土壤力學（港灣工程組）　申論題歷屆試題與參考架構

有一立方公尺的濕土重 2,000 kg，含水量為 20%，密度為 2.65 Mg/m3，若此土壤可以分為固體及孔隙中的水與空氣三相，請據此資料求出：

（一）土壤固體部分的重量及水的重量。（10 分）

（二）固體所占體積、孔隙中水的體積、孔隙中空氣的體積及此土壤的飽和度。（15 分）

（25 分）

有一土層其含上、下兩層砂土層，中間夾一層正常壓密黏土層，上層砂土層厚 10 m，而黏土層厚 6 m，如圖 1 所示。由水壓計的量測得知下層砂土層為受壓水層，其初始水頭位在地表面上 2 m，由於抽水之故，下層砂土層的水頭最終降至黏土層頂端。則請計算：

（一）在 a 點之初始有效應力及經抽水後之最終有效應力為何？（15 分）

（二）由於抽水而在 a 點造成的應變為何？假設在 a 點的應變代表整層黏土層的平均應變，則黏土層造成的沉陷量？（10 分）γ γsat γs圖1

（25 分）

一基樁長 60 m，直徑 0.45 m，將埋置於圖 2 之三層黏土層中（施工對周遭土層之影響為可以忽略），假設安全係數為 2.5，則此基樁的 Q 設計值為何（請用λ的方法，λ值為 0.12）？（25 分）圖2

（25 分）

有一基樁重 500 kg，擬以一重 1,000 kg 的樁錘，以落距為 3 m 的距離，將基樁打入地盤中，假設此基樁以樁錘貫入地盤可以考慮為兩質點碰撞問題，且此碰撞介於彈性與塑性之間，其恢復係數為 0.25，而將此基樁貫入地盤中時，來自地盤的阻抗（resistance）假設為常數，其為 25,000 kg，（樁錘落下速度 V   2gh  ，0.5則將基樁打入地盤中 1 m 所需的打擊數為何其中 V  重力加速度；h  落距）？（25 分）

（25 分）

臺中港北碼頭於 1999 年 921 集集大地震時發生嚴重之損害，包含沉箱傾斜及滑移、液化噴砂、崩塌孔洞及建物基礎掏空等災情。

（一）試說明影響土壤液化（soil liquefaction）之各項因素。（9 分）

（二）動力夯實工法（dynamic compaction method）在國內外常被用來降低土壤液化的災害，試繪圖並說明動力夯實工法的施工方法及此工法之改良機制（mechanism）。（8 分）

（三）碎石樁（stone column）工法也常被用來防治土壤液化，試繪圖並說明碎石樁工法施工方法及此工法之改良機制。（8 分）

（25 分）

某工址之地層狀況如下圖所示，粉土質砂層厚度為 4.2 m，地下水位在地表下 2.0 m，地下水位以上粉土質砂之單位重為 15.3 kN/m3，地下水位以下粉土質砂之孔隙比 e = 0.72，比重為 2.69。粉土質黏土層厚度為 5.25 m，含水量為 22%，比重為 2.72。以取樣薄管（Shelby tube）取出正常壓密粉土質黏土試體，進行排水直接剪力試驗，試體直徑為 60 mm，高度為30 mm，試驗結果如下表所示。試體編號 正向力（N） 破壞時剪力（N）1 84 28.9 2 168 59.6 3 254 89.1 4 360 125.3

（一）試求此粉土質黏土的有效內摩擦角。（10 分）

（二）試求此粉土質黏土層中間點，水平面之剪力強度。（15 分）（請以 SI單位作答，例如 kN/m2）

（25 分）

如下圖所示，有一懸臂式板樁牆被貫入黏土層，板樁上端受一水平力P = 25 kN/m 作用，L = 3.5 m。黏土層之飽和單位重為 17.0 kN/m3，內摩擦角為 0，凝聚力 c = 15 kN/m2。試求此板樁之理論貫入深度（theoretical depth of penetration）D。（25 分）

（25 分）

試回答下列問題：

（一）試繪圖並說明樁載重試驗（pile load test）之設備安排。（7 分）

（二）為何需要進行樁載重試驗？（4 分）

（三）若為軸向壓縮試驗，如何對試驗樁施加載重？（4 分）

（四）如何由試驗結果，判斷樁之極限承載力？（5 分）

（五）在砂土內與在黏土內之載重試驗，承載力判讀時機有何不同？為什麼？（5 分）

（25 分）