民國115年 高考三級 水土保持工程 水土保持工程（包括植生工法）
第3題
請詳述植物根系主要是透過何種力學機制或模型，來提升邊坡土壤的抗 剪強度？（25 分）
題目
請詳述植物根系主要是透過何種力學機制或模型，來提升邊坡土壤的抗 剪強度？（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、基本概念：根系透過加筋（reinforcement）作用，將鬆散土體轉化為根土複合材料（root-soil composite），提高土壤抗剪強度。於莫耳—庫倫破壞準則 τ＝c＋σtanφ 中，根系主要提升視凝聚力（apparent cohesion, c_r），並略增摩擦角。
- 二、斜根加筋模型：Waldron 與 Wu 提出斜根模型，假設根在剪切面處受拉，拉力之水平與垂直分量分別提供剪力阻抗與正向應力，Δc＝(T_r／A)(sinθ＋cosθtanφ)，T_r 為根拉力、A 為剪切面積、θ 為根與剪切面夾角，即「張力—加勁」機制。
- 三、破壞模式與根束模型：根受力後可能拉伸斷裂（tension failure）或由土中拔出（pull-out failure），取兩者較小值為極限拉力；根束模型（root bundle model, RBM）以根系直徑分布及拉力—位移曲線積分，求得根束最大加勁量，較單根模型更接近現地。
- 四、其他力學機制：垂直根系具錨定（anchoring）效果，側根形成網狀加勁與拱效應（arching），可抑制淺層滑動；根盤（root plate）提供抗傾覆；根系吸水降低孔隙水壓、提高基質吸力（matric suction），屬水文力學效應。
- 五、限制與應用：加勁量受根徑、根長、分布深度、根土界面摩擦、季節及腐朽影響，且僅對淺層（約一至二公尺）有效；深層滑動仍須配合地錨、土釘或排水工法。設計宜以現地根系調查搭配根束模型評估，並注意樹種選擇與後續維護。
AI 依官方試題文字產生的參考解答，非考選部公告答案，內容僅供備考參考。