土壤力學重要觀念暨考題釋義

房性中

一、試比較1.粉土、2.粘土與、3.黃土三種材料之差異性？

參考答案：
　1.粉土
一般而言，粉土之性質極不「穩定」，加水震動的同時，極易產生流動之情形，壓密及排水性能較砂土為差，可塑性與凝聚力甚低，透水性較粘土為大，惟依其化學成份及組成可分為下列兩大類：
　　(1)無機粉土(Inorganic Silt)：
顆粒一般大於0.06mm，孔隙較有機粉土為大，用手觸摸有堅硬的感覺、不易壓縮，承載及傳遞力量(載重)之情形良好。
　　(2)有機粉土(Organic Silt)
顆粒一般介於0.002～0.06mm之間，顏色呈現深灰色居多，用手觸摸有鬆軟的感覺，嗅之有味道，較易壓縮，承載能力相對較無機粉土為低。因含「有機物質」，不適用於土木工程之回填等工作。
　2.粘土
顆粒約介於2×10^-3～2×10^-2mm之間，為各種土壤中較細粒徑者，大多為沉積性土層，不具光澤、略帶泥臭，其最大特性為具有凝聚性及可塑性、浸於水中易軟化、分解，吸水性極強、乾燥時強度可能甚高，潮溼時強度降低甚快；透水性不佳、承載能力偏低，依其構造之不同，可分下列三大類：
　　(1)高嶺土：
以相連接之二氧化矽頁及氫氧化鋁頁之構造單位組合而成，其粒徑為10^-2～2×10^-1mm，潮溼時，略呈油性及塑性，其疊合層次約70～100層，故結合力較大，非常穩定，水份無法進入頁間，不發生回脹及收縮作用。
　　(2)伊利土：
其基本構造單位為矽鋁水化物，乃為粘土頁岩之主要成份，其親水性大於高嶺土，但小於蒙脫土，頁間之水份可以自由進出，但不發生回脹現象。
　　(3)蒙脫土：
其基本構造單位為氫氧化鋁頁居中間、上下為二氧化矽頁。此類粘土之粘性最高、膨脹性很大、結合力亦弱、水份容易進入頁間，呈現高回脹性及高收縮性，有時吸水膨脹可達14倍之多。
　3.黃土：
黃土顧名思義，係分佈於黃河流域各省份之區域為主，有時覆蓋全部土地、厚度可達二、三百公尺，其顆粒多呈「尖角形」，主要成份為石英、次為長石、輝石、角閃石及粘土，碳酸鈣含量可高達20～30%，原生黃土不具層次，但具備垂直方向之解理，易形成極陡峭的懸壁。其生成原因係由西伯利亞向南吹的北風將蒙古沙漠的細沙一直向南吹，最遠可達長江南岸，惟長江流域之厚度銳減、不若黃河流域之厚。
至於其分類，則屬於風積土之一種，易形成於沙漠周圍或冰川外圍，顆粒細而均勻、孔隙大、土壤分類大多為ML、CL或MH；另具有中等之凝聚性及透水性、乾燥時強度高、能維持直立不坍。

二、已知某土層之N值分別為7.0、2.0、4.0、12.0、8.0、1.0、15.0、7.0、5.0、及13.0，試回答或計算下列問題：(1)評估有無離譜之數據必須剔除。(2)試決定平均N值。(3)以統計學方法在98%可靠度信心水準下，求設計N值。(4)試求合理之設計N值。(5)試分析試驗N值≧8.0之機率。

參考答案：
　1.以日本瀝青混凝土舖裝要綱方法為基準：

(詳右表)

(詳右表)
故不必剔除任何數據。﹟

n	3	4	5	6	7	8
r(n,0.05)	0.941	0.765	0.642	0.560	0.507	0.468
n	9	10	11	12	13	14
r(n, 0.05)	0.437	0.412	0.392	0.376	0.361	0.349
n	15	16	17	18	19	20
r(n, 0.05)	0.338	0.329	0.320	0.313	0.306	0.300

　2.平均N值

　3.可靠度設計N值

(詳下表)
　　　　　　　

故98%可靠度設計N值必須採用1.0 #

	工程系統可靠度(%)
R值	工程系統可靠度(%)
0.00	50.0
0.50	70.0
1.00	85.0
1.30	90.0
1.65	95.0
2.00	98.0
2.50	99.3
3.00	99.9
4.00	100.0

　4.合理之設計N值，採用下列日本常用公式：
設計N值＝各點N平均值

(d2詳下表) ＝

＝3.0 #

個數n	2	3	4	5	6	7	8	9	10
d₂	1.41	1.91	2.24	2.48	2.67	2.83	2.96	3.08	3.18

　5.已知

則

由標準常態分配表可查得：

時，
則

故試驗N值

的機率為33% #

三、請扼要列述借土區勘選之原則及建議位址。

參考答案：
　1.借土區勘選原則：
　　(1)借土量、土質能否符合計畫需要。
　　(2)借土后能否增加土地利用價值。
　　(3)地形上屬於較獨立之山頭。
　　(4)運距適當及交通進出方便。
　　(5)地上物與地價補償費用較少。
　　(6)不影響既有水路之排放。
　　(7)潛在地質災害較少、並避免造成大量開挖邊坡及水土保持工作。
　　(8)不得於下列地區借土：
　　　A.水源保護區。
　　　B.國家公園。
　　　C.其他法令規定不准取土之地區。
　2.借土區位址建議：
由於借土區非屬公路或工程用地範圍內，根據上述勘選原則，於計畫路段沿線或工程區域，考慮運距在10～15公里範圍內，可初步選定借土區以利提供將來細部或規劃設計時參考；若運距大於15公里以上，最好加作經濟效益分析或評估等工作。

四、土壤工程若以回彈模數MR值(Resilient Modulus)為設計之依據，試說明影響MR值之相關因素有那些？

參考答案：
影響土壤工程MR值的因素，主要有下列幾項：
　1.一般物理性質：
塑性較大者、M_R值可能相對較低；A-5～A-7-6之土壤亦可能較A-1～A-4者MR值為低。
　2.乾密度rd值：
試體製作之乾密度rd值，必須符合施工規範所規定之壓實度，而影響乾密度之因素，尚有`含水量及夯實能量，故上述三者必須事先確定、才能獲致試體之乾密度值。一般土壤其M_R值與乾密度值成正比，惟「一次線性」趨勢不盡相同。
　3.飽和度：
在乾密度值固定之前提下，飽和度愈高表示含水量愈多，則所得之M_R值愈低。
　4.圍壓：
當軸差壓力(

)固定時，圍壓(

)值愈小，則M_R值相對亦小，反之則M_R值增加。
　5.軸差壓力：
當圍壓固定時，路基土壤的M_R值隨軸差壓力的增加而有漸次降低的趨勢；少數土壤在

大於10psi時，則有稍呈上昇之現象，此乃或因顆粒性行為顯著之故。
　6.加壓次數：
當加壓次數增加時，土壤彈性回彈變形量會減少，致M_R值因而增加。
　7.尺寸效應：
一般試驗項目均有尺寸效應，故路基土壤M_R值試驗的試體尺寸仍依規範規定，採用直徑2.8吋、高度6吋，因此，仍有研究及發展的空間。通常而論，尺寸較小者，其M_R值可能會較高。
　8.加壓停留時間：
MR值大小與加壓停留時間成反比，亦即同樣的加壓次數及試驗條件，加壓停留時間愈短，則所得之M_R值愈大。■

參考文獻
　1.房性中，〝標準貫入試驗N值應用的比較與探討〞，文笙書局，1998年12月第二版。
　2.陳世芳，〝理論土壤力學實用基礎工程問題精集〞，文笙書局，1977年6月再版。
　3.洪如江，〝初等工程地質學大綱〞，1991年3月初版。
　4.房性中，〝材料暨舖面工程實務問答集〞，文笙書局，1998年10月初版。