2.35~2.65 4.91 5.59 4.12 3.14. Sargunan et al(1986) Suhumaker(1972). 5.40~6.77. 日本(1974、1977) Sower(1986) Landva 及 Clark (1986) ASWMA(1985). 9.12 4.41~9.42 8.83~13.24. 2.94 4.61~5.79 8.73. 6.67~7.46 9.81~10.89. NAVFAC(1983). 3.14 6.18 9.61 8.63. EMCOM(1989). 7.16 22. 備註 不夯實 掩埋夯實後 夯實不良 夯實良好 最佳夯實 15 年後取樣 不夯實 標準夯實，含水量 43.5% 最佳夯實，含水量 80.0% 輾壓機標準夯實，不加水 夯實不良，含水量 51.9% 現場單位重，含水 30~48% 夯實不良 夯實良好 最佳夯實 日本實際量測 壓實程度不同 垃圾和覆土之比為 10:1 至 2:1 剛填埋時 發生分解沉降以後 未粉碎，輕微壓實 未粉碎，中度壓實 未粉碎，緊密壓實 粉碎 垃圾和覆土之比為 6:1.
(37) 表 2-3 各國廢棄物單位重（Dixon and Jones, 2004） 國家. 比利時. 單位重 (kN/m3) 5.98 8.04 5.00~10.01. 使用 21 噸的夯鎚，離地 2 m 使用 21 噸的夯鎚，離地 0.6 m 不同的夯實程度. 法國. 6.97. 地表的新鮮一般廢棄物. 美國. 5.98~6.97. 英國. 備註. 文獻 Watts and Charles （1990） Manassero et al. （1996） Gourc et al. （2001） Kavazanjian （2001）. 新掩埋的一般廢棄物 14.03~20.01 高度降解. 300. 3. 單位重 (kg/m ). 250 200 150 100 50 0. 北區. 中區. 南區. 東區. 89. 158.4. 145.9. 146.3. 143.3. 離島區. 90. 200.6. 248.6. 256.4. 199.3. 91. 148.7. 167.2. 173.3. 144.4. 135.9. 92. 175.7. 162.5. 173.3. 158.1. 147.8. 93. 167.4. 150.1. 167.4. 149.7. 94. 137.1. 144.6. 156.1. 132.0. 全國平均值 148.5 226.2 168.1 159.9. 124.5. 圖 2-8 歷年單位容積重之變化（環保暑，2005）. 23. 153.9. 144.7.
(38) 圖 2-9 固體掩埋物單位重深度曲線(Kavazanjian et al., 1995). 2.3.2 廢棄物剪力強度 相較於一般土壤材料，固體廢棄物成份複雜、形狀差異極大，以 及長期掩埋後物理及化學變化的影響，強度將隨時間而變化，因此甚 難取得具代表性之試體進行試驗。 估算廢棄物的強度參數一般利用室內大型直剪試驗(Landva and Clark, 1990)、現地大型直剪試驗、三軸試驗(Singh and Murphy, 1990)、 反算分析(Singh and Murphy, 1990)等方法推估。 表2-4、表2-5為國外一些學者以上述方法求得之剪力強度值。 Landva and Clark (1990)將不同時間同一地點及粉碎後的廢棄物進行 室內大型直剪試驗，結果顯示其內摩擦角約在24°~42°之間，這些材 料也存在0~23 kPa的內聚力。游中揚（1998）整理前人數據後指出， 國外於掩埋場現地以標準貫入試驗及現場載重破壞性試驗等試驗結 果顯示，垃圾之摩擦角(φ)與凝聚力(c)大致呈反比關係，其摩擦角約 在12°~26°之間，凝聚力約在44.1~1.9 kPa間。 24.
(39) Singh and Murphy (1990)根據室內及現場試驗以及通過反算得到 的強度資料，分別以c及φ值為縱軸及橫軸繪於圖2-10中，發現垃圾強 度在本質上的極大差異性，但仍歸納出此值的範圍大致分布在圖中的 陰影區內。 Kavazajian et al. (1995)依依據平鈑載重試驗反算分析、實驗室與 現地大型直剪試驗，配合已知穩定之現地掩埋場反算分析結果，提出 了一條折線形的強度包絡線，如圖2-11所示，當正向應力低於30.0 kPa 時，取內聚力為24.0 kPa，摩擦角為0°；當正向應力大於30.0 kPa時則 取內聚力為0 kPa，摩擦角33°。 Eid et al. (2000)則綜合大型直剪結果及已發生破壞之現地掩埋場 反算分析結果，建議固體廢棄物之強度可取內聚力25.0 kPa及摩擦角 35°，如圖2-12所示。然而Kavazajian et al. (2001)針對Eid et al. (2000) 所收集的強度資料特別指出，當正向應力超過150.0 kPa後，摩擦角有 明顯降低的現象，因此固體的廢棄物不適合以單一線性來描述。 Mitchell and Mitchell (1992)觀察到，當掩埋場挖一直立壁面的深 溝，其溝仍然能保持長期的穩定，雖然此時的內聚力有可能是廢棄物 顆粒的交疊互鎖作用造成，顯示廢棄物的“內聚力”是一個重要的特性 不可忽略。 現地邊坡試驗載重結果顯示，當垃圾邊坡已產生大變型之情況 下，仍未有明顯破壞現象;進行廢棄物三軸試驗顯示，當垃圾變形量 超過 30%尚未觀察明顯破壞，其應力仍持續上升(Singh and Murphy, 1990; Machado et al., 2002)，因此 Singh and Murphy (1990)推斷用土壤 的莫爾-庫倫理論可能不適合用於廢棄物上。. 25.
(40) 表 2-4 廢棄物剪力強度值(Sadek and Manasseh, 2005) 剪力強度參數 c(kPa) φ (°) 19 19 10 16 19 22 35 70 65 0 0 15 0 0 0 5 40 5 24 10 70 23.5 7 28 27.5 0 10.5 50 0 43 24 80 100 10 10 10 22. 文獻來源. 剪力強度參數 c(kPa) φ (°). Direct Shear (LAB) 42 Landva & Clark (1986) 38 33.6 Landva & Clark 33 (1990) 39 24 0 Singh & Murphy (1990) 20 3 38 42 31 39 Singh & Murphy (1990) 53 41 Golder Assoc. (1993) 40 Del Greco & Oggeri (1993) 39 20 22 25 20 22 42 Jessberger et al.(1994) 26.5 20 Gabr & Valero (1995) 39 31 Jones et al.(1997) 35 Pelkey(1997) 26 31 Kavazanjian et al(1999) 18 Mazzucato et al.(1999) Field testing 1 Singh & Murphy(1990) 1 18 Richardson & Reynolds (1991) 43 30 Whitiam et al.(1995) 18.2 Thomas et al.(2003). 29 78 80 60 57 40 0 0 35 20 18 27 0 10 10 15 23.5 0 6 8 11 10 10 7 0 0 15 18 5 0-50. 100 40 16.8. 26. 文獻來源. Back analysis 22 Pagotto & Rimoldi(1987) Singh & Murphy(1990) 1 8.5 15 3 13 35 38 14 20 20 19.5 Misc. Martin & Genthe(1993) Cowland(1993) Jessberger et al. (1994) Singh & Murphy(1990). 35 25 17 35 20 35 23 Kolsh et al.(1993) 30 32 23 Fasset et al. (1994) 32 38 Jessberger et al.(1994) 30 40 15 Kolsh (1995) 22 25 Jones et al.(1997) 35 Eid et al.(2000) Triaxial tests(LAB) Gabr & Valero(1995) 0 (cu,φu) (c’,φ’) 0 34.
(41) 表 2-5 廢棄物剪力強度值 文獻來源. 摩擦角φ. 內聚力 c. (°). (kPa). 備駐. Fang et al.(1977). 15°~25°. 70.6. 室內進行夯實垃圾之強度試 驗. Oweis et al.(1985). 20°. 19.6~24.5. 由現地推算（垃圾在軟弱至. STS(1985). 9.8~24.5 30°~35° 不排水剪力強度 Cu=38.3 kPa. Dvinoff and Munion(1986) 三宅宏文 （1981）. 中等軟弱之黏土層）. 32.2°. 44.1. 由壓力計試驗 由一破壞實例推算 日本實際量測之資料. 陳榮河（2002） 摩擦角φ與内聚力 c 相對關係式 彙整國內外文獻 c（kPa）=〔-2.3φ+81〕±17 游中揚（1998） 12°~26° 鄭介眉（2004） 38.9°. 44.1~1.962. 彙整國內外文獻. 10.3. 依現地採樣資料分析. 圖 2-10 一般固體廢棄物強度歸納 (Singh and Murphy, 1990). 27.
(42) 圖 2-11 固體廢棄物之剪力強度 (Kavazanjian et al., 1995). 圖 2-12 固體廢棄物之剪力強度 (Eid et al., 2000). 28.
(43) 2.3.3 地工合成材界面剪力強度 地工膜布通常用來分隔廢棄物與地下水，防止潛在的地下水污 染，具有施工迅速、不須嚴格控制含水量及夯實度、不易因伸縮產生 裂縫等優點，在現代掩埋場中已大量使用，不只要了解它們的受力情 形，它們與覆土間的界面作用力，在台灣的山坡地掩埋場更是重要的 技術指標，因此地工止水系統的介面參數選用是非常關鍵的，通常台 灣是以光滑的高密度聚乙烯（Smooth HDPE）為阻水襯砌。 地工膜布與土壤介面剪力強度參數隨著地工膜布表面處理方式 不同而差異極大，對具平滑表面之地工膜布(Smooth geomenbrane)， 其典型靜態摩擦角約為 8°，而織物類(Textured)地工膜布其典型靜態 摩擦角可達到 25°。 在阻水系統中存在著可能的兩個滑動面，分別為現地土壤與地工 膜布以及覆土與地工膜布如圖 2-13 所示，至於如地工膜布等地工合 成材之張力 T 則依圖 2-14 所示，由上下二介面剪力大小決定，只有 邊坡角度 a 小於各介面間的摩擦角，所有的地工合成材構件都不會產 生張力，且邊坡穩定之安全係數都大於一，但只要在上介面剪力大於 下介面剪力時，地工合成材構件就會產生張力，邊坡愈長則邊坡上鋪 設之地工合成材料（包括地工膜布）所受張力愈大，故邊坡長度應予 以限制。 表 2-6 舉出曾經以標準之檢驗方法（ASTM D5321）土壤與 Sm HDPE 求出界面強度之參數值，其與土壤種類、是否排水、正向應力 與剪動速率有關，在同樣飽和、正向應力為 5~25 kPa 及剪動速率 0.3 mm/min 下，平滑 HDPE 與砂土的 c 及φ值略小於黏土，黏土約為 1 kPa、25°，砂土在 0.6~0.7 kPa、19°~27°間。 29.
(44) Martin et al. (1984)研究發現，土與地工膜布之間的摩擦角總是低 於土與土之間的摩擦角，地工膜布越光滑堅硬，它與土之間的摩擦角 就越小(如 HDPE)。 表 2-6 地工膜布與土壤介面剪力強度（劉家男，2004） Geosynthetics. Soil. φp. Sm HDPE. Sand. Test Condition Hydrated. σn (kPa) 20-60. Shear Rate (mm/min) 0.0025-0.25. cp (kpa). 26-28. 0. Sm HDPE. Sand. Saturated. 14-100. 0.127. 17-18. 0. Sm HDPE. Sand. Saturated. 5-25. 0.3. 19-27. 0.6-0.7. Sm HDPE. Sapolite. Saturated. 5-25. 0.3. 21. 0.4. Sm HDPE. Clay. Saturated. 5-25. 0.3. 25. 1. Sm HDPE. Sand. Drain. -. -. 18. 0. Sm HDPE. Clay. Compacted. -. -. 15. -. Reference Koutsourais et al.(1991) Martin et al.(1984) Williams and Houlihan(1987) Williams and Houlihan(1987) Williams and Houlihan(1987) Mitchell et al.(1992) Mitchell et al.(1992). Mitchell et al. (1992)指出界面摩擦角不但受材質本身，接觸面性 質、土壤的含水比都有一定程度的影響。Williams and Houlihan (1987) 研究在不同種類的土壤及各種濕潤度下，土壤與地工膜布的摩擦角範 圍約在 17°~27°間，而土壤與織物類之摩擦角可到達 30°。 Mithell and Mithell (1992)進行各種界面之直接剪力試驗及拉出 試驗，試驗結果顯示界面之尖峰摩擦角一般高於殘餘摩擦角約 1~2°， 而達到尖峰剪力強度之應變值一般僅為 3~4%，故考量在施工及垃圾 掩埋期間，界面之應變量應已超過此值，建議在穩定分析及設計中， 界面剪力強度皆採殘餘值。. 30.
(45) 圖 2-13 地工膜布之界面強度參 圖 2-14 地工膜布張力與界面剪應 數（單信瑜，1999）. 力圖（單信瑜，1999）. 2.4 廢棄物承載力 在對土地資源有限的台灣，於土地的高度利用之要求下，掩埋場 有愈往上堆的趨勢，日後封閉後常會興建建築物（如公園、停車場、 活動中心、會議中心、購物中心等），對於場址的承載力不能忽視。 Singh et al. (1990)將掩埋場分為兩類：高度低於 60 m、坡度比 3H：1V、場址底部土壤不排水剪力強度大於 192 kPa 者，傳統土壤 邊坡穩定分析可應用於此；但是對於高於 68m，坡度較陡（1.5~2H： 1V），及位於軟弱土壤（su 小於 96 kPa）上方者，除了傳統的邊坡穩 定分析外，還要包括承載力分析。 推算承載力可用圓錐貫入試驗或平鈑載重試驗求取，不過安全容 許應力由沉陷量決定。Schumaker (1972)建議容許承載力約在 24.5~ 39.2 kPa；Sargunan et al. (1986)根據 Meyerhof (1956)之建議取承載力 qa=qc/40（qc 係由靜態錐式貫入試驗而得），並得承載力為 29.4~39.2 kPa。 許多學者已針對各類土壤提出其預估之地盤反力係數範圍，近年 來在國內則有謝旭昇及程日昇（1996）提出一組地盤反力係數建議 值，如表 2-7 所示，並認為地盤反力係數值基本上和 SPT-N 值有一正 31.
(46) 比關係。 表 2-7 地盤反力係數範圍 （謝旭昇及程日昇，1997） 3. 土壤種類 Kv之範圍 (t/m ) 粘性土壤： 極軟 < 500 軟弱 500 ~ 1000 中等堅實 1000 ~ 2000 堅實 2000 ~ 4000 極堅實 4000 ~ 8000 堅硬 > 8000 砂質土壤： 極疏鬆 < 800 疏鬆 800 ~ 2000 2000 ~ 6000 等堅密 緊密 6000 ~ 8000 極緊密 > 8000 承載層 8000 ~ 10000. 2.5 CLARA-W 程式之邊坡穩定分析方法 程式之邊坡穩定分析方法 一般常用之邊坡靜態穩定分析方法，常用者多以極限平衡法概念 所衍生之方法，此次將以三維的穩定分析方法來分析之，其理論基礎 大致與二維的假設相同。 CLARA-W 是視窗板的三維邊坡穩定分析軟體。本程式可選擇四 種常用的邊坡穩定分法：Bishop 簡化法、Janbu 法、Spencer 法及 Morgenstern-Price 法，以下就上列四種方法介紹其原理，並將各切片 法特點列於表 2-8 中：. 32.
(47) 表 2-8 各種切片方法之比較（施國欽，2001） 分析種類. 切片側力之考慮. 切片力平衡. 適用性. Simplified Bishop. 作用力為水平向 不考慮剪力. ΣFy=0. 圓弧形破壞. Spencer. 側力互相平行. ΣFy=0 ΣFy=0 ΣM=0. 圓弧形破壞 非圓弧形破壞. Morgenstern-Price. 剪力、正向力及壓力 均考慮. ΣFy=0 ΣFy=0 ΣM=0. 圓弧形破壞 非圓弧形破壞. Janbu. T、E 均考慮，簡化分析 時，先不考慮側力，最. ΣFy=0 ΣFy=0 ΣM=0. 圓弧形破壞 非圓弧形破壞. 後依經驗乘以修正係數. （1）Bishop 簡化法 Bishop (1955)提出了兩個假設：(a)在平衡方程式中，每個切片作 用在縱向及橫向的垂直剪應力可以被忽略；(b)每個切片垂直力和整 體的力矩平衡方程式有充足的條件去解未知數。此兩個假設使得分析 時較為簡化，方便應用。由 Bishop (1955)提出安全係數為（圖 2-15）： ( N − uA) tan φ cA W = N z + S Z = N cos γ z + + sin α y F F . (2-1). 式中 W 為切片的總重，u 為孔隙水壓，A 為底面積，c 為凝聚力. 為摩擦角，F 為安全係數。整理得：. N=. W − cA sin. αy F. + uA tan φ sin. αy F. (2-2). mα. 其中 sin α y tan φ mα = cos γ z 1 + F cos γ z . (2-3) 33.
(48) Hovland（1977）導出切片的底面積 A 為：. (1 − sin A = ∆x∆y. α x sin 2 α y ) cos α x cos α y 2. 1. 2. (2-4). γZ 為正向力 N 與垂直線的夾角 1 cos γ z = 2 2 tan α + tan α + 1 y x . 1. 2. (2-5). 力矩平衡方程式。 j tan φ cA (N − uA) + = ∑ W sin α y ∑ F F i =1 i =1 j. (2-6). F = ∑i =1 [(W − uA cos γ z ) tan φ + cA cos γ z ] mα × j. (∑. j. W sin α y i =1. ). −1. (2-7). 將式 2-1、式 2-3 至式 2-6 代入式 2-7 即可得 Bishop 簡化法分析 之公式，因式中等號兩邊都含安全係數（FS）值，故須採用試誤法計 算。 如圖 2-15 當 αx=0 時（圓柱破壞面），式 2-7 將是二維的 Bishop 簡化法，二維及三維進行同一案例分析比較，三維分析方法較二維為 小。. 34.
(49) 圖 2-15 單一切片自由體圖 （2）Janbu 法 可處理較複雜之土層情況，切片之各作用力如圖 2-16 所示，而 安全係數為： F=. ∑ [cA cos α + (N − uA) tan φ cos α ] ∑ N cos γ tan α + ∑ kW + E y. y. z. (2-8). y. （3）Morgenstern-Price 法與 Spencer 法 Morgenstern and Price（1965）定義，切片在 Y 軸方向的垂直剪 應力 Xy 與正應力 Ey 為一個函數的關係（圖 2-16）： Xy=λf(x)Ey. (2-9). 其中 λ 為常數，f(x)為切片間作用力的函數值。當 f(x)等於一常數 時為 Spencer 法；當 f(x)等於一半正弦函數時則為 Morgenstern-Price 法。 其分析步驟為： 35.
(50) （1） 假設 λ 值； （2） 計算每一切片之水平加速度值； （3） 計算正應力 Ey 值； （4） 計算剪應力 Xy 值； （5） 以 Bishop Simplified 法反覆求解，增加 Xy 求得切片重； （6） 改變 λ 值，直到水平力平衡。. 圖 2-16 單一切片自由體圖. 2.6 常見之邊坡穩定分析程式 常見之邊坡穩定分析程式 前述各項理論皆需大量計算過程，無法用手算分析須以電腦輔助 分析，由於分析方法本身的多樣性使得同一分析方法尚可能衍生數個 不同的電算程式，故一般使用的邊坡穩定分析程式非常多，以下將介 紹其中較著名且廣泛使用的極限平衡法程式與主要功能說明： 1、STEDwin：. 36.
(51) a.功能強大的邊坡穩定前後處理程式，可搭配 STABL4 、４M、5、 5M、6H、GSTABL、PASTABLE 等分析 2D 之邊坡穩定問題。 b.可考慮加勁材料（with 6H、GASTABL、PASTABLE)。 c.可考慮樁、張力裂縫。(with GSTABL6) d.7 種分析模式。(with STABL5M) e.可即時檢視邊坡剖面之建立。 f.可將分析結果圖示輸出成 CAD 圖檔。 2、STABLPRO for Windows a.以 STABL 4/4M 為基礎所發展出之 Window 版邊坡穩定分析程式。 b.本程式特點乃將原先 STABL4/4M 以指令方式輸入法改為對話交 談式視窗顯示法，可在視窗上直接鍵入資料並立即顯示修改內容。 c.1999 年７月加入 STABL6M 為計算核心，且增加剖面即時檢測功 能。 3、TALREN 97： a.工程應用可分析自然邊坡、土壩、堤岸及挖填邊坡於平時及地震 之極限平衡安全穩定問題。 b.可考慮之擋土結構型態：地錨、土（岩）釘、基樁或微形樁、壓 力支撐構材、地工合成（或金屬）加勁材。 c.可分析圓弧及平面型滑動模式之安全係數。 d.土（岩）釘、微形樁（或基樁）之破壞模式可為：抗拉、抗剪及 抗彎。 e.多種邊坡幾何設計、水位面設定方式。 f.土壤及結構桿件之力學性質可考慮以部份安全係數（Partial safety factor）予以折減 g.可考慮不同擋土結構型態同時作用之安全穩定分析 37.
(52) h.可於水位面設定後考慮額外之水壓力作用 i.可考慮外加均佈載重、集中載重及彎矩於邊坡安全穩定係數之計 算，其中集中載重可考慮作用面的寬度及分佈角度 3、CLARA： a.提供三種方法，產生一般式軸對稱之幾何形狀網格 b.交談式螢幕具自動編輯及檢核功能 c.不當滑動面及條件之警示功能 d.三種材料模型：(a)Coulomb 等向性材料(b)Coulomb 不等向性材料 (c)Hoek & Brown 非線性材料 e.節理面或弱面兩側可具有不同強度及水力條件 f.水壓輸入方式：(a)孔隙水壓比 ru(b)直接輸入壓力水頭 g.滑動面形狀：(a)橢圓面(b)球面(c)柱狀(d)複合形(e)多面楔形(f)非旋 轉滑動面 h.可自三維輸入資料中進行二維分析 i.可考慮：外加點荷重、張力裂縫、水平地震加速度 j.可選擇由螢幕、繪圖機、印表機輸出縱、橫剖面、三維及柵欄圖， 其中三維之圖形可旋轉，並可以標準 Auto Cad 圖檔儲存 k.五種解題模式：(a)單一滑動面分析 (b)臨界滑動面分析(單一網格) (c)臨界滑動面分析(任意) (d)多平面楔形滑動分析 (e)任意形狀滑 動面分析 l.錯誤訊息說明 4、SLOPE for Windows a.土層部份可考慮(a)多層 (b)部份飽和 (c)不連續分佈以及 (d)乾或 濕之張裂縫。 b.滑動面之形狀包括：(a)自訂圓心、半徑或滑動面 (b)複合形狀 (c) 38.
(53) 折線。 c.孔隙水壓條件輸入包括：(a)孔隙水壓係數 (b)水位線 (c)孔隙水壓 等值線 (d)SEEP/W 計算值。 d.材料模型包括：(a)莫耳-庫侖模型 (b)雙直線應力應變關係 (c)不飽 和土壤強度 (d)非等向性強度 (c)曲線應力應變關係。 e.外載重型式：(a)回填超載 (b)集中荷重 (c)錨碇力 (d)加勁力 (e) 振動及地震力。 f.繪圖功能：(a)採用類似 CAD 交叉之功能繪出邊坡穩定之剖面及著 色，並顯示各切片之作用力 (b)可能滑動面彎矩旋轉中心之 FS.等 值線。 g.應用範圍：(a)自然土/石坡 (b)斜坡開挖 (c)土堤 (d)錨碇擋土結構 之邊坡穩定問題 h.可能性分析：不需侷限於機率分析的正規分布參數。每個參數現 下能有它自己的分發。 i.敏感性分析：由參數的選取變化了解安全係數變化的敏感度。 j.可自動定位張力裂縫深度。 上述每一個程式的發展均有其特定的需求、限制及過程，因此在 功能上也有所不同，大致上程式發展愈晚，其功能上就愈趨完整。. 2.7 邊坡穩定之 邊坡穩定之三向度效應 傳統的邊坡穩定分析通常是以二維空間為考量，例如對一個寬度 遠大於縱向長度的土提或邊坡而言，此假設將可被允許，然而，對某 些問題，這種分析方式將不甚合適。例如，在橫向的地表或地形有顯 著的差異時，三向度效應始有其重要性。 現實世界中邊坡滑動破壞均是以三向度呈現，過去許多研究顯. 39.
(54) 示，在許多情況下，三向度效應通常可以提升二度空間分析的結果， 有助於分析穩定性的增加，亦即傳統的二度空間分析結果是保守的。 然而在某些特殊情形下卻得相反結果，使得二度空間分析趨於不保 守，張睦雄（2002）曾經以三維分析探討滑動面幾何形狀可能造成之 三向度效應（E3），以及對邊坡的穩定性之影響。其中，定義三向度 效應： E3=（F3-F2）/F2 其中 F3 表示三向度安全係數，或是邊坡實際上之穩定性；F2 則 是最大斷面之二向度安全係數。若為對稱之滑動面，最大斷面即為中 央對稱斷面。一般而言，當邊坡地形在垂直於二向度分析剖面之方向 上不變、且包含最大滑動面之剖面，即所謂中央最大剖面。當 E3＞0 時，表示邊坡實際上之安全性大於二向度分析結果，或是邊坡三向度 效應有助於二向度穩定性之增加；反之，若 E3＜0 時，表示邊坡實際 上之安全性小於二向度分析結果，亦即三向度效應將使其二向度穩定 性減少。 他提出了下列結論： 1. 影響三向度效應源自於滑動幾何參數：滑動體寬/高比、兩側面展 開角與其傾角；材料參數之影響可忽略。 2. 當滑動面寬度小於 5~10 倍高度時，三向度效應開使產生。當寬度 大於 10 倍高度時，三向度效應不明顯，可視為二向度問題。 3. 當滑動體兩側面閉合、平行乃至微開時，三向度效應為正，表示 邊坡之穩定性較二向度分析為高。當兩側開口過大（如開口型或 畚箕型），其傾角約 10°~75°範圍時，出現負效應，顯示邊坡穩定. 40.
(55) 性較二向度分析為低。 4. 三向度效應在某些情況下造成傳統二度空間分析不利之影響。對 正向分析而言，負效應的產生將使傳統分析高估邊坡穩定性；對 反向分析而言，正效應的形成會使傳統分析高估材料強度。 5. 對於凝聚型之滑動面強度特性而言，其三向度效應將大於摩擦型 滑動面材料之三向度效應。 6. 滑動體之寬/高比產生的三向度效應較顯著，而長/高比之影響則十 分輕微。. 41.
(56) 第三章 研究方法 3.1 掩埋場背景資料 3.1.1 竹南掩埋場背景資料 竹南垃圾衛生掩埋場佔地約 31.5 公頃左右，土地原屬於國有財產 局，於民國 76 年獲准同意規劃為垃圾掩埋場。民國 80 年開始使用， 第一期的掩埋區封閉後於 88 年規劃為「環保公園」 ，園內有休閒設施 與生態復育區；第二期掩埋區也已封閉，目前正在使用的是第三期， 原訂可使用至 91 年底，但目前仍在繼續使用中，因鄰近中港溪及台 灣海峽故地下水位非常淺，掩埋場的型式屬於 2.1.1 節中的平地掩埋 方式。 （圖 3-1、圖 3-2） 由圖 3-3 可知，近二年（94/7~96/6）之每日平均廢棄物量為 290.8 t/day，包含事業廢棄物、修繕工程廢棄物及一般廢棄物，不含資源回 收物，其中事業廢棄物之平均每日廢棄物量為 191.1 t/day、其他類為 99.7 t/day 且變化範圍不大，95 年 9 月出現較大值，主因該月修繕公 共工程產生之廢棄物較多所致，修繕公共工程及一般廢棄物只佔所有 廢棄物之 34.3%，竹南掩埋場之廢棄物三分之二來自於事業廢棄物。 95 年 9 月及 7 月達到平均每日產生廢棄量最高峰，分別為 376.2 與 366.8 t/day，而平均每日產生最低廢棄量 194.8 t/day 在 96 年 2 月發 生，96 年以前平均每日產生廢棄量大致上平均分配約為 275.1 t/day， 96 年 1 月後平均每日產生廢棄量明顯降低，徹底執行資源回收政策 為最主要原因。. 3.1.2 湖口掩埋場背景資料 湖口鄉衛生掩埋場乃 82 年起位於湖口鄉長安村祥湖段第 0172 號 42.
(57) 等八筆登記為國有財產局，管理人為湖口鄉公所之公有土地規劃成為 本鄉之垃圾衛生掩埋場，其面積總共約為 3.96 公頃其使用已逾十四 年之久，期間於 84 年左右完成二期工程之規劃及施工，至今也逾十 年時間之久，因本鄉屬新竹縣之第三大鄉鎮，不論人口密度或區域面 積均屬大型鄉鎮結構，加上轄區內之新竹工業區、營區等，外來人口 數亦為不少，隨之所產生之垃圾量亦隨之增加，垃圾產生之速度遠超 過垃圾衛生掩埋場容納之容量，鄉公所已盡其所能之容量傾倒，現有 之垃圾衛生掩埋場已無法負荷。故於 95 年 4 月正式封閉，目前本鄉 之垃圾處理乃於原場址進行垃圾轉運至新竹市焚化場焚燒。此掩埋場 位山坡地但坡度並不大開挖後掩埋面為水平，屬於 2.2.2 節中依天然 地形構築之方式。（圖 3-4、圖 3-5） 因 95 年 11 月新竹市焚化爐歲修，廢棄物轉由他處，因此造成當 月份資料不健全。圖 3-6 顯示，近一年（95/1~96/6）之每日平均廢棄 物量為 39.0 t/day，其中包含修繕工程廢物及一般廢棄物，不包含資. 焚 化 爐. 廢 棄 車 輛 儲 存 場. 水鳥棲息地. 辦公室. 污 水 處 理 場. 車 庫. 西 濱 快 速 道 路 橋 下 資 源 回 收 區. 第一期 環保公園. 第二期. 廚餘場. 圖 3-1 竹南掩埋場平面圖 43. 第三期.
(58) 圖 3-2 竹南掩埋場一景. 400 事業. 350. 其它. 300. t/day. 250 200 150 100 50 0. 7. 9. 11. 1. 3. 5. 7. 9. 11. 1. 3. month 圖 3-3 竹南掩埋場每月平均垃圾量（94/7~96/6）. 44. 5.
(59) 圖 3-4 湖口掩埋場平面圖. 圖 3-5 湖口掩埋場一景. 45.
(60) 45 40 35. t/day. 30 25 20 15 10 5 0 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9 10 11 12 1. 2. 3. 4. 5. 6. month. 圖 3-6 湖口掩埋場每月平均垃圾量（95/1~96/6） 源回收物與事業廢棄物。95 年 1 月達到平均每日產生廢棄量最高峰， 分別為 45.0 t/day，而平均每日產生最低廢棄量 32.4 t/day 在 96 年 1 月發生，湖口地區平均每日產生廢棄量大致上分佈平均，在 96 年 2 月後平均每日產生廢棄量逐漸減少，徹底執行資源回收政策為最主要 原因。. 3.2 廢棄物基本性質試驗 3.2.1 取樣地點 本次的試驗試體主要是取得湖口及竹南的垃圾，由於垃圾掩埋場 深處垃圾取得不易，故試驗主要取樣於地表下一米處，此處的垃圾至 少經過二年以上的覆土掩埋期，如圖 3-1 及圖 3-4 之「. 3.2.2 廢棄物單位重試驗 一、方法概要 46. 」處。.
(61) 樣品之重量除以其外觀體積即為樣品之外觀密度。本方法係使用 一固定容積之下空容器盛裝樣品，經適當之修飾並將多餘之樣品刮除 後使容器自然落下，再將容器中之樣品取出，最後以樣品重量除以容 器體積而求得樣品之單位容積重。此取樣方法使試體為低擾動狀態， 有別於環保署環檢局所規定「一般廢棄物（垃圾）採樣方法」的重度 擾動重模試體，預期將可得到較高之單位重。本實驗以低擾動方式在 湖口及竹南掩埋場兩處各取四個樣品，以高擾度方式在湖口取十個樣 品，另外竹南直剪試體內廢棄物四個樣品共取二十二個樣品。 二、試驗設備 ，如圖 3-7。 （1）0.1 m3 之立方體容器（為三夾板製成） （2）磅秤，可精稱至 0.1 kg。 （3）耙子、鏟子、手套等工具。 （4）可密封之大容器（如大垃圾袋）。 三、試驗步驟 （1）精確訂製一個（0.5 m×0.5 m×0.4 m）木盒容器，其長寬高 實際尺寸至 1 mm，並計算出其實際的體積（V，本次試驗 定為 0.1 m3）。 （2）修飾垃圾試體形狀，使木盒容器自由落下，並使垃圾試體 與木盒上緣齊平，多餘試體則刮除，如圖 3-8。 （3）將容器中垃圾取出，直至與木盒底部齊平，並立即量測淨 重（W）。 單位重= W／V. 47.
(62) W：樣品之淨重。 V：容器體積。 註：可參考環保署環檢所之「一般廢棄物（垃圾）採樣方法」 （NIEA R124.00C）規定，它使用網格法或四分法取得初步樣品，再配合 四分法進行縮分，取得最終樣品，將所得之樣品裝入0.1 m3之鐵 盒或木盒中，於八分滿時，由兩人提至離地三十公分，令其自由 落下，使垃圾夯實，再填滿樣品，重覆三次。在進行四分法過程 中，已嚴重擾動試體，根據國內文獻以此標準所得的單位重（0.4 t/m3以下）並不符合現況，由此可判斷這項標準不適於大地工程 的分析，故本研究使用上述之方法，以降低擾動造成的誤差。圖 3-9中之試體乃採用環保署之規定量測，所得之平均單位重為0.27 t/m3。 另外，此次試驗將求取直剪試體內之單位重，其步驟如下： （1）將已完成之直剪試體開口朝上，並保持開口水平，再修飾試體 內的垃圾與試體齊平。 （2）取出試體內之垃圾，並立即秤重（W）。 （3）將水注入試體內與試體齊平，並計算水之體積（V） ，圖 3-10。 單位重 = W／V. 48.
(63) 圖 3-7 木製取樣盒. 圖 3-8 取樣過程. 49.
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