土壤力學

解釋名詞

指數性質:
利用一套簡單的試驗而得的土壤性質(含水量、比重、單位重、粒徑分佈、阿太堡限度與指數等)用來將土壤簡單的分類與區分土層層次並進而估計土壤的工程性質(滲透性、壓縮性、剪力強度)。

粒徑分布曲線:
將粒徑分析的結果依通過重量百分比為縱座標與其所對應的對數粒徑為橫坐標繪製粒徑分布曲線。主要是用來將粗粒土壤分類並推估期工程性質。

有效粒徑:
粒徑分布曲線上通過重量百分比為10%時所對應的粒徑。可用來約估粗粒土壤的透水係數(K=C₁D₁₀²)或作為粒徑分布判斷之參考。

阿太堡限度:
細粒土壤顆粒間性質因含水量之變化而異，阿太堡依含水量多寡定義出四種不同狀態的含水量界。

液性限度LL:
土壤於某一特定擾動力作用下仍能發生流動現象的最小含水量。
為土壤液性體與塑性體狀態分界點的含水量界限。

塑性限度PL:
土壤能被輾成直徑3mm之土條而斷裂長度為8~10mm時的含水量。
為土壤塑性體與半固體狀態分界點的含水界限。

縮性限度SL:
土壤於乾燥過程中體積不再發生收縮現象時的最大含水量或黏土飽和時之最小含水量。
為土壤半固體與固體狀態分界點的含水界限。

塑性指數PI:

$PI=LL-PL$。表示土壤塑性體狀態的含水量範圍。
PI越大，塑性越大，吸著水層越厚，不易滲透排水，剪力強度越高。

液性指數LI:

$LI={\displaystyle \frac{W-PL}{PI}}$ 。 LI越大土壤越軟。

稠度指數Cr:

$Cr={\displaystyle \frac{LL-W}{PI}}$ 。 Cr越大土壤越硬。
Cr=0時為靈敏性土壤。 細粒土壤以稠度指數(相對稠度)作為判斷依據

相對密度Dr:

$Dr={\displaystyle \frac{e_{max}-e}{e_{max}-e_{min}}}$ 。 Dr越大土壤越緊密，剪力強度越大，沉陷量越小。
Dr主要用來表示粗粒土壤的緊密程度與飽和砂土液態化之可能性。

均勻係數Cu:

$Cu={\displaystyle \frac{C_{60}}{C_{10}}}$ 。用來表示粗粒土壤的級配狀態。
Cu 1~3者為均勻級配，Cu 9↑者為優良級配。

曲率係數Cd:

$Cd={\displaystyle \frac{D_{30}^2}{D_{10}{D}_{60}}}$。用來表示土壤的級配狀態。
Cd 1~3者為優良級配

土壤分類:
將同類且具有相同性質的土壤聚在一起以顯示其相似行為對解決許多簡單的土壤問題提供相當大的助益。
大多數的土壤分類是用簡單的指數試驗以獲得土壤特性(滲透性、壓縮性、剪力強度、夯實性)。

Casagrande塑性圖表:
細粒土壤分類所用。 PI為縱座標，LL為橫坐標。
A-Line :

$PI=0.73(LL-10)$
LL=50%為壓縮性高低之分界

統一土壤分類表:

單粒結構:
粗粒土壤於沉積過程中受重力影響大於電化力影響，故可沉至適當位置而形成單粒結構。
滲透性大、壓縮性與剪力強度則視結構緊密程度而定。

分散結構:
黏土顆粒小，受表面電化力影響甚大，於沉積過程中帶相同電荷之面互相排斥而形成面面接觸。

飛絮結構:
帶不同電荷之黏土顆粒互相吸引而成邊面接觸或角面接觸。

高嶺土:
氫氧化鋁(鎂)與二氧化矽頁岩堆積而成的雙層礦物。
介面結合力大，水分無法進入介面，無法產生回脹或收縮作用。

伊利土:
氫氧化鋁(鎂)一個位於二氧化矽之上，另一個位於其下之三層礦物，層與層間由鉀鍵連接。
介面結合力中，水可於介面間移動，但無回脹作用，活性增加。

蒙托土:
氫氧化鋁(鎂)一個位於二氧化矽之上，另一個位於其下之三層礦物，層與層間無連接。
介面結合力小，水自由移動於層之間，吸水膨脹、乾燥收縮，受擾動後乘載力下降。

活性:

$Ac={\displaystyle \frac{P{I}_{\mathrm{趴}}}{\mathrm{黏}\mathrm{土}\mathrm{含}{\mathrm{量}}_{\mathrm{趴}}}}$
活性可約略判定黏土礦物成分並決定是否有必要就黏土材料做進一步分析。

復原性:
黏土受擾動後其結構排列與鍵結均受破壞導致損失部分強度，在不改變含水量下，受破壞之鍵結重新建立，並逐漸恢復強度。

抽水試驗:
最適宜測定多層土壤之滲透性。藉著測定抽水井之穩定出水量與觀測井水位即可決定現場土壤之滲透性。

均質土壤:
水平或垂直方向上各點土壤性質皆相同者。

均向土壤:
土體內某一點其各方向之工程性質相同者。

滲透性:
水通過土壤孔隙所遭遇抵抗的一種量度。

流網:
由流線與等勢能線所圍成的近似方形之網狀圖形。用來估計滲流量與孔隙壓力。

滲流壓力:
總水頭差造成滲流，滲流發生時，水流於滲流方向施於土壤顆粒之作用力稱之滲流壓力。

管湧:
滲流出口處，當水力坡降大到足以克服土壤顆粒間的膠結力後，水將較小之顆粒先帶出，之後阻力減小，水力坡降再增加到將較大顆之顆粒帶出，如此一直往上游延伸而形成一管狀流槽。

自由水面:
土內孔隙壓力等於大氣壓力之諸點假想連線。又稱濕潤表面。

有效應力σ‘:
σ’=σ-u ， σ為總應力、u為孔隙壓力
土壤任一方向的有效應力被定義成總應力與孔隙壓力的差。

靜態孔隙水壓Uss:

$Uss=r_{w}h$ ，

$r_w$為水單位重，

$h$為距離水面的垂直距離。

超額孔隙水壓Ue:
由於外加載重等原因而使孔隙水壓力不等於靜態水壓力時的差值。

臨界水力坡降

$i_c$:

$i_c={\displaystyle \frac{Gs-1}{e+1}}={\displaystyle \frac{r_{sub}}{r_w}}$ ， Gs為土壤比重、e為孔隙比。
使流砂現象產生時之水力坡降。

流砂現象:
無黏性之粗粒土壤於向上水流作用下當水力坡降達到臨界水力坡降時其有效應力變為零而呈現不穩定之現象。

壓密(主要壓密):
低透水性土壤由於超額孔隙水壓消散所伴隨的孔隙水排出而導致土體體積減少的現象。

二次壓密(延期壓密):
主要壓密階段完成後，土體在固定的有效應力作用下，體積仍然繼續減少之現象。

不排水條件:
土體內受荷重後水分並無流入與流出，也就是無含水量之改變。一般而言，黏土層於荷重瞬間並未能立即排水可稱之。在不排水的情況下，載重造成孔隙水壓力增加。

液化現象:
飽和的無凝聚性土壤由於外在因素而激發超額孔隙水壓，當孔隙水壓升高而不能排水時，有效應力將減至極低此時土壤呈現不穩定之連續變形狀態，如:噴砂、噴泥。

體積壓縮係數:

$Mv={\displaystyle \frac{\mathrm{\Delta }v}{v_0}}={\displaystyle \frac{1}{\mathrm{\Delta }{\sigma }^{\prime }}}$ ，單位應力作用下的體積變化率。

壓縮係數:

$a_v=-{\displaystyle \frac{\mathrm{\Delta }e}{\mathrm{\Delta }{\sigma }^{\prime }}}$ ，單位應力作用下的孔隙變化率。

壓縮指數: