水利工程 111 年土壤力學考古題

請回答下列問題： 某一編號A 土壤之篩分析及阿太堡試驗結果列於表一，請依統一土壤 分類法（USCS）判定此土壤之分類符號（Group Symbol），並說明判定 步驟。（10 分） 表一 土壤 篩分析（通過百分比） 液性限度 塑性限度 編號 No. 4 No. 200 LL PL A 99 76 52 24 另對該土壤進行自然狀態下之各項基本性質試驗，得知其飽和度 (S) = 60%、孔隙比(e) = 0.64、比重(Gs) = 2.68，試求該土壤之液性指數 （LI）為何？並由LI 之結果，說明此土壤之特性。（15 分）

回答下列有關地盤下陷問題： 現地土層模型如表1 所列，砂土層A 下方為厚度4 m 之黏土層B，地 下水位以上簡化為乾土單位重，地下水位位於地表下2 m。當地下水 位於短時間內降至地表下5 m 深度後維持不變，計算因地下水位下降 引致之黏土層壓密完成後之地盤下陷量。（10 分） 若此黏土層於室內進行試體厚度2.5 cm 之雙向排水單向度壓密試驗， 達到50%平均壓密度（Uavg%）所需時間為120 秒，請預測現地達到50% 平均壓密度所需天數（ avg% 50% U  , Tv,50% 0.197  ），並參考圖1 推估此 時於深度10 m 及12 m 之孔隙水壓力。（15 分）

請回答下列問題： 某一土樣在實驗室獲得之標準Proctor 夯實試驗結果列於表二，試求該 土樣之夯實曲線、最大乾單位重與最佳含水量？（10 分） 表二 試驗 編號 夯模體積 （cm3） 夯模內濕土重 （N） 濕土含水量 （%） 1 944 16.83 10 2 944 17.85 12

( ) v v dr c t T H  , 2 % ( ) for 60% 4 100 1.781 0.933log(100 %) for >60% U T U T U U           表1 土層模型 土層 深度（m） 土壤種類 相關參數 A 0.0 - 8.0 砂土 乾單位重

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14 kN/m  ，飽和單位重 3 17.8 kN/m  B 8.0 - 12.0 黏土 飽和單位重 3 18.8 kN/m  ，孔隙比 0.8  LL 40  ，壓縮性指數（Cc） 0.27  ，回脹性指數 （Cr） 0.05  ，預壓密應力（ p σ）100 kPa  C 12.0 以下 岩盤 圖1 無因次壓密度變化圖 dr z H Degree of consolidation, Uz Tv 35080 二、回答下列側向土壓力與擋土牆問題： 對有效剪應力強度參數為（c′ 0  , ϕ′ 30  ）之顆粒性土壤，考慮一土 壤元素其垂直有效應力為100 kPa，計算此元素於K0、Rankine 主動破 壞及Rankine 被動破壞這三種狀態之水平土壓力並繪製此三莫爾圓 （Mohr circle），並標註其極點（pole）。（15 分） 列出傳統RC 擋土牆穩定性分析需考慮五種可能破壞型態。（10 分） 三、考慮40 m 內土層模型如表2 所示，地下水位位於地表下5 m，假設地下 水位以上土壤總體單位重與飽和單位重相同，考慮一底部封閉之圓型鋼 管樁，其外徑為50 cm，厚度為4 cm，貫入土中樁長為30 m，計算下列 數值： 使用Meyerhof（1976）公式，推估樁尖垂直承載力（Pointbearingcapacity,Qp）。 （5 分） 分別採用α-method（採用 ' 0.45 =0.5( / ) v uc   ， ' v 為平均垂直有效應力）、 β-method（兩黏土層重模有效摩擦角均為 ' 30 R  ）及λ -method （λ 0.14  ）計算樁側阻抗力（shaft resistance）。（15 分） 採用FS4.0，計算不同樁側阻抗力下淨容許承載力（net allowable pile capacity）。（5 分） 表2 樁基礎分析地質模型 土層深度（m）土壤種類 相關參數 A 0.0 - 10.0 黏土 飽和單位重 3 18.8 kN/m  ，正常壓力黏土 不排水剪力強度 u c 30 kPa  B 10.0 - 40.0 黏土 飽和單位重 3 1 .8 kN/m 9  ，正常壓密黏土 不排水剪力強度 u c 100 kPa 

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回答下列土壤物理性質問題： 請列出最常見之三種黏土礦物，並說明如何以一般土壤物理性質試驗 辨別。（10 分） 分別說明進行AASHTO 及USCS 土壤分類所需資料，並列出必要之 篩號。（10 分） 請說明如何以角錐貫入儀法（fall cone method）量測細顆粒土壤液限。 （5 分）

944 17.85 18 一路堤工程進行滾壓夯實回填後，採用砂錐法（Sand Cone Method）檢 核滾壓後之相對夯實度（Relative Compaction）是否符合規範之要求， 試說明檢核步驟。（15 分） 三、請回答下列問題： 試說明標準貫入試驗（SPT）之試驗步驟。（10 分） 與標準貫入試驗有關之結果包括N、N60 與(N1)60，試分別說明它們的意 義及如何求得？（15 分） 四、請回答下列問題： 試說明樁載重試驗之錨樁反力方法。（7 分） 一支長（L）為16 m、直徑（D）為1 m 之圓形場鑄樁進行樁載重試驗， 其試驗結果示於圖一(a)及圖一(b)，若採用樁頭沉陷量在2.5%D 時作為 詮釋該支樁之極限載重，試求該支樁之樁表面摩擦力與樁底支承力？ （10 分） 圖一(a) 圖一(b) 已知此樁試驗工址之簡化土層如圖二，黏土試體之飽和單位重（γsat）與 無圍壓縮試驗（UC Test）之qu 值亦示於圖中，試求此樁之摩擦力經驗 係數α 值？（8 分） 圖二 Clay sat = 21 kN/m3 UC 試驗：qu = 200 kN/m2 1 m 16 m