2013年9月21日 星期六

土力07與08

12/07/23 06:40
各位研究員大家好:

我們持續關注土壤的滲透性質,尤其是它的精神指標k(滲透係數)

當滲流方向與層次方向垂直時,我們欲用一「等效」滲透係數kz代表整層的滲透細數時,公式為「香港公式」(HongKong Formula),其記憶特徵,已經於研討會中講過。

我們必須熟練加減乘除,「總水頭 = 位置水頭 + 壓力水頭」。左式可以改寫「總水頭 = 位置水頭 + 靜水壓力造成的水頭 + 滲流壓力造成的水頭」。
上式類比成球類比賽「總得分 = 第一局得分 + 第二局得分 + 第三局得分」。

位置水頭和高程有關,找流線網裡的相異兩點比較,某點高度越高,位置水頭值呈正比越大,但其靜水壓力越小;反之高度越低的點,位置水頭值越小,但靜水壓力越大,形成「位置水頭 + 靜水壓力造成的水頭 = 常數」如此一來,這兩點的總水頭差距,就是滲流壓力水頭的差距

舉個例講,統一獅和兄弟象比賽,雙方約定只打三局。統一獅一局上半和二局上半的得分數,等於兄弟象一局下半和二局下半的得分數,也就是雙方打完前兩局平手。如此我們一定可以推論出,這場比賽雙方的得分差距,就是雙方在第三局的得分差距

「總應力 = 孔隙壓力 + 水壓力」。壓力水頭的高度,就是總水壓力的表現,也就是uss+us+ue的總表現。考不上的朋友,不是被偉大的橢圓積分打敗,而是被渺小的加減乘除打敗。加減乘除是技師的根本

水力坡總水頭損失量 / 流經的流線長度。注意,分子是總水頭損失量。水力坡降愈大,對土壤產生的滲流力越大,如果水流方向是向上,就可能讓土顆粒浮動起來,形成不穩定。

若水流流經第一層土壤後,又流經第二層土壤,則總水頭損失比例Δh1: Δh2 = L1/(A1K1): L2/(A2K2)

對於單向度滲流,若訂土壤上方的水位面uss=0,則滲流水壓(us):上流為正,下流為負。

抵抗砂湧(sand boiling)的安全係數FS = icr / i = 臨界水力坡降 / 目前的水力坡降。

臨界水力坡降icr = γ’/γw = (γsat -γγw 

依內政部營建署90年規範,抗砂湧的安全係數必須大於等於2,背此公式時,它的附圖必須同時練習畫。《建築物基礎設計構造規範》一定要買,營建雜誌社編印,文笙書局有賣。砂土承受向上的水流,可能發生砂湧,開挖要檢討。

依內政部營建署90年規範,抗湧起(上舉,uplift)的安全係數必須大於等於1.2,背此公式時,它的附圖必須同時練習畫。注意上舉的分離面是不透水層底部,而不是擋土壁體底部。黏土因底部不透水,可能發生上舉,開挖要檢討。

流線網圖也是考題大本營。研討會有教畫圖技巧,均質均向的土壤,流線和等勢能線正交,畫圖時,曲線四邊形內儘量塞進一個圓。單位時間滲漏量公式q = k (Δht)Nf / Nq必記,水力坡降一般以截水牆底部最大,但該處無位移空間;反倒是下游出水面有位移空間,最是危險。水每流經一個等勢能線間隔,總水頭就消耗掉h / Nq可依此規則求出壩體下各點總水頭。接下來若知道土壤內點位高度(位置水頭),就可以算出該點水壓力。

壩體下游側設置截水牆,宛如以橡膠水管澆花時,用手捏住水管出水口,必定使水管內水壓暴增,類似壩體下方的上浮力暴增。壩體上游側設置截水牆,宛如以水管澆花時,用手捏住近水龍頭出水口,必定使流量大幅減小,管內幾乎無水,於是可推定壩體下方的上浮力變小。

接近下課時,我們介紹了「如何利用流線網速算滲流水壓us」的方法,熟悉了此法,可以迅速由uss + us得總水壓。當然,也可以繞道而行,由總水頭減掉位置水頭而得壓力水頭,壓力水頭就是總水壓,稱之殊途同歸。課堂上強調,這兩種方法都要會,若有一種不熟,即代表某一觀念有盲點

課後有一些朋友留下來問滲流及流網圖問題,問得很好,看得出您問的問題,正在雕刻腦海裡成熟正確的土壤力學模型。這些朋友真的很專注,你們是少數不同凡響的人,將來成就也一定非凡。

如果說材力的困難指數是100,則土力只有22,真的,榜首說的。但對於不算考古題的人而言,困難指數是跟目前的加權股價指數一樣高。

希望您一早就進圖書館,閉館時才出館。

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