土木工程 94 年土壤力學考古題

某一砂土樣品在0.5, 1.0, 2.0, 4.0, 8.0 kg/cm2 圍壓下進行三軸排水試驗的結果如圖一 所示，試解釋0.5 和8.0 kg/cm2 圍壓下之應力～應變行為為何不同，並推測該土樣前 期最大圍壓可能是多少？（15 分）

某實驗室針對由一工址鑽探取得之非擾動黏土試體，以飽和黏土試體完成一系列不 壓密不排水三軸試驗，試體在破壞時，圍壓與軸壓分別如下表。 圍壓（kPa） 200 400 600 軸差應力（kPa） 222 218 220 何謂非擾動黏土試體？如何由鑽探取得非擾動黏土試體？此試體之不排水剪力強度 參數cu及φ u分別為何？（25 分）

何謂修正普羅克特試驗？其夯實能量如何計算？夯實的次數如果過多，對土壤之夯 實效果有何不良影響？（20 分）

解釋名詞：（25 分） 等勢能線（equipotential line） 塑性限度（plastic limit） 流性指數（flow index） 正常壓密黏土（normally consolidated clay） 復原性（thixotropy）

對一黏土層進行壓密沉陷分析時，首先進行取樣及單向度壓密試驗。（25 分） 利用作圖說明如何由試驗結果決定該土層之預壓密應力。 說明如何由之結果推得土層壓密沉陷量之計算方式。 以此一方式計算之壓密沉陷量將較現地土層之壓密沉陷量高或低？其原因為何？

如果一組黏土樣品之三軸等向不排水剪力試驗結果如下： 樣品一：圍壓σ3’=20kN/m2 ；軸差應力△(σd) f = 100kN/m2 樣品二：圍壓σ3’=60kN/m2 ；軸差應力△(σd) f = 220kN/m2 試計算有效剪力強度(C’，Φ’)各多少？（10 分）圖解有效剪力強度(C’，Φ’)各 多少？（10 分）敍明理由判斷此為那一類土壤。（5 分）

有一5m高之垂直擋土牆，牆後背填砂土之乾單位重γ=17kN/m 3 ，飽和單位重 γ s a t=20kN/m 3，φ '=35o，地下水位原在擋土牆後側之地表面以下約6m深。若大雨 後地下水位上升至地表面以下2m深，擋土牆後背填土之垂直有效應力分佈、孔隙水 壓分佈、及側向土壓分佈各如何？作用在擋土牆之總推力與翻倒力矩分別為何？合 力之作用點離地表多深？（25 分）

一不透水層上有一厚為10m 之透水層，其滲透係數為 sec / 10 5.4 3cm − × ，在土層中打 設一排版樁，其植入深度為6m，版樁左側水深為5m，右側水深為1.5m，試繪出流 網，並以流網估算此一情況下土層之滲流量，但滲流量單位限用 m m sec/ /

試說明土壤剪力強度試驗之排水條件與工程實務間之關係。（25 分）

在一厚15 m 之黏土地層內進行開挖，其地下水位面位於地表，黏土層下方有一受壓 含水層，該受壓含水層內之水頭均一為低於地表以下3 m，開挖時將開挖面內之水位 抽降至與開挖底面等高。如取抗隆起安全係數為1.5，則此時開挖深度可達多少？並 計算此時位於開挖底面至受壓含水層表面間之中心點深度位置之總應力及有效應力。 （黏土層之土壤單位重，γsat =18 kN/m3；受壓含水層之土壤單位重，γsat =18.5 kN/m3） （25 分）

若以基樁極限承載力為載重試驗目標時，則須加載至樁頭沉陷有什麼現象方可結束 試驗？（10 分）一般基樁載重試驗乃以理論設計之允許承載力的兩倍為準，稱為工 作載重試驗。若有直徑1.5 公尺的基樁，工作載重試驗至兩倍允許承載力時，對應的 樁頭沉陷量為4 公分，試說明此載重試驗結果的可能缺點有那些？（5 分）

試說明一般深開挖工程中常遭遇之大地工程問題，可配合簡圖示意說明之。並請討 論造成該等大地工程問題之可能原因及其分析方法之概念。（25 分）

。（20 分） 三、試從有效應力觀點，說明抽取地下水導致地層下陷的力學機制。（20 分）

以未擾動黏土試體進行室內壓密試驗，得壓密壓力為95kPa 時之孔隙比為1.1，壓 密壓力為600kPa 時之孔隙比為0.87，試求壓密壓力為475kPa 時之孔隙比。（25 分）

在一中度過壓密黏土地層上，擬進行地上三層地下四層之建築物工程。針對此項工 程所需考量之各項因素，說明於分析及設計時應使用之長、短期剪力強度參數及其 適用情形，及調查時應採用那些試驗以獲得這些參數。在長、短期剪力強度考量中， 以何者為主控因素？（25 分）

隨著高樓越高，新近基樁設計越來越大，2.5 公尺或3.0 公尺直徑已很常見。因此，在 直徑較小的基樁載重試驗前，於樁身內分段裝設鋼筋計至樁底為止，則可以得到什麼 額外好處？（10 分）如果基樁載重試驗未達到極限承載力，可以發揮該好處嗎？ （5 分） 94 年第二次特種考試地方政府公務人員考試試題 代號： 科 別： 土木工程、水利工程 全一張 （背面） 32750 33050

若有一長寬各1.5m之方形基腳，基腳底部在地表面以下1m深，地下水位約在地下 3m深。基礎下土壤剪力強度參數凝聚力為15.2 kPa，內摩擦角為20o，地下水位以上 土壤單位重為17.8kN/m3，地下水位以下土壤飽和單位重為19.8kN/m3。若考慮全面破 壞，且安全係數需達4，則此基腳之容許承載力為何（參考背面圖表：Terzaghi承載 力理論之承載力因子）？ 若地下水位升高，則對基腳之容許承載力有何影響？當如 何考慮？（不需實際執行計算，只要說明方法）？（25 分） 94 年交通事業鐵路人員、公路人員升資考試試題 代號： 級 別： 員級晉高員級 科 別： 鐵路：土木工程、養路工程 公路：土木工程 全一張 （背面） 10750、11250 41150、71150 φ Bearing capacity factors, Nc, Nq, Nγ Angle of friction of soil,φ (deg) 45 40 30 20 10 0.1 0 1 10 100 1000 γ N q N φ =0 ; γ N =0 c N φ =0 ; q N =1 =0 ; c N = 5.7

在黏土質地盤上建一結構物，如果預估該土層之次壓密沉陷量太大，有何方法可以 處理？（20 分）

造成基樁負摩擦力的原因為何？有何方法可以減低或消除？（25 分）

有一厚10 m 之黏土層，其不排水剪力強度為50 kN/m2，黏土層之土壤單位重， γsat =18 kN/m3 。其下方為一較堅實之黏土層，其不排水剪力強度為75 kN/m2，土壤 單位重亦為γsat =18 kN/m3 ，厚度為20 m。在此地層內擬採用直徑為0.5 m 之混凝土 樁為承載基礎，樁之極限載重設計為100 公噸，若上層黏土之附著因數為α= 1，下 層黏土之附著因數為α=0.75，則所需之樁貫入深度為多少？（25 分）

長度只有50 m 的飽和黏土層基地如圖二所示，Cu = 3 t/m2 ，γ = 2 t/m3，土層厚度DH = 10 m 且D = 1.5。若希望開挖坡度 ° 30 的邊坡，則請分析安全係數多少？（15 分）如果下大雨 ，地下水位因而升高至上邊坡之滿水位狀況，請問安全係數變為多少？（6 分）但若在上 邊坡整理出長度X = 30 m 的平台，下邊坡平台15 m 的長度，試舉維持安全係數1.5 的三 種工程方法。（9 分） (a)Definition of parameters for the slope °0 °0° 0

造成基樁負摩擦力的原因為何？有何方法可以減低或消除？（20 分）