土力11與12

2012/08/06 22:12

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各位研究員大家好：

有人不清楚什麼是超額孔隙水壓力？它和靜態水壓力有何分別？

您躺過水床嗎？在您還沒躺上去，水床鬆軟軟，裏面的水只有靜態水壓力，如果水床高度10公分，水床裡的最大靜水壓就是0.1tf/m²。

當您躺上去後(類比地表加超載q)，水床裡的水壓力就會升高，所升高的部份就是超額孔隙水壓力。如果水床沒破洞，水流不走，這超額孔隙水壓力就一直存在，總水壓=靜態水壓力+超額孔隙水壓力。如果水床有極為微小的裂縫，水慢慢一點一點滲漏掉，超額孔隙水壓就會逐漸減少，水床就會逐漸變扁，這類比成地表下陷(黏土層壓密)。

如果是豬木或馬場躺上去(類比地表加更大超載q₁)，水床裡的水壓力會升得更高，類比成超額孔隙水壓升得更高。

在黏土裡，超額孔隙水壓會隨時間慢慢消光，但靜態水壓力不會(除非水位面改變)。所以當超額孔隙水壓消光後，還會存留著靜態水壓力。

對於壓密量的計算題，「壓密中土壤」的應力起點是較多考生寫錯的地方。

Terzaghi於1925年提出的單向度壓密試驗，奠定他土壤力學之父的地位，此理論講到土壤的壓密速率，最著名的參數就是壓密係數c_v。c_v愈大的土壤，壓密速率愈快，c_v與k_z有正比的關係。c_v值是在試驗室用作圖法做出來的，常見有Taylor平方根時間調整法與Casagrande對數時間調整法，注意考問答題，Taylor平方根時間調整法所求出的c_v會較大，因其過程著重於研究早期壓密過程之速率，而早期壓密速率是偏快的，就像學生跑1000公尺測驗(大部份學生不懂配速)，前100公尺速率很快，後面就很慢了。

對於黏土的壓密速率，注意兩件事(兩種題型)勿混淆：

1.      某點壓密比U_z怎麼算(沒有方程式可用，必須從圖6-12算。)

2.      整層平均壓密度U怎麼算(有2條方程式指涉T_v與U的關係，必須背。)

考試可能給你一大堆圖表、公式，考你選擇的能力。

在研討會上，我們有舉例(全班平均分數或個別學生的分數)來對比這兩件事的不同。

C_s、C_c、T(時間因數)沒有單位，c_v有單位。

試驗室試體一定是雙向排水，考題不需再交代。

只有一個公式連結真實時間t，即T_v×H_dr² = c_v×t 。想求真實時間，就是考這公式。式中，H_dr是最長排水路徑，並非黏土層厚度，請留意。

理論上壓密完成耗時無限久，即t→∞，故T_v的最大值趨近無限大，而不是1。實務上可以取U = 99.9%當成完成壓密行為。

完成壓密之後，有效應力就不再上升，可是土壤可能繼續變形，這就是土壤的潛變，稱為二次壓縮。二次壓縮的計算題相對少。

第七章是考題最多的一章，若學不好，基礎工程就吃力了，因為基礎工程是剪力強度的應用。

土壤的強度準則，通常是使用庫倫建議的強度線：τ_f = c + σ tanΦ。注意它的意義是強度線。強度線就是破壞莫爾圓的公切線。主應力(外力)和強度參數(c、Φ)之間的關係是：
σ₁ = σ₃tan[45^o+0.5Φ]² + 2c×tan[45 ^o +0.5Φ] ，此式必記，為土壤力學天字第一號方程式。有關更多的莫爾-庫倫破壞準則，請見《材料力學論衡》第十二章與第十一章末尾的那篇小文章。

被動土壓力係數K_p = tan[45^o+0.5Φ]²，恆大於等於1。

主動土壓力係數K_a = 1 / K_p = tan[45^o-0.5Φ]²，恆小於等於1。

土壤進行三軸壓縮試驗的軸向加壓試驗，破壞時，試體破壞面和水平面夾角 α_f = 45^o+0.5Φ’，注意有時考題問的是試體破壞面和垂直面夾角，那答案就是45^o-0.5Φ’。

如果有好幾個應力莫爾圓同時畫在紙上，紙面將擁擠不堪，最好是應力莫爾圓改用一個點來表示，紙面較清晰，我們取圓的頂點來代表這個圓。

圓頂點的座標值正好是[(σ₁+σ₃)/2，(σ₁-σ₃)/2)]。可以令p =(σ₁+σ₃)/2，q = (σ₁-σ₃)/2，這樣(p,q)就可以畫出圓的頂點。

把所有瀕臨破壞莫爾圓的頂點集合起來，就形成K_f線。

當土體受力時，應力莫爾圓慢慢增大，頂點的位置也慢慢移動，把這些移動的頂點連成線，就稱為應力軌跡(或應力路徑)，它代表土體應力變化的過程。當應力軌跡碰到K_f線，土體就破壞；宛如莫爾圓切到τ_f線，土體就破壞。

在以前計算機未限制的年代，可以利用迴歸方式求強度參數c與Φ，目前計算機已經有限制，這種迴歸題型就不可能出現。但是題目會給兩個破壞莫爾圓的資料，兩個圓只有一條公切線(破壞包絡線)，確實有唯一解，不須迴歸，土木技師已經考了。

室內試驗分直剪試驗及三軸試驗兩種。直剪試驗又分成快剪Q、壓密快剪R、慢剪S三種。每一種的排水狀況並不相同，因為它們各是模擬現場土體受載時不同的排水狀況。三軸試驗也分SUU、CU、CD三種，每一種也對應到現場土體不同的受力過程、排水狀況。

大家要知道，人類不是時間太多，才發明各種不同過程的試驗。人類是要把現場受力的過程、排水條件，移植到試驗室，所以試驗室才有各種不同試驗過程。試驗過程必須和你工地的加載過程、排水條件相同，你在試驗室做出的強度參數才可以拿到工地現場用。

緊砂、鬆砂、嚴重過壓密黏土、正常壓密黏土進行直剪試驗的剪應力、剪應變曲線不同，研究員要會畫。緊砂、嚴重過壓密黏土有尖峰強度。

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