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普考申論題 106年 [水利工程] 土壤力學概要

第 二 題

📖 題組:
某一飽和黏土土樣,其含水量為 35.0%,比重 Gs = 2.70,試求:(每小題 5 分,共 25 分) (一)孔隙比。 (二)孔隙率。 (三)乾土單位重。 (四)飽和單位重。 (五)浸水單位重。
📝 此題為申論題,共 5 小題

小題 (二)

孔隙率。

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孔隙率(n)與孔隙比(e)為土壤體積關係的核心指標,兩者有固定的轉換公式。解題時先由前一小題結果或基本公式算出孔隙比,再利用 n = e / (1+e) 即可直接求得孔隙率。

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【解題關鍵】利用孔隙率($n$)與孔隙比($e$)之關係公式 $n = \frac{e}{1+e}$ 進行轉換計算。 【解答】 計算:

小題 (一)

孔隙比。

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看到「飽和」二字,應立即聯想到飽和度 S = 100% (即 S = 1)。接著利用土壤物理性質中最核心的三相關係式「S·e = w·Gs」,將已知條件代入即可輕鬆求得孔隙比 e。

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【解題關鍵】利用土壤三相圖基本關係式:$S \cdot e = w \cdot G_s$ 求解。 【解答】 已知條件整理:

小題 (三)

乾土單位重。

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求乾土單位重時,應直覺聯想到土壤三相圖的基本公式 γ_d = (G_s · γ_w) / (1 + e)。利用第(一)小題求得的孔隙比(e),代入公式並搭配水的單位重(γ_w)即可輕鬆求解,作答時務必清楚標明所使用的單位系統(SI制或公制)。

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【解題關鍵】利用乾土單位重公式 γ_d = (G_s · γ_w) / (1 + e),並代入已知的孔隙比進行計算。 【解答】 計算:

小題 (四)

飽和單位重。

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看到計算飽和單位重,應立即聯想到土壤三相圖中比重 Gs、孔隙比 e 及水單位重 γw 的基本關係式。利用已知條件及前題求得的孔隙比 e(由 S·e = w·Gs 推導),直接代入公式 γ_sat = (Gs + e) / (1 + e) * γw 即可求解,作答時務必寫出公式原型並明確標示計算單位。

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【解題關鍵】利用土壤三相基本關係式推導孔隙比 $e$,再套用飽和單位重公式 $\gamma_{sat} = \frac{G_s + e}{1 + e}\gamma_w$ 進行計算。 【解答】 計算:

小題 (五)

浸水單位重。

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看到求浸水單位重(有效單位重),應立刻聯想到其定義為土壤飽和狀態下扣除水的單位重(即考慮浮力效應)。利用公式 γ' = (Gs - 1)/(1 + e) × γw 即可快速求解,計算前需先由 Se = wGs 推導出孔隙比 e。

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【解題關鍵】利用土壤三相基本公式求出孔隙比,再代入浸水單位重公式 γ' = (Gs - 1)/(1 + e) × γw 進行計算。 【解答】 Step 1 求孔隙比 (e):

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