土壤壓密與沉陷：過程、影響及工程應用探析
何謂土壤壓密沉陷
土壤壓密是一種很常見的自然現象，而要了解土壤壓密的過程就必須要從土壤三相圖說起，從土壤三相圖中可以看到土壤的組成為土壤、空氣以及水，而壓密的主要過程就是將土壤中的水排出，使土壤顆粒緊密排列的過程，因此土壤壓密的時間與土壤的排水性有很大的關係，如果為砂土壓密所需時間短，如果是黏土透水性差壓密時間長。
土壤壓密沉陷量之表示式如下:
土壤壓密沉陷量=瞬時沉陷量+主壓密沉陷量+次壓密沉陷量
而其中主壓密沉陷可以區分成三種期況分別為
比較表
| 瞬時沉陷 | 主壓密沉陷 | 次壓密沉陷 | |
|---|---|---|---|
| 作用時間 | 載重施加於土壤瞬間 | 孔隙水壓排除過程 | 孔隙水壓排除後 |
| 發生順序 | 最先發生 | 次之 | 最後發生 |
| 作用機制 | 載重施加於土壤時發生，類似於土壤的彈性變形 | 土壤孔隙水的排除，造成土讓孔隙率下降的過程，可以根據土壤過去施加有效應力之大小不同而區分不同的壓密形式 | 載重施加大小不變，且孔隙水排除完成，但土壤沉陷量持續增加，類似於潛變作用 |
Q:土壤壓密與土壤性質之關係為何?
從上述土壤三相圖解釋土壤壓縮可以得知，土壤的壓密就是土壤間孔隙水的排出，因此可想而知當土壤性質為透水性極差的黏土，則孔隙水排出較慢壓密所需時間較長;反之如果土壤性質為土壤透水性極佳的砂土則孔隙水排出較快，壓密所需時間較短。
Q:土壤壓密對建築物的影響為何?
土壤壓密沉陷對建築物最大的影響之一就是土壤的差異沉陷。差異沉陷，是一個在建物中常見的情形，主要發生差異沉陷的原因為不同位置的土壤組成並非均質，且建物的載重重量不一致，因此導致不同位置的土壤沉陷量有所不同。
Q:差異沉陷對建築物的影響?
差異沉陷會導致建築物承受額外的外力，造成結構損壞進而影響安全，依照現行的工程技術，如果在施築前有先進行地質鑽探充分了解基地範圍的地質情形，並針對地質進行適當的基礎設計或進行地質改良…等技術，應該不至於發生明顯的差異沉陷進而造成結構安全。因此差異沉陷造成的結構破壞常見位置為建築物外的附屬結構體，例如大樓外與建物連接的樓梯，因為大樓的沉陷量與樓梯的沉陷量不同，因此長時間下來會造成大樓與大樓外的樓梯連接處裂縫。
Q:何謂過壓密(overconsolidated)及過壓密比（OCR)?
過壓密(overconsolidated)定義為土壤過去承受過比目前更大的有效應力，此應力稱為預壓密壓力(preconsolidation pressure)。同理可想而知另一種情況為土壤過去承受過的有效應力比目前小，而此種情形就稱為正常壓密(normally consolidated)。
而過壓密比（OCR)就是一個用於判斷的指標
OCR=預壓密壓力/現存的有效壓力
- 過壓密土壤: OCR>1
- 正常壓密土壤: OCR=1
- 壓密中土壤: OCR<1
Q:常見造成過壓密土壤的原因為何?
想要了解造成過壓密土壤的原因為何，就必須從過壓密土壤的定義來看，過壓密土壤的定義為土壤過去承受過的有效應力比目前還大，因此我們只需要思考何種情形會造成土壤有效應力下降，最常見的例子如下[1]:
1.土壤上方所受的載重減少。
2.地下水位降低。
參考資料：
[3]structural guide-Consolidation Settlement [simply explained]
