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地特三等申論題 113年 [土木工程] 土壤力學(包括基礎工程)

第 一 題

📖 題組:
四、某土壤比重 GS = 2.7,飽和單位重 = 20.93 kN/m3,求:(每小題 5 分,共 25 分) (一)孔隙比 (二)孔隙率 (三)乾單位重 (四)浸水單位重 (五)當土壤飽和度 S = 81%時,求含水量
📝 此題為申論題,共 5 小題

小題 (一)

孔隙比

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遇到土壤物理性質計算題,應優先聯想土壤三相圖或各項單位重與孔隙比的關係式。本題給定飽和單位重與土壤比重,可直接利用飽和單位重公式 $\gamma_{sat} = \frac{G_s + e}{1 + e}\gamma_w$ 反向推導求出孔隙比 $e$。

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【解題關鍵】利用飽和單位重公式 $\gamma_{sat} = \frac{(G_s + e)\gamma_w}{1 + e}$ 求解孔隙比 $e$。 【解答】 基本假設:水的單位重 $\gamma_w = 9.81 \text{ kN/m}^3$。

小題 (二)

孔隙率

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看到孔隙率,應立刻聯想到其與孔隙比之間的核心幾何轉換公式。由於這是連貫的題組,可直接利用前一小題求得的孔隙比(e),代入公式 n = e / (1+e) 即可迅速解得答案。

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【解題關鍵】掌握孔隙比($e$)與孔隙率($n$)之轉換公式:$n = \frac{e}{1+e}$。 【解答】 Step 1:確認孔隙比 $e$ 之數值(承接第一小題之推導)

小題 (三)

乾單位重

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看到求乾單位重,直覺應想到土壤相圖基本公式。本題的解題關鍵在於先利用已知的『飽和單位重』反推出『孔隙比』,接著再代入乾單位重公式即可求得解答。

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【解題關鍵】利用土壤相圖的基本重量與體積關係,先由飽和單位重求出孔隙比($e$),再代入乾單位重公式 $\gamma_d = \frac{G_s \gamma_w}{1 + e}$ 求解。 【解答】 計算:

小題 (四)

浸水單位重

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看到求「浸水單位重(有效單位重)」,應直接聯想到阿基米德浮力原理於土壤力學中的應用。其關係式為:浸水單位重等於飽和單位重減去水的單位重。題目已直接給定飽和單位重,代入標準水單位重相減即可迅速得分。

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【解題關鍵】利用浸水單位重(γ')等於飽和單位重(γ_sat)扣除水單位重(γ_w)的關係式直接計算。 【解答】 已知條件:

小題 (五)

當土壤飽和度 S = 81%時,求含水量

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此題考查土壤三相圖的基本關係。看到含水量(w)、飽和度(S)、比重(Gs),首選黃金公式必定是「S·e = w·Gs」。解題時需先透過題幹給定的飽和單位重反推出孔隙比(e),再代入公式即可求得解答。

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【解題關鍵】利用飽和單位重公式求得孔隙比 e,再代入土壤三相基本關係式 $S \cdot e = w \cdot G_s$ 求解含水量。 【解答】 Step 1:利用已知條件求取孔隙比 $e$

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