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地特三等申論題 113年 [土木工程] 土壤力學(包括基礎工程)

第 一 題

📖 題組:
一、請解釋下列名詞(或縮寫、符號)之意涵:(每小題 5 分,共 25 分)
📝 此題為申論題,共 5 小題

小題 (一)

OMC

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看到 OMC 應立即聯想到土壤夯實試驗(Compaction Test)。作答時須寫出中英文全名(最佳含水量),並點出其核心定義:在特定夯實能量下,使土壤達到最大乾單位重(γd,max)時的含水量,最後補充其在土方工程品管上的實務意義。

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「OMC」為 Optimum Moisture Content(最佳含水量)之縮寫。 定義與特徵包含: (1) 核心定義:在特定夯實能量(如標準或改良普羅克特夯實試驗 Proctor Test)下,能使土壤達到最大乾單位重($\gamma_{d,max}$)時所對應的含水量。

小題 (二)

A-line

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看到「A-line」應立即聯想到Casagrande塑性圖(Plasticity chart)以及統一土壤分類法(USCS)。作答時務必寫出其經驗公式 PI = 0.73(LL - 20),並點出其工程應用在於區分細顆粒土壤中的黏土與粉土。

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「A-line(A線)」指在卡薩格蘭特(Casagrande)塑性圖上的一條經驗分界線,用於統一土壤分類法(USCS)中對細粒土壤進行分類。 特徵包含:(1) 其經驗方程式為 PI = 0.73(LL - 20),其中 PI 為塑性指數,LL 為液性限度。(2) 此線適用於 LL ≥ 20 的範圍。(3) 以此線為界,落點於 A 線上方之土壤主要為無機黏土(Clay, C);落點於 A 線下方者則為無機粉土(Silt, M)或有機土壤(Organic, O)。 實務應用為協助工程師依據阿太堡限度(Atterberg limits)試驗結果,正確分類細粒土壤並初步評估其工程行為與力學性質。

小題 (三)

OCR

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看到「OCR」應立即聯想到「過壓密比」(Overconsolidation Ratio),核心概念是土壤的「應力歷史」。答題時必須精準寫出中英文全名與定義公式,並列舉 OCR = 1 (正常壓密) 與 OCR > 1 (過壓密) 對土壤壓縮性與剪力強度的實務影響。

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「OCR」全稱為「過壓密比」(Overconsolidation Ratio),指土壤在歷史上曾受過的「過去最大有效應力」($\sigma_p'$) 與「現時有效覆土壓力」($\sigma_0'$) 之比值,公式為:$OCR = \sigma_p' / \sigma_0'$。 其特徵與分類包含: (1) OCR = 1:正常壓密土壤 (Normally Consolidated, NC),土壤現時承受的應力即為歷史最大應力,壓縮性較大。

小題 (四)

CU 試驗

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看到「CU 試驗」,應立刻聯想到三軸試驗的兩個階段:「C」代表第一階段允許排水壓密(Consolidated),「U」代表第二階段不排水剪力破壞(Undrained)。答題時需精準點出這兩階段的操作條件、孔隙水壓量測,以及可求得的有效/總應力強度參數與對應的工程情境。

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「CU 試驗」為「壓密不排水三軸試驗」(Consolidated Undrained triaxial test)的簡稱,特徵包含: (1) 試驗分兩階段操作:第一階段施加圍壓並開啟排水閥,使試體完全壓密(孔隙水壓消散為零);第二階段關閉排水閥,在不允許排水狀態下施加偏差應力至試體剪力破壞,並全程量測孔隙水壓(u)的變化。 (2) 參數推導:因試驗過程中可量測孔隙水壓,故可依據有效應力原理(σ' = σ - u),同時求得總應力強度參數(ccu, ϕcu)與有效應力強度參數(c', ϕ')。

小題 (五)

PI

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看到 PI 應直覺想到「塑性指數 (Plasticity Index)」,即液性限度與塑性限度之差。解題時需點出其定義公式 (PI = LL - PL),並說明其在工程上代表土壤具備塑性行為的含水量範圍,以及與黏土礦物含量、土壤分類(如 USCS 塑性圖)的關聯性。

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「PI」即為塑性指數 (Plasticity Index),定義為土壤液性限度 (Liquid Limit, LL) 與塑性限度 (Plastic Limit, PL) 之間的含水量差值,公式表示為:PI = LL - PL。 其特徵與工程意涵包含: (1) 物理意義:代表土壤呈現塑性狀態(可產生塑性變形而不碎裂)的含水量範圍大小。

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