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地特四等申論題 106年 [水利工程] 土壤力學概要

第 一 題

📖 題組:
試詳述下列各問題:(每小題 5 分,共 20 分)
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

標準貫入試驗(standard penetration test)之 N 值如何決定?

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看到這題,應立刻聯想到標準貫入試驗(SPT)的操作步驟。核心拿分關鍵在於精準寫出「打入的深度分段(三個15公分)」以及「捨棄第一段,取後兩段打擊數相加」的規定,若能補充重錘質量與落距,答案將更具專業水準。

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【破題】 標準貫入試驗(SPT)之 N 值,是透過記錄標準重錘打擊採樣器貫入土層特定深度的打擊次數來決定,為現地試驗中評估土壤工程性質的重要指標。 【論述】

小題 (二)

為何含蒙脫土(montmorillonite)土壤容易成為膨脹性土壤(expansive soil)?

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看到「蒙脫土」與「膨脹性土壤」,應直覺聯想到黏土礦物的微觀結構。答題關鍵在於點出其「2:1型晶層結構」、層間「微弱的凡得瓦力」連結,以及「同晶置換」產生的高負電荷,導致水分子極易進入晶層間造成劇烈體積變化。

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【破題】 蒙脫土(montmorillonite)因其特殊的黏土礦物微觀結構,使其在吸水時易產生極大的體積變化,成為典型的膨脹性土壤。 【論述】

小題 (三)

手繪二向度流網(flow net)時應注意那幾項準則(criteria)?

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看到「流網繪製準則」,應立刻聯想拉普拉斯方程式(Laplace equation)的圖解法幾何意義,即「流線」與「等勢線」的相互關係。作答時需條列其正交性、網格形狀(曲線正方形)、流量與水頭變化,以及邊界條件等核心要素。

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【破題】流網(Flow net)係由流線(Flow lines)與等勢線(Equipotential lines)交織而成之網格,用於圖解二維穩態滲流問題。 【論述】 手繪二向度均質等向性土壤之流網時,應遵循下列五項核心準則:

小題 (四)

何謂極限平衡法(limit equilibrium)?

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看到「極限平衡法」,應立即聯想到邊坡穩定與擋土牆分析中最核心的基礎理論。解題時需點出三大關鍵:假設滑動面、剛體靜力平衡、以及利用莫耳-庫倫破壞準則定義極限狀態來求取安全係數。

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「極限平衡法(Limit Equilibrium Method)」是土壤力學中(尤以邊坡穩定及擋土牆分析為主)常用的一種穩定性分析方法。其特徵與步驟包含: (1) 假設破壞面:事先假設一個或數個可能的潛在滑動破壞面(如平面、圓弧面或對數螺線面)。 (2) 極限狀態假設:假設破壞面上的土壤已處於即將發生滑動的臨界(極限)狀態,且面上各點均同時滿足莫耳-庫倫(Mohr-Coulomb)破壞準則。

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