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【大地工程學（土壤力學）】講義

一、課程前言： 土壤力學（Soil mechanics）是以研究土壤之物理性質及土體受到各種不同型態力量作用時

之行為科學，進而延伸以土壤工程（soils engineering）是土壤力學原理在實際問題之應用。

本課程將分兩大部分：土壤力學跟基礎工程為主。以中華民國考試院規定相關土木工程專技

高考、普特考相關資訊以大地工程觀點編撰，並分別參考國內外相關權威教科書及歷屆考題

解進行參酌。專業科目將以淺顯易懂方式讓學生對觀念能更加上手明瞭。

二、課程介紹 緒論：土壤組成、單位、特性重要性等。

土壤組成相關原理：組成關係。

土壤相關分析試驗

土壤結構分類

土壤夯實理論實驗

土壤剪力強度

土壤滲透性

土壤應力觀念

土壤側向土壓

土壤沉陷壓縮

土壤邊坡穩定

三、參考書目： BM Das , Principles of Geotechnical Engineering , 5th Edition , PWS Publishing Co. 。

楊全成，大地工程原理與試驗，人生出版社。

蘇承滄，土壤力學試驗及實例，茂榮圖書。

施國欽，大地工程學，詹氏書局。

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I、緒論

一、大地材料（地質材料）定義：土壤或岩石為地表上，岩塊經自然風化作用，因而形成散狀之

礦物顆粒產物。

二、岩石因生成方式不同而經過三種基本型態稱為： （Rock cycle）。

三種型態： 、 、 。

大地材料（地質材料循環）

三、土壤三相組成系統：由土壤之 、 、 三

種組成。

四、土壤特性：

大地土壤利用微觀可發現土壤顆粒間會有其獨特性之變化。

雖為相同土層之土壤；但其材料工作性會因其土層分布方向交錯而有不同的分布之表現。

因大地土壤組織型態複雜，故其受力時土壤應力-應變為非線性（Non-linear）之曲線變化。

大地土壤材料會因其受力變化特性而有其殘餘變形效應發生。

五、土壤力學計算單位

單位系統因選定的基本單位不同，而分成絕對系統與工程系統兩大類。

工程系統的基本單位：質量、長度、時間、力。

絕對系統的基本單位：質量、長度、時間。

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SI 制的由來 以往世界各國自有一套量測長度、質量、面積、體積的單位制度，交流不便。

1960 年，國際度量衡總會乃制定一套新制，作為全世界通用的制度，稱為國際單 位制，簡

稱為 SI 制。

SI 制的基本單位

量 單位名稱 單位記號

長 度 質 量 時 間 電 流

熱力學溫度 物質量 光 度

公尺 公斤

秒 安培

凱耳文 莫耳 燭光

m kg s A K

mol cd

倍數 英文接頭語 中文接頭語 接頭語

1012 109 106 103 102 10

10-1 10-2 10-3 10-6 10-9 10-12

tera giga mega kilo

hecto deca deci centi milli micro nano pico

萬億

十億

百萬

仟

百

十

分

厘

毫

微

塵

漠

T G M k h da d c m μ

n p

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六、土壤工程性質 土壤力學主要探討三個主要工程性質：

流體在土壤中經由孔隙（空氣及水）流進流出。

受力後主要是空氣及孔係水被擠壓而排出造成沉陷變形。

受力因水及空氣不能承受剪力，只有靠土粒提供摩擦力。

七、大地材料兩大類 （Homogeneous Soil）：土壤中任何一點工程性質均相同。

（Isotropic Soil）：同一點或相同土層個方向工程性質接相同

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II 土壤組成相關原理：組成關係

由於以工程觀點來看土壤在三態變化中，有分土壤、液體、最後是空氣。

在理想條件下，探討土壤在三者中所佔之重量與體積之比例。

不飽和土壤 Vs =1

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飽和土壤 Vs =1

說明：

*土壤體積與體積的關係：

孔隙比（Void ratio）e，土體中孔隙和土壤固體體積之比

孔隙率（Porosity）n，為孔隙體積和土壤試體體積之比，即

飽和度（degree of saturation） S，乃孔隙中水之體積與孔隙體積之比，通常以百分比%

表示之。

飽和土壤其飽和度為 100 %。

*重量關係為含水量、溼單位重、乾單位重及飽和單位重。

含水量（Moisture content）

濕單位重（Moist unit weight）

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乾單位重（Dry unit weight）

當土體完全飽和（即所有孔隙體積被水填滿），土壤之濕單位重就等於飽和單位重

*重量與體積之關係式：

現在將此一關係帶入濕單位重公式：

同理，乾單位重公式為

由上述二公式可得

如果土壤試體完全飽和，

因此，

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