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普考申論題 105年 [水利工程] 土壤力學概要

第 一 題

📖 題組:
(一)請詳述三種可以利用擾動土樣進行的土壤力學試驗。(10 分) (二)請詳述三種不可以利用擾動土樣進行的土壤力學試驗。(10 分)
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

請詳述三種可以利用擾動土樣進行的土壤力學試驗。(10 分)

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看到「擾動土樣」,應立即聯想到這類土樣的自然結構雖已被破壞,但土壤的「顆粒本身性質(如比重、粒徑分佈、塑性)」並未改變。因此,思考方向應鎖定在測定土壤「指數性質(Index Properties)」以及可透過人工重新壓實的試驗,如阿太堡限度、粒徑分析或夯實試驗。

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【破題】 擾動土樣(Disturbed Soil Sample)在取樣過程中喪失了土壤原有的天然結構與應力狀態,但土壤顆粒的本質特性並未改變。因此,適合用於測定土壤的物理指數性質或用於人工壓實模擬的試驗。 【論述】

小題 (二)

請詳述三種不可以利用擾動土樣進行的土壤力學試驗。(10 分)

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看到此題,應立即聯想「原狀土樣」與「擾動土樣」的本質差異。擾動土樣喪失了現地的天然結構、孔隙比與應力歷史,因此任何高度依賴現地「變形特性(如壓密)」與「剪力強度(如無圍、三軸)」的工程設計試驗,都必須使用原狀土樣(即不可使用擾動土樣)。

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【破題】擾動土樣在取樣或運送過程中,已喪失現地土壤的天然結構、孔隙比、含水量及應力歷史。因此,凡是高度依賴現地土壤「變形特性」與「剪力強度」的工程試驗,皆不可使用擾動土樣,必須採用未擾動(原狀)土樣進行。 【論述】 一、單向度壓密試驗(One-Dimensional Consolidation Test)

小題 (三)

試體內的最大剪應力。(5 分)

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看到三軸試驗求「最大剪應力」,應立即聯想到莫耳圓(Mohr's Circle)。莫耳圓的半徑即為最大剪應力,可由最大主應力與最小主應力之差(即軸差應力)除以2來求得。

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【解題關鍵】利用三軸試驗應力關係與莫耳圓原理,最大剪應力即為莫耳圓之半徑。 【解答】 Step 1. 整理已知條件

小題 (四)

最大剪應力面與水平面的夾角。(5 分)

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本題為觀念陷阱題。考生看到「最大剪應力面」時,應立即聯想到莫耳圓(Mohr's Circle)頂點的幾何特性。務必釐清「破壞面(與水平夾角 45°+φ/2)」與「最大剪應力面(與水平夾角 45°)」的根本差異,無需進行多餘的摩擦角計算即可得分。

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【解題關鍵】利用莫耳圓(Mohr's Circle)幾何關係,判定「最大主應力面」與「最大剪應力面」之實體夾角恆為 45°。 【解答】 Step 1:判定主應力面方向

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