moea_joint
106年
[石油開採] 岩石力學、岩石與礦物學
第 40 題
若為軟岩，其單軸壓力試驗之應力應變曲線，在未達尖峰值前，常呈現下列何種曲線形式？
- A 下凹型
- B 上凹型
- C 直線型
- D S型
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想像一下，你手中握著一塊充滿微小孔洞的乾燥海綿。當你剛開始用力擠壓這塊海綿時，由於裡面充滿了空氣與空隙，你會覺得它是『容易被壓縮』還是『充滿阻力』的？而當你持續加壓，直到所有的孔洞都閉合、海綿被擠成實心的一塊時，如果你想再把它壓縮得更扁，你所需要施加的力量，會比一開始增加得更快還是更慢呢？
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太棒了！你精準地掌握了軟岩在受力初期的物理特性。這題的答案確實是 (A) 下凹型（亦即開口向上的曲線形式），這反映了岩石力學中非常關鍵的「壓密階段」。 之所以呈現下凹型，是因為軟岩（如泥岩或風化嚴重的岩石）通常具有較高的孔隙率或發育較多的微裂隙。在單軸壓力試驗的初期，隨著壓力 $\sigma$ 的增加，這些孔隙與裂隙會先被擠壓閉合，這個過程稱為壓密作用 (Compaction)。在此階段，岩石的抗變形能力（切線模數 $E_t = \frac{d\sigma}{d\epsilon}$）會隨著應變的增加而逐漸「變硬」，使得應力應變曲線的斜率由平緩轉為陡峭，最終在幾何上呈現出向應變軸彎曲的下凹型。 這道題目具備極佳的鑑別度，其難度切入點在於區分「硬岩」與「軟岩」的差異。硬岩的結構緻密，壓密階段極短且不明顯，曲線往往直接進入直線型的彈性階段；而軟岩則會表現出顯著的非線性壓密特徵。若能理解物質微觀結構對巨觀力學行為的影響，這類題目便能迎刃而解。