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普考申論題 106年 [水利工程] 土壤力學概要

第 一 題

📖 題組:
試說明下列問題: (一)何謂主動土壓力?試舉一發生主動土壓力之工程案例。(5 分) (二)何謂被動土壓力?試舉一發生被動土壓力之工程案例。(5 分) (三)何謂靜止土壓力?試舉一發生靜止土壓力之工程案例。(5 分) (四)淺基礎極限承載力因子有那些?極限承載力因子有何用途?(10 分)
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

何謂主動土壓力?試舉一發生主動土壓力之工程案例。(5 分)

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看到這題,首先聯想「擋土牆與背填土的相對位移關係」,『主動』即代表擋土牆向遠離背填土的方向移動。答題時需點出土壤達到塑性平衡時,側向土壓力降至最低值此一核心概念,並以常見的懸臂式擋土牆受側推外傾為例。

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「主動土壓力」(Active Earth Pressure)係指當擋土結構物受背填土推擠,向「遠離」背填土的方向產生微小位移或傾斜時,土壤內部的抗剪強度逐漸發揮,直到背填土達到塑性平衡(剪力破壞)狀態。此時作用於擋土結構物上的側向土壓力會降至極小值,此極小值即稱為主動土壓力。 【工程案例】 一般山坡地或道路邊坡常見的「懸臂式擋土牆」即為典型案例。當背填土回填完成後,牆體受土壤側向推擠,會向外側(無土側)產生微小的傾斜或變形,此時作用於牆背的側向壓力即為主動土壓力。實務設計上多以主動土壓力作為此類懸臂式或重力式擋土結構物的設計載重。

小題 (二)

何謂被動土壓力?試舉一發生被動土壓力之工程案例。(5 分)

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看到本題應先釐清擋土結構位移方向與土壓力大小的關係。被動土壓力發生於擋土結構『推向』土體並使其達到塑性平衡破壞的狀態;舉例時可聯想工程中需要『依賴土體提供抵抗力』或『結構物被迫擠壓土體』的情境。

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「被動土壓力(Passive Earth Pressure)」係指當擋土結構物(如擋土牆)受外力作用,向牆後土體方向發生移動或推擠,使土體內部應力達到剪力破壞(塑性平衡狀態)時,作用於結構物上的側向土壓力。此時的土壓力達到最大值,為土體所能提供的最大側向抗力。 發生被動土壓力之常見工程案例包含: (1) 擋土牆或板樁牆之牆前覆土區:牆體受背側主動土壓力推擠而向外(開挖面)變形時,開挖面以下之牆前土體會受到牆體的推擠而產生被動土壓力,以抵抗牆體之傾覆或變形。

小題 (三)

何謂靜止土壓力?試舉一發生靜止土壓力之工程案例。(5 分)

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看到土壓力題型,應立即聯想擋土結構物的「側向位移方向與程度」。靜止土壓力的關鍵字是「零位移」,舉例時只要尋找實務中被剛性支撐卡死、無法發生變形的擋土結構物(如地下室外牆)即可輕鬆拿分。

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【破題】靜止土壓力發生於擋土結構物完全無側向變形的狀態。 【論述】 一、定義:

小題 (四)

淺基礎極限承載力因子有那些?極限承載力因子有何用途?(10 分)

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考生看到此題應立刻聯想太沙基(Terzaghi)淺基礎極限承載力公式(qu = c'Nc + qNq + 0.5γBNγ)。從公式中拆解出三個核心因子(Nc、Nq、Nγ),並分別說明其代表的物理意義(凝聚力、覆土重、土壤自重);接著再從工程設計的角度,說明這些因子是如何結合土壤抗剪強度來推算基礎容許承載力與設計尺寸。

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【破題】淺基礎極限承載力因子源自於太沙基(Terzaghi)等學者提出之極限承載力理論,為將土壤之剪力強度參數轉換為基礎承載能力之重要無因次係數。 【論述】 一、淺基礎極限承載力因子之種類

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