試驗室內土壤試驗 - national chiao tung university · 空隙比(孔隙比)(void...

鑿井公會鑽探訓練班講義

鑽探實務

試驗室內土壤試驗

交通大學土木工程學系

單信瑜

中華民國 87 年 11 月

1

試驗室內土壤試驗

根據工程設計與分析的需要，土樣取回試驗室後要進行不同的試驗。大地工程相

關的試驗多半是土壤的基本物理性質與力學性質試驗。這些試驗包括：

土壤物性試驗：

單位重、含水比、粒徑分析、比重、土壤指標性質(阿太堡限度)。

土壤力學性質試驗：

剪力強度、壓縮性質、透水性。

一、土壤基本物理性質試驗

1.單位重

單位重代表單位體積土壤的重量。工程師用以求出地表下不同深度土壤所承受的

垂直向應力（壓力）。工程師可以將土層的單位重乘上土層厚度得到特定深度的土壤

所受的應力。

求取單位種的概念〸分簡單，只要知道土壤的體積和重量，重量除以體積即可得

出。實際上比較嚴謹的作法應該是取薄管土樣將土樣修入小銅圈，秤其含土的銅圈總

重，扣掉銅圈本身重量後，得到土重(w)。量測大小並計算銅圈體積(V)。二者相除，

可得到溼土單位重(γ)。

vW

=γ

γγ γ γ

γ= =++

=+

+=

++

= +W

v

v ww

v e

w

e

G w

ews s s

s

s w sd

( )

( ) ( )( )

1

1

1

1

11

直接利用劈管銅圈樣仿照上述作法也可求得單位重，但是比較不準確，因為土壤

經過擠壓變形，其對單位重量測的影響並不易量化。

2.含水量（比）

根據定義，大地工程所指土壤的含水比，是土壤中水分和固體的重量比值。求取

2

含水比的方法有 ASTM 規範。

自銅圈或薄管取得土樣，將之置於容器中秤得土壤總重量。然後將土壤烘乾，使

水分完全趕出後，求出烘乾後的土壤重量。溼土與乾土的重量差值，即為土中所含水

分的重量(ww)。乾土的重量，則為土壤的固體顆粒重量(ws)。含水比即為兩者的比值。

100%x s

w

www =

含水量(Moisture Content) ：ASTM D2216-92

濕土重 W1，在 110°C±5°C 的烘箱中，烘乾 24 小時，得乾土重 Ws。

土壤含水量 w=(W1-Ws)/Ws×100

在現地或實驗室也可以用其他的烘乾方式烘乾土樣，如炒鍋、微波爐等，但是仍

以上述的方法用烘箱烘乾較為可靠。

利用以上求得的溼土比重和含水量，可以求得乾土的單位重。

乾土單位重(Dry Unit Weight)，以γd 表示：

we

G wsd +

=+

=11

γγγ

3.粒徑分析

進行粒徑分析時，粒徑在細砂以上的土壤較易用篩分析區分，粒徑較小的土壤不

易用篩分析區分，必須使用沈降法。

(a)篩分析(乾篩、溼篩)：一般用#4 (4.76 mm)至#200(0.074 mm)號篩

過篩率計算方法，依序扣除留置在特定篩號(粒徑)的土壤重量百分比。

若遇到土壤中含有較大的小卵石或小礫石，則可能必須要加上較大網目的篩網。

(b)沉降法(比重計法)：

3

部份顆粒沉降後，整體水溶液的比重會改變。粗顆粒較細顆粒沉降快。假設顆粒

為球體，利用 Stoke’s Law 自水的比重計算顆粒直徑。

2

18Dws

ηv γγ −

=

ws

vDγγ

η−

=18

式中，v 為土壤顆粒在水中沉降的速度；γs與γw分別為土壤顆粒與水的比重；η為水

的黏滯度；D 為土壤的粒徑。

土壤的粒徑可以畫出粒徑分佈曲線(Particle Size Distribution Curve, PSD Curve)。簡單地可以區分為良好級配(Well Graded)，此狀況下，土壤粒徑分佈平均，各種粒徑

參雜混合，PSD 曲線較緩和，土壤的孔隙大小也較均佈，孔徑會較小；不良級配(Poorly Graded)的狀況下，土壤的粒徑較趨於一致，PSD 曲線較垂直，土壤的孔徑較一致，

孔徑可能較大。

顆粒分析(Grain Size Analysis)：ASTM D421-85

組裝#4,#10,#20,#40,#100,#200 及底盤共六組篩網

將烘乾的土樣置入篩網內，放在搖篩機上，計算留篩百分率

4.比重

土壤的比重定義和其他物質一樣。但在這裡很明確是土壤固體顆粒的比重，也就

是說不涵蓋土壤中的空氣和水。

土壤比重的求法，是將已知重量(ws)的乾燥土壤置於有體積刻畫的容器中，在容

器中加水至一定的體積刻畫，如此可知道土壤與水總體積(V)，同時可秤得總重量

(w)。用總重扣掉乾土重量，可得水重(ww)，利用已知水的比重，換算出水的體積(Vw)。用總體積扣掉水體積，即為土壤顆粒體積(Vs)。將土壤顆粒的重量除以土壤顆粒體

積，即可以求出土壤比重。

s

ss V

wG =

因為土壤礦物的種類不一樣，比重也有所不同。但是所幸其變化的範圍不大，大

約在 2.65-2.80 之間。

4

比重(Specific Gravity)：ASTM D854-92

率定比重瓶，得到溫度和水重的關係曲線(W1)

將土樣置入 105°C 的烘箱中烘乾 24 小時後(Ws)，

置入比重瓶內煮沸〸分鐘待其冷卻到率定溫度範圍內時，

量取其溫度及總重量(W2)

Gs=Ws/[(W1+Ws)-W2]

求出土壤的上述幾種參數之後，可以接下去以計算得到其他的土壤狀況。首先要

求出乾土的體積 Vs。乾土的體積可以由乾土重量 ws和比重 Gs得出。

s

ss G

wV =

飽和度代表土壤孔隙中充滿水的比例，土壤孔隙完全被水填滿則飽和度為

100%。大部分由位於地下水位以下的土壤飽和度接近 100%。

飽和度(Degree of Saturation)，以英文字母 S 表示：

Sv

vw

v

= x 100%

其中水的體積 Vw由水的重量換算成體積可得。

當土壤因為地下水位上升等因素使得其完全飽和，可以利用以下的式子求得飽和

時的單位重。

土壤飽和單位重(Saturated Unit Weight)：

在飽和時，Vvγw = Wsw

Vseγw = GsγwVsw

e = w Gs

e

GeG

ew

evwwv

vW s

sws

s

sss

+

+=

++

=+

+==

1

)1(

1)1(

)1(

γγγγ

5

代表土壤中孔隙多寡的參數有孔隙比和孔隙率。這兩個都常用，但是砂土比較常

用孔隙率，黏土比較常用孔隙比。這兩個參數都必須要先求出土壤比重，算出土壤的

固體顆粒的體積後才能得出。

土壤孔隙體積 Vv：

V sv VV −=

s

ss G

W=V

空隙比(孔隙比)(Void Ratio)，以英文字母 e 表示：

ev

vv

s

=

孔隙率(Porosity)，以英文字母 n 表示：

nv

v

v

v v

e

e

v

v

v s

=

=+

=+

x 100%

1

5.土壤指標性質(阿太堡限度)

土壤的指標性質可以反應很多土壤的特性，也都和土壤的許多力學性質相關。此

外，有許多的土壤分類方法，也以指標性質為依據。因此，土壤指標性質試驗結果往

往是判斷土壤工程性質的重點之一。目前大地工程中所用的指標性質試驗裡，最重要

的是所謂的「阿太堡限度試驗」(Atterberg Limit Tests)。其中縮性限度最重要的是塑

性限度(Plastic Limit)、液性限度(Liquid Limit)。此外，還有較少做的縮性限度(Shrinkage Limit)。

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流體

半流體

塑性體

半固體

固體

塑限

液限

縮限

體積

含水量

這套土壤的指標性質(Index Properties)的標準，稱為阿太堡試驗，這些指標稱為

阿太堡限度(Atterberg Limits)。

液塑限(Atterberg Limits)：ASTM D4318

液限(Liquid Limit)：L.L.

液限是利用液限儀進行。把土壤放在一球面的金屬碗中，並在其中刮出一道開

口，然後利用機械力將碗抬起落下，製造震動。當土壤在敲擊 25 下時，可以使得開

口閉合，則此時土壤的含水比即為液性限度。

一般來說，因為很難調整土壤的含水比，因此多利用試驗不同含水比的土壤，得

到開口閉合時的敲擊數，然後做圖內插求出敲擊 25 下時的含水比。

液限

敲擊數

Blow Count

含水量

25

塑限(Plastic Limit)：P.L.

塑限是利用手搓揉土壤。將土壤搓到約 1/8 英吋直徑的土條，當此土條出現裂痕

要斷不斷時，土壤的含水比。

7

縮限(Shringkage Limit)：S.L.

土壤中水份逐漸減少，體積也隨之變小。到一特定含水比時，持續的降低含水比

不再使體積有任何變化，此含水比稱縮限。

試驗時將溼土壤置於一已知體積(V1)的小容器中，先量測其重量(m1)；烘乾後，

稱得乾土重(m2)，以水銀量測其體積變化，得知乾縮後體積(V2)。縮限為：

S Lm m

m

V V

mw. .( )

( )=

−−

−1 2

2

1 2

2

x100 x100ρ

式中，前項代表總含水量變化，後項代表體積改變引致的含水量變化，相減得體積不

變段的含水量變化。

塑性指數(Plasticity Index)：P.I. 或 IP

P.I. = L.L. - P.L.

塑性指數愈大則土壤的塑性範圍愈大

液性指數(Liquidity Index)：L.I. 或 IL

L I w P LL L P L

w P LP I

. . . .. . . .

. .. .

=−

−=

−

L.I. ≤ 0 半固體；0 ≤ L.I. ≤ 1 塑性體；L.I. ≥ 1 液體

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二、土壤力學性質

提供工程分析與設計所需要的最重要土壤資料的是土壤的力學性質試驗。最基本

也最重要的土壤工程力學性質有三項：強度、壓縮性、透水性。

要能知道在現地可以蓋多高的結構物，要利用哪一種基礎形式，如何設計，都需

要知道土壤的剪力強度。要開挖時，要利用哪一種方式來擋土支撐，也要知道土壤的

剪力強度。結構物未來會有多少的沈陷量，則必須要知道土壤的壓縮性才能夠估計。

要知道地下水流動的速度，或者是開挖時點井抽水量的估算，都要知道土壤的透水性。

1.土壤的剪力強度試驗

土壤的剪力強度試驗有好幾種，今僅就最常用的幾種介紹。這幾種試驗也是實驗

室中最常被指定採用的。試驗的選擇必須要考量是否能符合現地的狀況、設計與分析

的需要與土壤的特性。

土壤的強度和許多因素相關。其中最重要的包括圍束應力、土壤的孔隙比、應力

狀態、含水比等。這些因子中有些彼此相關。

土壤的剪力強度通常利用摩爾庫侖破壞包絡線來定義。

φσ tan)( ucs −+=

工程師根據現地的應力和孔隙水壓來計算土壤的剪力強度。

(1)直剪試驗

直剪試驗，全名為直接剪力強度試驗(Direct Shear Test)。將土樣修整後，放入直

剪盒中，架設於直剪儀上，進行試驗。一般的試體有圓柱形或方形。直徑或邊長約為

5-6 cm。一般是利用 3 吋薄管所取得的土樣來做。

直剪試驗比較適合用來求砂土的剪力強度。雖然也有時候用來決定細顆粒土壤

（沈泥、黏土）的剪力強度，但是因為排水狀況掌握困難，求出來的強度參數並不適

於分析，所以對於沈泥和黏土的土樣不建議採用。

雖然砂性土壤的薄管土樣取得不易，且在頂出薄管後切取試體和移入直剪盒的過

程中，極易受到擾動；但是與製作三軸試驗試體比較，還是較為簡單且較易於做出擾

動較小的試體。

9

通常試驗會採用三個試體，在三個不同的正向應力下受剪動。受剪的結果取正向

應力與剪應力，繪製成破壞包絡線。根據此試驗之破壞包絡線求出來的是土壤的內聚

力(Cohesion, c)和摩擦角(Friction angle, φ)。因為直剪試驗可做到較大的剪位移，因此

求出來的內聚力和摩擦角有兩組，一組為尖峰（最大）強度，一組為殘餘（大應變）

強度。內聚力(Cohesion, c)和摩擦角(Friction angle, φ)用來分析土壤的承載力、邊坡穩

定、開挖穩定等。內聚力之單位為壓力單位，例如 kPa、kg/cm2、t/m2 等；摩擦角的

單位是角度。

剪應力 土樣

正向應力

直剪試驗示意圖

砂性土壤的直剪試驗，每一個試體自準備至剪完約需要 1 小時左右。若試體中細

粒料含量較高，則在施加正向應力時，會進行壓密。壓密時間視土樣而定，可能數〸

分鐘到數小時。此類土壤的剪動速率也較慢，可能要剪上數個小時。

另外，遇到卵礫石層，無法取得適當的土樣時，可以在現地切修土樣後，直接製

作直剪盒，並架設剪動與量測儀器，進行現地大型直剪試驗。

(2)無圍壓試驗

無圍壓試驗(Unconfined Compression)是頗為簡單的一種剪力強度試驗。但是此試

驗只是用於含有係顆粒土壤的試體，若是砂性土壤，則可能無自立性，無法做此試驗。

此試驗多針對較淺層的黏土做，其結果適合用來做邊坡穩定或者是開挖擋土的分析。

此試驗所需要的試體，係取自薄管頂出土樣，經過切削修整後，放在機台上壓縮，

記錄應力-應變曲線，求最高應力，即為其剪力強度。試驗的過程中，並未施加圍束

應力亦無排水狀況的控制。試體的狀況類似現地靠近地表的邊坡上土壤，或者是開挖

後接近裸露開挖面的土壤。

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試體的直徑約 3.5-7.5 cm (1.5-3 英吋)，高度約為直徑的 1.5-2 倍之間。亦即高度

與直徑的比例在 1.5-2 倍之間較為適當。

土樣

無圍壓試驗示意圖

含細粒料極少的砂性土壤幾乎沒有自立性，含水量極高的軟弱沈泥與黏土亦然，

常常無法拿來做無圍壓試驗。

無為壓試驗求出來的是試體的無圍壓強度 qu（有時也稱為黏土的不排水強度），

其單位為壓力單位，例如 kPa、kg/cm2、t/m2 等。

(3)三軸試驗

三軸試驗是一般土壤剪力強度試驗中最精密的試驗。三軸試驗可以較精確地求出

土壤在不同的狀況下的剪力強度。三軸試驗中，依據試體本身受力的狀況不同，又可

以區分為壓縮與伸張試驗。一般做的多半是三軸壓縮試驗。

三軸試驗根據試驗過程中試體的排水狀況，又可以區分為：

不壓密不排水(Unconsolidated Undrained, UU)、

壓密不排水(Consolidated Undrained, CU)、

壓密排水(Consolidated Drained, CD)等三種試驗。

通常因為只取得到好的黏土不擾動土樣，而直剪試驗的各種控制條件不良，不適

合作黏土的試驗，因此黏土多半是用三軸試驗求出剪力強度參數。

11

試驗方式中所謂的壓密和排水，分別指在剪動前試體是否經過壓密作用到一定的

應力和孔隙狀態，以及在剪動過程中是否容許試體因體積變化導致要排水或吸水。這

兩個條件的選擇和現地的狀況有關。此外，三軸試驗通常都會在試驗開始時，先將土

壤試體飽和。以便確保其有效應力狀態可以充分控制和瞭解。

不壓密不排水(UU)狀況，當現地土壤承受的壓密以及應力變化較快速時，例如填

築路堤、開挖。這兩個狀況下，應力變化的速度相對於黏土體積變化和含水量變化的

速率而言很快，土壤中的水分無法及時排出，所以在過程中未經壓密、剪動時亦未能

改變含水狀況。試驗時，試體不經過壓密，剪動時不容許排水，試驗時間較短。整組

試驗最好做三個試體，每一個試體從準備、飽和、到剪完，約需要半天。

UU 試驗求出來的是飽和黏土的不排水剪力強度 su，其單位為壓力單位，例如

kPa、kg/cm2、t/m2 等。

壓密不排水(CU)狀況，土壤有充分的時間壓密，但是剪應力的變化卻很快。試驗

時，試體先在預設的圍束應力下壓密，然後才剪動。剪動速率較快。在剪動過程中，

通常會量測試體中的孔隙水壓。整組試驗最好做三個試體，每一個試體從準備、壓密

飽和、到剪完，約需要半天以上至一天。CU 試驗可求出土壤的總應力內聚力和摩擦

角，c、φ，以及相關之孔隙水壓參數。若有量測孔隙水壓則可以得出有效應力內聚力

和摩擦角， c 、φ 。

壓密排水(CD)狀況，土壤有充分的時間壓密，但是剪應力的變化卻頗緩慢。試驗

時，試體先在預設的圍束應力下壓密，然後才剪動。因為要確保在剪動中試體能充分

排水，因此剪動速率很緩慢。整組試驗最好做三個試體，每一個試體從準備、壓密飽

和、到剪完，約需要一天以上。CD 試驗可求出土壤的有效應力內聚力和摩擦角，c 、φ ，以及相關之體積應變參數。

以試驗本身來說，因為工程的需要，UU 和 CU 試驗較常做。有量測孔隙水壓的

CU 試驗和 CD 試驗都能求出土壤的有效內聚力和摩擦角。CU 試驗可以求出總應力

的內聚力和摩擦角。然而當有必要瞭解土壤在剪應力作用下的體積變化狀況時，就必

須要做 CD 試驗。

三軸試驗試體的高度和直徑比約為 2 (H/D≈2)。因為由三吋薄管頂出土樣需要一

些修整，因此試體的直徑約為 2.8 英吋。若由 2 英吋薄管取出的土樣，則可能修到直

徑約 1.4 英吋。

由於三軸試驗較為精密，試驗起來耗費很多時間，因此取樣的好壞對試驗來說非

常重要。

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(4)動態強度試驗

對於接近飽和的砂性土壤而言，會因為地震或機械造成的震動而發生土壤液化、

降低強度，導致結構物破壞。因此，有時會因為可能會面臨此狀況，而必須要知道土

壤的動力性質。土壤的動力性質可以透過動態強度試驗得知。除了動態強度之外，土

壤的動態性質還包括剪力模數和阻尼比。

這些動態試驗包括動態三軸試驗、中空扭剪試驗等，一般小規模工程的調查中較

少進行。但是對於較重要或對震動較敏感的構造物，例如高速鐵路、大型結構物、科

學園區的廠房等的基地調查，往往都會需要。

2.壓密試驗

土壤的壓縮性利用壓密試驗求得。壓密試驗的結果是工程師計算結構物沈陷量和

估計沈陷速率的依據。

所謂的壓密是指當黏土受到加壓時，因孔隙中的水分排出所造成的體積壓縮。通

常壓密試驗都是針對壓縮性高，且壓縮需要長時間才能完成的黏土來做。

砂性土壤的壓縮性較小，而且因為壓縮時，需要將孔隙中的水排出比較快，壓縮

發生的時間很短；在加上不擾動土樣不亦取得，所以通常不做壓密試驗。砂性土壤的

壓縮性或因基礎荷重造成的沈陷量，通常由標準貫入試驗得到的 N 值來估計。

壓密試驗記錄土壤試體在承受不同荷重下的變形量。

壓密試體土樣

透水石片

透水石片

測微計 123

4567

89

0

荷重施加

單向度壓密試驗裝置示意圖 （曾嘉文）

13

0.10 1.00 10.00 100.00

Effective Stress(kg/cm )2

0.60

0.80

1.00

1.20

Void

Rat

io(e

)

Soil Sample

T2

T4

T6

T7

典型之壓密試驗結果

一般試驗室中壓密試驗的試體是直接利用壓密環和線鋸切削土樣進入壓密環而

得。壓密環本身有鋒利的刃口，可以壓入土壤。試體的直徑為 2.5 英吋，高度為 0.75英吋。

由於未來的沈陷量與沈陷速率分析都必須要依據壓密試驗的結果，而且壓密試驗

的數量往往不多，因此取樣的好壞對於有決定性的影響。

單向度壓密試驗(One Dimensional Consolidation Test)：ASTM D2435-90

a.試體準備：

此實驗採用不擾動的試體，試體自薄管土樣切割後，逐漸以工具修入壓密環得

到。由含水量、比重及試體的重量與體積，求得試體的孔隙率(e)。

b.裝填試體：

將試體修入壓密環中，上下置以濾紙及飽和的透水石，再將試體置入壓密儀中進

行壓密。

c.調整儀器：

調整載重槓桿為 1:9，使桿上圓球狀部份輕觸頂蓋凹槽，並將測微記讀數歸零。

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d.加壓與記錄膨脹壓力：

觀測土壤的變形，若土壤膨脹，則加上小荷重；直至土壤得以維持原體積。平衡

時的壓力即為土壤的膨脹壓力。之後再遵循下列步驟加載重，但應該跳升到比膨脹壓

力大的下一階段開始做。

若土壤並未膨脹，則一般壓密試驗的標準步驟如下。先加 1kg 重的砝碼(加載壓

力為 0.284kgf/cm2)，LIR(Load Increment Ratio)設定為 1，加載直到砝碼總重達 64 公

斤(加載壓力達 18.19kgf/cm2)。於每次加載後的 0.25 分、0.5 分、1 分、2.25 分、4 分、

9 分、16 分、25 分、36 分、49 分、64 分、81 分、100 分，分別記錄其測微計讀數。

e.解壓：

加載到 32 公斤時，進行解壓，依序為 16kg、8kg、4kg、2kg、1kg 並記錄其測微

計讀數，解壓完成後再進行 32kg 和 64kg 的加壓步驟，最後再進行如上的解壓。

f.計算與分析

計算各階段的孔隙率，對載重取對數座標繪圖。求出此 e-log(p)半對數圖上，壓

縮段的斜率即為壓縮指數 cc，回彈段的斜率即為回彈指數 cs。

在各壓密階段中，必須要計算壓密係數 cv，此值代表壓密速率的快慢。將來用來

計算沈陷速率。此外，也在這些階段中求出主壓密完成後的次壓密之次壓密係數。這

個數值代表，類似潛變行為的狀況。

根據壓密試驗的結果可以計算以下的參數，用來做沈陷量和速率的分析。

壓縮指數 cc (Compression Index)，用來分析一定荷重下的沈陷量:

1

2

21

logσσeecc

−=

回彈或回脹指數 cs (Rebound or Swelling Index)，用來分析解壓至特定荷重下的回

脹量:

1

2

21

logσσeecs

−=

次壓密指數 cα (Secondary Compression Index)，在一定荷重下，土壤有類似潛變

的行為，會隨時間還有持續的壓縮。此參數即用來計算特定時間後土壤的沈陷:

15

Tec

log∆∆

=α

壓密係數 cv (Consolidation Coefficient)，用來計算沈陷速率:

t

nHcv

90

2)(848.0 ×=

以上公式中的符號意義如下：

ρ：水的單位重 g：重力加速度 eo：初始孔隙比 H：壓密試體高度 n：單向排水時 n=1，雙向排水時 n=2 t90：90% 壓密完成的時間 av：壓縮係數

壓密試驗由於每一階段的荷重基本上必須要維持約 24 小時，才能夠求出每一階

段的次壓密係數 cα，因此，整個過程需要 2 星期，共 14 天。

3.透水試驗

在試驗室中要知道土壤的透水性大小，必須進行透水試驗求出滲透係數(k)。透

水試驗目前已經改稱為導水度試驗。

但是，事實上在一般的建築工程相關現地調查工作中，很少有必要進行室內的透

水試驗。因為，在工程上並不需要知道土壤的垂直向透水性。

和開挖時抽水相關的滲透係數（導水度）是水平向的。而且，因為現地的狀況較

為複雜，抽水所牽涉的水流範圍之深度頗大，面積也超過整個基地的面積很多，所以

室內的試驗不具有意義。通常會在現地做孔內透水試驗，來求得水平向的導水度。

但是在另一些工程上，現地調查就必須要包括不擾動土樣的室內導水度試驗。這

些工程包括水壩、廢棄物掩埋場等。因為這些工程希望位於比較不透水的地盤上，因

此在現地調查時，希望能夠得到導水度方面的重要資訊。

量測鑽探所得的土樣的導水度試驗基本上有兩種。都只適用於細顆粒含量較高的

16

土壤。砂性土壤仍然會有取樣與製作試體的困難。

這兩種試驗方法，一種屬於所謂的「剛性壁」導水度試驗，另一種屬於所謂的「柔

性壁」導水度試驗。

剛性壁試驗的作法，是直接利用薄管取樣後，將薄管與土樣鋸斷後，套在滲透儀

的頂蓋和底座之間，組合成滲透儀，進行試驗。如此，只要能夠在鋸斷薄管的過程中

較為謹慎，土壤基本上不會受到額外的擾動。

柔性壁試驗的作法和三軸試驗等類似。基本上柔性壁導水度試驗儀和三軸試驗儀

很像，唯一的不同在沒有軸向加壓桿。而三軸試驗儀經過適當的改裝，也可以用來做

柔性壁導水度試驗。在這個方式裡，土樣必須從薄管中頂出，削去擾動較大的部分後，

至於試驗儀中進行試驗。

這兩種試驗方法都是量測在一定的時間內、特定的水頭差之下，水流過土壤的體

積。從而可以得到滲流率，並求出導水度。

一般而言，砂性土壤的導水度利用普通實驗室中的簡單透水試驗儀器就可以做，

需要的時間也很短，整個試驗可能一兩個小時就可以完成。但是，若需要知道砂性土

壤在不同有效應力下導水度的變化，就必須要利用柔性壁滲透儀來量測。

黏土的透水試驗不論是剛性壁或柔性壁試驗儀試驗，需要的時間都較長。

由於土壤的導水度（透水性）差異很大，因此試驗時間的需求也有很大的差異。

砂性土壤的導水度可能在 1 x 10-5 - 1 cm/sec 之間，黏土的導水度則可能小至 1 x 10-10 - 1 x 10-6 cm/sec 之間。往往黏土要經過幾天，甚至幾個星期的試驗才能得到可靠的結

果。

ASTM D 5084-90 之柔性壁滲透儀量測導水度方法中，試體的準備和三軸試驗相

同。而使用的儀器也和三軸試驗類似。

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尾水閥門圍壓閥門

罩頂

外罩

鐵桿

底盤

透水石片

濾紙

濾紙

透水石片

試體

橡皮膜

透氣閥門�(快速接頭)

上蓋

橡皮環

橡皮環

底座

頭水閥門

滲透儀試體裝置示意圖（曾嘉文）

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頭水管線

尾水管線

柔性壁滲透儀

自來水

去離子水

圍壓 頭水 尾水

空壓機

抽氣機

水槽

壓力控制盤

油水分離器

除氣

隔膜儲液儀

圍壓管線

滲流裝置示意圖（曾嘉文）

試驗時，和三軸試驗一樣，要經過壓密和飽和的程序，才能開始試驗。

三、試驗與取樣之關係

試驗室中的土壤試驗精確度頗高，但是往往試驗結果之間有頗大的差異。其原因

主要是因為土壤本身的差異性和取樣的問題。

因為土壤本身的差異性問題是無法克服的天然障礙，因此唯一能改善的就是取樣

的部分。

要有高可靠度的試驗結果，實驗室能夠掌握的幾乎已經完全掌握住，但是這部分

的重要性或影響在目前只佔 10%左右。另外的 90%掌握在取樣的程序。

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