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專技高考申論題 107年 [土木工程技師] 大地工程學(包括土壤力學、基礎工程與工程地質)

第 一 題

📖 題組:
一、請試述下列名詞之意涵:(每小題 5 分,共 25 分) (一) SPT-(N1)60,cs(Corrected N) (二) 大地應力(Tectonic stress) (三) 混同層(Melange) (四) 消散耐久性試驗(Slake durability test) (五) 岩爆(Rock burst)
📝 此題為申論題,共 5 小題

小題 (一)

SPT-(N1)60,cs(Corrected N)

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看到「SPT-(N1)60,cs」,應立刻拆解其各項下標與代號的物理意義:SPT為標準貫入試驗,N為擊數,1代表上覆壓力修正,60代表能量修正,cs代表等效潔砂修正。作答時需逐一解釋各項修正的目的,並點出其在工程實務上主要應用於「土壤液化潛能評估」。

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「SPT-(N1)60,cs」指標準貫入試驗(SPT)中所量測之N值,經過一系列標準化與參數修正後所得之「等效潔砂修正N值」。其符號意涵與特徵包含:(1) N:標準貫入試驗之原始擊數;(2) 60(能量修正):將不同打擊設備與機具之能量傳遞比,統一修正至60%之標準打擊能量;(3) 1(上覆壓力修正):將現地有效上覆土壓力修正至 1 atm(約 100 kPa)之標準應力狀態;(4) cs(等效潔砂修正,clean sand):考量細粒料含量(FC)對抗液化強度之影響,將含泥砂土的N值修正為純潔砂之等效N值。實務應用為現地試驗評估砂性土壤「液化潛能(Liquefaction Potential)」之核心參數。

小題 (二)

大地應力(Tectonic stress)

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看到「大地應力」,應立即聯想「板塊構造運動」與「水平向應力」。答題時需點出其定義(地殼運動產生)、特徵(水平向為主、形成斷層褶皺),並務必連結到大地工程實務(深部開挖時的應力解壓與岩爆風險)。

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「大地應力」(Tectonic stress)又稱構造應力,是指由地球內部板塊構造運動(如板塊擠壓、拉張或錯動)所引發,作用於地殼岩層內部之應力。 其特徵包含: (1) 方向性:通常以水平向(側向)為主,在板塊邊界帶或活躍造山帶,其水平應力往往遠大於垂直向之自重應力。

小題 (三)

混同層(Melange)

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看到「混同層」,應立即聯想工程地質中板塊聚合帶的典型產物(如台灣的利吉層)。答題時需點出其「塊體-基質(Block-in-matrix)」的巨視特徵、成因,並強調其對大地工程(如邊坡滑動、隧道擠壓變形)的負面影響。

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「混同層(Melange)」係指由大小不一、岩性各異的堅硬岩塊(Blocks),無序且雜亂地散佈在高度剪切變形的細粒泥質基質(Matrix)中所組成的地質體,為板塊隱沒或造山運動過程中,經強烈構造剪切或海底重力滑動所形成,台灣著名的實例為東部的利吉層與南部的墾丁層。 其特徵與大地工程特性包含: (1) 巨視結構呈現「塊體-基質結構」(Block-in-matrix),具備極端的非均質性與各向異性。

小題 (四)

消散耐久性試驗(Slake durability test)

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看到「消散耐久性試驗」,應立刻聯想到軟弱岩石(如泥岩、頁岩)遇水易崩解的特性。答題時需精要點出其「試驗目的(評估乾濕循環抵抗力)」、「試驗過程與指標(2mm篩網圓筒旋轉、兩次循環求得消散耐久性指數Id2)」以及「工程實務應用」。

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「消散耐久性試驗(Slake durability test)」係指用以評估岩石(特別是泥岩、頁岩等軟岩)抵抗乾濕循環交替作用下,發生崩解、泥化或消散能力之室內試驗。 特徵包含: (1) 儀器與操作:將標準重量之塊狀岩樣置於具有特定網目(通常為2mm)之圓筒篩網中,於水槽內以固定轉速(20 rpm)旋轉10分鐘。

小題 (五)

岩爆(Rock burst)

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看到「岩爆」,應直覺聯想到深部地下工程中因高地應力引發的脆性岩體破壞現象。答題時需點出「應變能瞬間釋放」的力學機制,並列舉其發生條件(如高地應力、堅硬脆性岩石)與工程防制實務對策,以展現技師級的實務素養。

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「岩爆(Rock burst)」指深部地下開挖工程(如隧道或礦坑)中,周圍岩體因高地應力集中,導致岩石內部蓄積之彈性應變能瞬間猛烈釋放,造成岩石破裂並以高速彈射、剝落或拋出的動態破壞現象。 特徵包含:(1)多發生於高地應力區且具高強度、高脆性之完整岩體(如花崗岩、石英岩);(2)具突發性且無明顯預兆,發生時常伴隨沉悶的爆裂聲與震動;(3)破壞威力大,極易造成施工機具損壞與人員傷亡。 實務應用與防制對策為:於施工前進行地應力探測與岩爆潛能評估;施工中可採用預先鑽孔或爆破卸載(Stress relief)、優化開挖斷面以減少應力集中、加強岩面噴射混凝土封閉,或安裝具降伏變形能力之柔性高強度支撐系統(如岩栓加掛鋼絲網)以吸收能量並防範落石。

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