高考申論題
111年
[港灣工程] 土壤力學(含樁基礎)
第 一 題
📖 題組:
有一土層其含上、下兩層砂土層,中間夾一層正常壓密黏土層,上層砂土層厚 10 m,而黏土層厚 6 m,如圖 1 所示。由水壓計的量測得知下層砂土層為受壓水層,其初始水頭位在地表面上 2 m,由於抽水之故,下層砂土層的水頭最終降至黏土層頂端。則請計算:
有一土層其含上、下兩層砂土層,中間夾一層正常壓密黏土層,上層砂土層厚 10 m,而黏土層厚 6 m,如圖 1 所示。由水壓計的量測得知下層砂土層為受壓水層,其初始水頭位在地表面上 2 m,由於抽水之故,下層砂土層的水頭最終降至黏土層頂端。則請計算:
📝 此題為申論題,共 2 小題
小題 (一)
在 a 點之初始有效應力及經抽水後之最終有效應力為何?(15 分)
思路引導 VIP
本題測驗「有效應力原理」與「一維穩定滲流對孔隙水壓之影響」。解題關鍵在於辨識居中的黏土層為弱透水層,其內部孔隙水壓受上下含水層的水頭邊界差異影響,而呈現深度上的線性分佈。解題時需先求出不受抽水影響的總應力,再分別計算初始與抽水後的上下邊界壓力水頭,利用線性內插求得 a 點之孔隙水壓,最後以總應力扣除水壓即可得有效應力。
小題 (二)
由於抽水而在 a 點造成的應變為何?假設在 a 點的應變代表整層黏土層的平均應變,則黏土層造成的沉陷量?(10 分)
思路引導 VIP
本題測驗受壓水層抽水對上方黏土層引致之壓密沉陷。解題重點在於:1. 總應力不變下,抽水引起孔隙水壓下降,進而增加有效應力;2. 黏土層中的水壓分佈呈線性漸變(穩態滲流),需分別計算抽水前後 a 點的水壓;3. 由於未提供初始孔隙比 $e_0$,需假設土粒比重 $G_s$ 以反推 $e_0$,再代入正常壓密沉陷公式。