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高考申論題 106年 [土木工程] 土壤力學(包括基礎工程)

第 一 題

📖 題組:
某飽和土壤之比重 Gs = 2.72,孔隙比 e = 0.70,試求: 若土壤飽和度為 Sr = 75%時,試求:
📝 此題為申論題,共 5 小題

小題 (一)

乾土單位重。(5 分)

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看到此題應立即聯想到土壤的三相圖關係。計算「乾土單位重」時,所需參數僅為比重 ($G_s$) 與孔隙比 ($e$),公式為 $\gamma_d = \frac{G_s \gamma_w}{1 + e}$。題目給定的飽和度 ($S_r = 75%$) 為干擾條件,測試考生是否清楚乾土單位重與實際含水狀態無關的物理意義。

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【解題關鍵】乾土單位重公式 $\gamma_d = \frac{G_s \gamma_w}{1 + e}$(注意:乾土單位重由土壤骨架決定,與當下之飽和度無關)。 【解答】 Step 1:釐清已知條件與物理意義

小題 (二)

飽和單位。(5 分)

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看到此題應立刻聯想到土壤三相圖與單位重公式。注意題目可能存在的觀念陷阱:雖然給定了當下飽和度 Sr=75%,但若題目所求為「飽和單位重(γ_sat)」,其定義為孔隙100%被水充滿時的單位重,故計算時飽和度仍應代入 100% (Sr=1)。同時為了避免題目有漏字或筆誤,解題時可一併計算出 Sr=75% 時的濕單位重以確保拿分。

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【解題關鍵】利用土壤相狀基本公式 γ = (Gs + Sr·e)/(1 + e) × γw 計算,並釐清「飽和單位重」的物理定義。 【解答】 已知:比重 Gs = 2.72,孔隙比 e = 0.70,水單位重 γw = 9.81 kN/m³ (或 1 t/m³)。

小題 (三)

浮水(浸水)單位重。(5 分)

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看到浮水單位重(γ'),應立即聯想到其定義為土壤在完全沒入水中(Sr=100%)扣除水浮力後的有效單位重。題目所給的 Sr=75% 屬於干擾資訊(或供其他子題使用),計算時務必回歸 γ' = (Gs - 1)/(1 + e) × γw 的公式進行求解。

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【解題關鍵】浮水單位重必定建立在土壤完全飽和(Sr=100%)且受水浮力作用的前提下,公式為 γ' = (Gs - 1)/(1 + e) × γw。 【解答】 Step 1:釐清力學狀態與干擾條件

小題 (四)

濕土單位重。(5 分)

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本題測驗土壤基本物理性質之三相關係(Phase Relationships)。看到已知比重(Gs)、孔隙比(e)與飽和度(Sr)要求濕土單位重,應立即聯想到公式:γm = (Gs + Sr·e) / (1 + e) × γw,直接代入數值即可迅速求解。

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【解題關鍵】熟記土壤三相關係公式:濕土單位重 $\gamma_m = \frac{G_s + S_r \cdot e}{1 + e} \gamma_w$。 【解答】 基本假設:

小題 (五)

含水量。(5 分)

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看到土壤基本物理性質的計算題,首要聯想土壤的三相圖與基本關係式。本題可直接使用核心公式 $S_r \cdot e = w \cdot G_s$(飽和度 × 孔隙比 = 含水量 × 比重),將已知數值代入即可輕鬆求解。

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【解題關鍵】利用土壤基本物理性質關係式:$S_r \cdot e = w \cdot G_s$。 【解答】 已知條件:

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