普考申論題
111年
[水利工程] 土壤力學概要
第 一 題
📖 題組：
回答下列有關土壤滲流問題：
(一)定義土壤中總水頭（head）及其組成形式（type）。（5 分）
(二)定義土壤水力傳導係數（Hydraulic conductivity）並列出三種實驗室量測之方法與適用土壤類別。（10 分）
(三)土壤單位體積之滲流力為 $i gamma_w$ （$i$ = 水力梯度，$gamma_w$ = 水單位重），請以滲流力推導臨界水力坡降及說明發生砂湧（quick condition）之條件。（10 分）
回答下列有關土壤滲流問題：
(一)定義土壤中總水頭（head）及其組成形式（type）。（5 分）
(二)定義土壤水力傳導係數（Hydraulic conductivity）並列出三種實驗室量測之方法與適用土壤類別。（10 分）
(三)土壤單位體積之滲流力為 $i gamma_w$ （$i$ = 水力梯度，$gamma_w$ = 水單位重），請以滲流力推導臨界水力坡降及說明發生砂湧（quick condition）之條件。（10 分）
📝 此題為申論題，共 3 小題
小題 (一)
定義土壤中總水頭（head）及其組成形式（type）。（5 分）
思路引導 VIP
這題考白努利定律在土壤滲流中的簡化應用。在低速流動的土壤中，速度水頭可以忽略不計，因此總水頭只由「壓力水頭」和「位置水頭」組成。
小題 (二)
定義土壤水力傳導係數（Hydraulic conductivity）並列出三種實驗室量測之方法與適用土壤類別。（10 分）
思路引導 VIP
水力傳導係數就是俗稱的滲透係數 $k$。定義來自達西定律。實驗室方法有三種經典方法：常水頭（粗砂）、變水頭（細粒土）、以及從鞏固試驗間接推求。
小題 (三)
土壤單位體積之滲流力為 $i gamma_w$ （$i$ = 水力梯度，$gamma_w$ = 水單位重），請以滲流力推導臨界水力坡降及說明發生砂湧（quick condition）之條件。（10 分）
思路引導 VIP
這題要求用「滲流力」來推導。思考點在於垂直向上滲流時，當「向上」的滲流力等於「向下」的有效浸水重量時，有效應力變為零。此時的水力梯度即為臨界值。
土壤滲流與水力特性
💡 能量差驅動滲流，依土質選試驗法，防範向上滲流致砂湧。
🔗 砂湧現象（Quick Condition）發生機制
- 1 向上滲流發生 — 地下水受水頭差驅動向上流動
- 2 滲流力產生 — 單位體積滲流力為 $i \gamma_w$
- 3 抵銷土體沉重 — 滲流力等於土體飽和水中重 $\gamma'$
- 4 有效應力消失 — 有效應力 $\sigma'$ 降為零，土體失去抗剪強度
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🔄 延伸學習：延伸學習：工程上常利用增加覆土壓力或降低水頭差來防止砂湧發生。
