近3年注冊考試中的滲流問題

2020-11-13 08:31  來源:巖土網  閱讀:1656
自2018年以來,注冊考試的案例題只有25題,取消了原來的5道可選的余量,使命題專家和考生都大大減少了回旋的空間,難度隨之增加。這3年案例題的一個特點是有關滲流的內容有所增加。滲流是土力學中概念較多較深的部分,其中有關的考題中有些瑕疵,在這里提出供大家商討。

自2018年以來,注冊考試的案例題只有25題,取消了原來的5道可選的余量,使命題專家和考生都大大減少了回旋的空間,難度隨之增加。這3年案例題的一個特點是有關滲流的內容有所增加。滲流是土力學中概念較多較深的部分,其中有關的考題中有些瑕疵,在這里提出供大家商討。

例題1.2020年上午案例4題

某河流相沉積地層剖面及地下水位等信息如圖所示,①層細砂滲透系數k1=10m/d,②層粗砂層厚5m,之下為不透水層。若兩孔之間中點斷面的潛水層單寬總流量為q=30.6m3/d,試計算②層土的滲透系數最接近下列何值?

圖片未命名

(A)12.5m/d (B)19.7m/d (C)29.5m/d (D)40.2m/d

【答案】D

【解答】

據《土力學》

水力梯度圖片未命名

①層單寬滲流量:圖片未命名

②層單寬滲流量:圖片未命名

②層滲透系數:圖片未命名

【分析】

此題的命題原意是很好的,題目簡單,計算量也小,考察了土力學的基礎知識。但犯了一個概念的錯誤,對于專業人員很容易起誤導的作用。

如果我出下面一道知識題,大家怎么選擇?

單選知識題:下圖砂土滲流中的哪一自由水面線(浸潤線)的選項是正確的?

圖片未命名

【答案】:C

【分析】:在自由水面線上,總水頭即為其位置水頭。

A:曲線的后一段反翹,水向高處流,違反了能量守恒原理;

B:水面線為直線,其水力坡降i為常數,對于均勻的砂土,根據v=ki,則流速v也是常數,但滲流斷面面積越來越小,起始流出的部分水哪里去了??

C:是正確的,隨著斷面積減小,水力坡降增加,滲流流速增加,總流量不變;

D:起始段為水平線i=v=0,不會有水流出,后面的滲流水從豈不是“疑是銀河落九天”?

所以此案例題的水位線應有所說明:假設水面線為直線。其實,由于細砂下有滲透系數較大的粗砂層,自由水面線的曲率會較小,水力坡降也較小。所以此題知識微瑕,不會影響考生的計算與選項,也不會造成災難性的后果。但指出還是必要的。

例題2 2019年案例19題

某飽和砂層開挖 5m 深基坑, 采用水泥土重力式擋墻支護, 土層條件及擋墻尺寸如下圖所示, 擋墻重度按 20kN/m3, 設計時需考慮周邊地面活荷載 q=30kPa, 按照《建筑基坑支護技術規程》JGJ120-2012, 當進行擋墻抗滑穩定性驗算時, 請在下列選項中選擇最不利狀況計算條件, 并計算擋墻抗滑移安全系數 Ksl 值。 (不考慮滲流的影響)

圖片未命名

【答案】B

【解答】:

A與C 選項的堆載部分位于擋墻頂部, 此部分堆載會直接增大墻底的正應力而提高擋墻的抗滑移穩定性, 故而 B和D 選項的情況更為不利。

(1) 主、被動土壓力系數

φ=30°,Ka=1/3 ,Kp=3.0

(2) 水壓力計算

按照《建筑基坑支護技術規程》式(6.1.1)

EawwH2/2=10×122/2=720kN/m        Epwwh2/2=10×72/2=245kN/m

umB=γw(H+h)/2×B=95×4.2=399kN/m

(3) 土壓力計算

圖片未命名

(4) 抗滑安全系數:

圖片未命名

【分析】

此題的計算源于《建筑基坑支護技術規程》JGJ120-2012的式(6.1.1)。其水壓力分布如下圖所示。

圖片未命名

原題標明 (不考慮滲流的影響),但在圖(a)中墻的兩側為靜水壓力,而在底部兩端存在水頭差和水力坡降,亦即必然在底部有滲流。而此題附圖及《規程》的圖(6.1.1)都表明是在均勻地基土中,水在兩側不流動,而在底部流動,違反了物質不滅原理。

因而此題的正確命題應被視為圖(b),亦即墻底部為黏土,是不為砂土,由于滲透系數相差很大,忽略了砂土滲流中的水頭損失,按靜水壓近似計算。

此題的錯誤在于《建筑基坑支護技術規程》,規程的編制者對于土中滲流就沒搞清,命題者也不予追究,答題者按規程計算,盡管大家都錯了,也皆大歡喜。沒有歧義,沒有爭論,也就沒有麻煩。但道理還是要講的。

例題3. 2019年上午案例9題

如圖(a)所示, 某河堤擋土墻, 墻背光滑垂直, 墻身不透水, 墻后和墻底均為礫砂層,

礫砂的天然與飽和重度分別為γ=19kN/m3 和γsat =20kN/m3 , 內摩擦角為30°, 墻底寬

B =3m, 墻高 H =6m, 擋土墻基底埋深 D =1m, 當河水位由h1 =5m 降至h2 =2m 后, 墻

后地下水位保持不變且在礫砂中產生穩定滲流時, 則作用在墻背上的水平力變化值最

接近下列哪個選項? (假定水頭沿滲流路徑均勻降落, 不考慮主動土壓力增大系數)

(A) 減少70kN/m  (B)減少28kN/m  (C) 增加42kN/m  (D) 增加45kN/m


圖片未命名

【答案】B

【解答】

i=Δh/L =(5-2)/(5+3+1)=1/3 ,   Ka=1/3

主動側滲流向下, 滲透力引起土骨架的豎向應力增加, 土壓力增加, 同時引起水頭損失, 使水壓力減小。

j =iγw= 1/3 ×10=10/3kN/m3 , 則

墻背的土壓力增量為 ΔEa=Kajh2/2= 1/3 ×10/3×52 × 1/2 =125/9kN/m

滲流引起的水頭損失為 Δh=iL= 1/3 ×5= 5 /3 m, 水壓力損失為50/3kP

ΔEw= 1/2 ×5×50/3=125/3kN/m

總水平力減少量:ΔEw-ΔEa=125/3 -125/9 =27.8kN/m

【分析】

此題講“作用在墻背上的水平力減少28kN/m”,似乎也對,但是在降水之前兩側水壓力平衡不計,扣除浮力,水平主動土壓力以浮重度計算,則降水后作用在墻背上的水平力(樁主動土壓力)是增加的,因而此墻由于降水而更不安全了,這里會有理解的歧義。

另外滲徑按L=5+3+1=9m計算也有歧義,因為在畫流網時,第一條流線是結構物的外邊界線,即出口應為斜向線>1m,不一定豎直向上,因為墻面與填土間的滲透系數可能更大??墒怯譀]有給出墻坡的傾角,只好這樣計算了。較嚴格的命題以圖(b)的樣子好一些。

2018年以來,案例題固定在25題,給命題和考試都增加了很大的難度。這兩年命題專家努力拓寬行業和專業的知識面;在傳統的工程和專業領域挖掘新的考點;盡力減少一些無謂的計算量;有些命題很有新意,看來是真正用心了。盡管有些不足和瑕疵,但沒有發生災難性的錯誤或歧義。

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我有話說

全部評論(6)

  • 781563367發表于 11月18日 15:06這家伙很懶,沒有個性簽名!
  • 直線流線這題出了好幾次了,某些教材上的也是直線,曲線去年也出了,難點在于kiA中的平均過流面積也是粗略估算,所以考慮簡便計算直接弄成直線了。
781563367發表于11月18日 15:12

基坑規范水泥土墻um計算感覺采取簡化計算了,現在計算抗傾覆問題還有爭論,按規范是粗算,也不知道到底是用水壓力的傾覆力矩減,還是直接套規范公式,巖土到處都是糊涂脹,每年也沒官方答案,全靠猜猜猜

點評:
  • xiaomin發表于 11月17日 19:55這家伙很懶,沒有個性簽名!
  • 我還不能理解巨佬說的什么,可是,什么時候能懂?
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  • jiran發表于 11月16日 18:52這家伙很懶,沒有個性簽名!
  • “出口應為斜向線>1m”,原來我最初的想法是對的,命題專家估計最初也是這個想法,因為原圖給出了傾角α,后面想到流線⊥等勢線,那么就取垂直線1m了……
點評:
  • penghhjx發表于 11月16日 09:33這家伙很懶,沒有個性簽名!
  • 編寫規范的人員主要還是工程人員,很少理論有李教授這么高的,所以理解的都沒有這么透徹,考試沒時間思考,只能按規范或書上的公示解答。
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  • yuruiwang發表于 11月15日 12:23這家伙很懶,沒有個性簽名!
  • 深刻!
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  • 水易發表于 11月14日 22:11
  • 好透徹(? ??_??)?
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