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地特三等申論題 107年 [土木工程] 土壤力學與基礎工程

第 一 題

📖 題組:
一、試回答下列問題:
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

何謂莫爾-庫倫破壞準則(Mohr-Coulomb Failure Criterion)?何謂土壤剪力強度參數(Parameters of Shear Strength)?試列舉兩種可求得土壤剪力強度參數之常見室內試驗?(15 分)

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看到本題應直覺反應出土壤力學核心方程式:τ_f = c + σ tanφ。依序解釋該方程式的物理意義即可回答前兩問;最後列舉最基礎的「直接剪力試驗」與「三軸壓縮試驗」作為室內試驗的代表,並簡述其特性。

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【破題】本題測驗土壤力學中最核心的剪力強度理論基礎及其實務檢驗方法,為後續各種基礎工程設計之基石。 【論述】 一、莫爾-庫倫破壞準則(Mohr-Coulomb Failure Criterion)

小題 (二)

說明 AASHTO 土壤分類法之砂土、粉土與黏土之顆粒尺寸範圍。(15 分)

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看到此題,應立即回想 AASHTO 分類法中劃分粗、細粒料的關鍵篩號(No. 10 與 No. 200 篩)。同時必須注意,AASHTO 系統對於粉土與黏土的區別,核心機制是依賴『阿太堡限度』(塑性指數 PI)而非絕對粒徑,答題時務必補充此觀念才能獲取高分。

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【破題】 AASHTO(美國州公路與運輸官員協會)土壤分類法主要依據標準篩孔徑(如 No. 10 與 No. 200 篩)及阿太堡限度來界定與分類土壤。 【論述】

小題 (三)

寫出砂土之靜止、主動與被動 Rankine 土壓係數之公式。(15 分)

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看到此題應立即聯想到土壤力學中最基礎的側向土壓理論。關鍵字「砂土」代表土壤為無凝聚性(有效凝聚力 c' = 0),作答時需精確列出靜止(Jaky 經驗公式)、主動與被動(Rankine 理論)的土壓係數公式,並務必標明公式中符號的物理意義,以確保拿取完整的 15 分。

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對於無凝聚性之砂土(有效凝聚力 $c' = 0$),在假設地表為水平,且擋土牆背面垂直且平滑之基本條件下,其靜止、主動與被動土壓係數之公式如下: 一、靜止土壓係數(Coefficient of at-rest earth pressure, $K_0$) 對於正常壓密(Normally Consolidated, NC)之砂土,實務上最常採用 Jaky(1944)提出之經驗公式:

小題 (四)

試以孔隙比寫出砂土相對密度之定義。(5 分)

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看到「相對密度」,應立刻聯想到這是衡量無凝聚性土壤(砂土)緊密程度的核心指標。作答時必須寫出以孔隙比 (e) 表示的標準公式,並完整解釋公式中最大、最小及現地孔隙比的物理意義,方可穩拿全部分數。

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「砂土相對密度」(Relative Density,符號為 $D_r$)係用以表示無凝聚性土壤(如砂土或礫石)在現地自然狀態或夯實後之緊密程度。其定義為:土壤最疏鬆狀態之孔隙比與現地孔隙比之差值,除以最疏鬆與最緊密狀態孔隙比之差值所得到的百分比。 以孔隙比寫出之定義公式如下: $$D_r(%) = \frac{e_{max} - e}{e_{max} - e_{min}} \times 100%$$

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