世界第一簡單土壤力學
活動訊息
內容簡介
本書由台灣土壤力學專家——國立高雄第一科技大學營建工程系副教授盧之偉 審訂
土壤力學是屬於土木工程的大地工程,研究土壤受力變形到破壞的力學,是社會基礎建設非常重要的一環。本書以漫畫切入,從土壤特性開始介紹,土壤滲透性、壓縮性、剪力、土壤強度等,以及各專有名詞的定義如:孔隙比、乾土單位重、濕土單位重、飽和單位重、含水量土壤等,在故事中由淺入深,循序漸進。
◎土壤與地盤:從基礎開始,告訴你土壤力學是什麼?認識土壤、地盤等基礎建設的專有名詞。
◎土壤組成與性質:土壤狀態、性質、分類,深入剖析。
◎土壤中的水,會造成及大影響,認識地盤內應力是什麼?地下水流動問題,土壤的滲透性,如何求滲透流量。
◎地盤內部的力量:地盤內部變化、自重產生的地盤內應力、載重產生的地盤內應力、滲透流產生的地盤內應力
◎土壤的壓密:土壤的壓密是什麼?壓密的進行、壓密方程式、壓密沉陷的預測。
◎土壤的強度:土壤的強度是什麼?土壤的破壞準則、土讓的剪切試驗、土壤的種類與剪切特性。
◎地盤的穩定、承載問題:防護牆的土壓是什麼?庫倫和蘭金的土壓理論、斜面的穩定是什麼?斜面的穩定分析、地基的承載力是什麼?承載力的求法。
目錄
前言
序幕
第 1 章 土壤與地盤
1 土壤力學是什麼?
2 土壤的生成
3 地盤的形成
4 地盤調查
補充
第 2 章 土壤組成與性質
1 土質力學中的「土壤」是什麼?
2 土壤的狀態
3 土壤的性質
4 土壤的分類
補充
第 3 章 土壤中的水
1 地盤內應力是什麼?
2 地下水的流動
3 土壤的滲透性
4 滲透流量的求法
補充
第 4 章 地盤內部的力量
1 地盤內的變化
2 自重產生的地盤內應力
3 載重產生的地盤內應力
4 滲透流產生的地盤內應力
補充
第 5 章 土壤的壓密
1 土壤的壓密是什麼?
2 壓密的進行
3 壓密的方程式
4 壓密沉陷的預測
補充
第 6 章 土壤的強度
1 土壤的強度是什麼?
2 土壤的破壞準則
3 土讓的剪切試驗
4 土壤的種類與剪切特性
補充
第 7 章 地盤的穩定、承載問題
1 防護牆的土壓是什麼?
2 庫倫和蘭金的土壓理論
3 斜面的穩定是什麼?
4 斜面的穩定分析
5 地基的承載力是什麼?
6 承載力的求法
補充
尾曲
索引
序/導讀
序
◎關於本書
你會拿起這本書,想必是對「土壤力學是什麼?」抱有興趣、疑問吧?我也一直有這樣的感覺,現在仍然站在這片土壤之上。
●「第一次接觸土壤力學,但……」
●「已經試著學習土壤力學,但……」
●「想以輕鬆的漫畫學習艱澀的學科,但……」
本書是以「土壤力學是什麼?」為原動力,期望「讀者能喜愛學習土壤力學」著述了這本書籍。利用漫畫作為入門書,本書扮演「以視覺、概念來理解土壤力學」的角色。
本書由下列部分組成:
●以周圍現象解說土壤力學的【漫畫部分】
●比漫畫更為專業的深入【文字部分】
●作為預備知識,統整例題、解說的【補充部分】
翻閱漫畫部分就能習得知識,而漫畫以外的部分,則可加深理解程度。從日常的疑問到工程力學的問題,本書由七章所構成。為了讓讀者有系統地學習土壤力學,編排參照一般教科書。想要進一步深入的讀者,可以搭配其他參考書研讀。
◎關於土壤力學
土壤,是由固體、液體、氣體組成的混合體,屬自然物質,根據組成、形態,呈現不同的狀況。因此,土壤難以單一理論來解釋,土壤力學可說是單純化、理想化土壤現象(本書「土壤眼鏡」部分),「系統化解決問題的知識與經驗」。其中,「土壤力學是什麼?」還有許多未解明的有趣部分(本書「德在基( Terzaghi ) 1 部分」)。想要掌握稍有難度的土壤力學,「遠瞭大地的飛鳥視角」和「近看土粒的螞蟻視角」是不可或缺的。為了增進讀者想像,本書致力於「周圍現象」、「土壤的角度」,期望讀者能夠結合經驗、感覺來理解。支撐社會基礎的土壤力學,不單是為了滿足自身的興趣、疑問,或者僅為了取得學分,而是可以作為「以飛鳥、螞蟻視角,思考難解現象的訓練課題」。期望本書能幫讀者打好學問的基礎。
寫作時,我參考了許多文獻,以求讓第一次接觸的讀者能感到「容易親近」、「容易理解」
試閱
社會的基礎建設( infrastructure )涵蓋範圍甚廣,包括道路、港灣、機場、上下水道、電力、瓦斯、醫療、消防、警察、行政服務等等,在本書中,是指維持生產基礎的交通建設(道路、港灣、機場)和維持生活基礎的民生建設(上下水道、電力、瓦斯)等土木結構物。
2.土質與地質的差別
( 1 )土質和地質大致的不同
「土質」是以土壤力學等工學領域上較為軟質的地盤為研究對象,主要討論土壤的性質;另一方面,「地質」是以地質學等理工領域中較為硬質的深成(古老)岩盤、山岳地盤為對象,討論岩石、地層的性質。
( 2 )土質和地質技師的部門、科目不同
就技師資格的技術部門及科目來說,土質是屬於「工程建設部門-土質及地基」;地質是屬於「理工應用部門-地質」,兩者的區別整理如下表:
土質與地質的比較表
3.鑽探調查和採樣
( 1 )鑽探調查
「鑽探調查」是,使用挖鑿機等機械,在指定的調查地點或者調查位置,開鑿圓筒狀的孔洞(一般孔徑為 66 、 86 、 116cm ),取樣並進行現地試驗,以便調查地盤的工學性質。
( 2 )採樣
「採樣」是,從調查位置採取土壤試驗用的樣品,根據土壤種類、地盤狀態及試驗目的,選擇適合的取樣方式及採樣器。下表為採取未擾動樣品( undisturbed sample ,土壤結構、力學特性近似於現地狀態的樣品)的採樣器種類及適用地盤。
取樣方式種類及適用地盤表
1. 區段取樣 Block Sampling ( JGS 1231 ※ 3 )
使用鏟子、移植鏝等器具,挖掘地表附近或地下水位以上的砂質土,將塊狀樣品整塊切割脫離地盤,分為切出式和壓切式兩種。
切出式(如圖)
壓切式(如圖)
2. 薄管採樣器 Thin - walled Sampler (固定活塞式採樣器)( JGS 1221 )
主要用來採樣軟質的黏性土,將採樣管緩慢地壓入地盤中。
3. 旋轉式二重管採樣器 Denison type Sampler (丹尼森取樣法)( JGS 1222 )
主要用來採樣硬度為中間到硬質的黏性土,以前端裝設鑽頭的外管,旋轉削切地盤,將未旋轉的內管壓入地盤中採出。
4. 旋轉式三重管採樣器 Tribble Sampler ( JGS 1223 )
主要用來採取砂質土,以前端裝設鑽頭的外管,旋轉削切地盤,將未旋轉的內管壓入地盤,用內側的取樣管採樣。
5. 凍結取樣
主要用在一般方法難以採樣,細粒級較少的砂質土、礫混土,使用液態氮等凍結地盤,再以岩心鑽鑿法採樣。6. GP 取樣 Gel Push Sampler
在單管取樣器中填充高濃度潤滑劑,旋轉削切採樣。因未使用循環水,所以不用清洗樣品表面,可以採取到和凍結採樣相同的高品質樣品。
土質探測 Sounding
「土質探測」是使用鑽桿前端的抵抗體,插入未固結地盤,以貫穿、旋轉、拔出的阻礙程度,調查地盤的強度特性及地盤常數。下面列舉代表的方法:
( 1 )瑞式重量探測試驗
( Swedish Weight Sounding Test )「瑞式重量探測試驗」是,併用載重貫穿和旋轉貫穿的現地試驗,用以判斷土壤的軟硬、夯實程度,目的是要確認軟地盤厚度等。此方法的裝設、操作簡便,具有優異的貫穿力,多用於深度小於 10m 左右的初步調查。
( 2 )簡易動力圓錐貫入試驗
( Dynamic Cone Penetrometer Test )
「簡易動力圓錐貫入試驗」是,使重錘( 5kg )自由落下( 50cm ),求取現地貫入阻抗的試驗。此試驗儀器小型輕量,可裝設於陡峭斜地、狹隘場所,可用於判斷陡峭斜面的風化程度。另外,此試驗所得到的 N d 值,與 N 值及其他探測試驗值有密切關係。
( 3 )可攜式圓錐貫入試驗
( Portable Cone Penetration Test )
「可攜式圓錐貫入試驗」是,將鑽桿前端的圓錐緩慢貫穿地盤,以便連續求得深度方向的阻抗程度。此試驗儀器攜帶容易,經常用於傾斜地、山岳地,但因為是以人力貫穿,僅適用於軟黏性土。另外,此試驗所得到的圓錐貫入阻抗值q c ,可用來進一步求得無圍壓縮強度。
( 4 )荷式圓錐貫入試驗
( Dutch Cone Penetration Test )「荷式圓錐貫入試驗」是,使用二重管為鑽桿,以減少周圍的摩擦,再以壓入裝置貫穿,所以適用堅硬的地盤(到 N 值 30 左右)。但是,因裝置體積較大,反作用力強,主要用於精密調查。另外,此試驗所得的圓錐貫入阻抗值 q c ,可與黏著力 c 和 N 值列出關係式,除了極軟黏性土之外,都能夠求得正確的強度。
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