对另一道2018年考题的讨论

2019-02-12 09:43  来源:岩土网  阅读:11809
最近忙于改版《土力学》教材,拟增加几道边坡稳定的习题,翻了翻历年注册岩土考题,见到2018年考题15(上午),百思而不得其解。“奇题共欣赏,疑义相与析”,因为很怀疑自己的智商,拿出来共大家讨论。

对另一道2018年考题的讨论

李广信

最近忙于改版《土力学》教材,拟增加几道边坡稳定的习题,翻了翻历年注册岩土考题,见到2018年考题15(上午),百思而不得其解。“奇题共欣赏,疑义相与析”,因为很怀疑自己的智商,拿出来共大家讨论。

15. 某建筑边坡高10.0m,开挖设计坡面与水平面夹角50°,坡顶水平,无超载(如图所示),坡体黏性土重度19kN/m3,内摩擦角12°,黏聚力20kPa, 坡体无地下水,按照《建筑边坡工程技术规范》GB 50330-2013,边坡破坏时的平面破裂角θ最接近哪一个选项?

图1 15题附图

图1 15题附图

(A)30°                        (B)33°

(C)36°                        (D)39°

我所见到的解答如下(并非“官方解答”):

答案(B)

主要解答过程:

根据《建筑边坡工程技术规范》GB 50330-2013正文6.2

图片未命名

土坡坡顶水平,无超载

图片未命名

[讨论]

(1) 命题者的错误

我见到题干“某建筑边坡高10.0m”后,将《规范》翻了几遍,也没有发现有关确定“边坡破坏时的平面破裂角”内容。最后按照解答的提示,才发现是在规范条文的“6.2 侧向土压力”一章中。图6.2.10 明明是挡土墙土压力问题,怎么变成了边坡问题?本是风马牛不相及的两种课题,竟然堂而皇之让考生计算边坡破坏时的平面破裂角。

本考题附图1也竟然是光秃秃的没穿衣服的一幅裸图,取消了原规范左侧的仰斜式挡土墙(图2)。“边坡”的合法定义是:具有倾斜表面的岩土体。原图明明是有垛墙挡着,并无“倾斜表面”的。

图2 规范的原图

图2 规范的原图

①倾角为θ的平面是否是边坡的破裂面?

如果它是黏性土坡的破裂面,则其应当是安全系数Fs=1.0。从图1可以计算:

图片未命名

这表明它并不是破裂面。

这正如在砂土中,砂坡的滑裂面倾角为φ,而朗肯理论的主动土压力挡土墙后土体内的滑裂面为45°+φ/2一样。

如果该土的c=0,则土坡的滑裂面应当是θ=φ=12°,可是按照式(6.2.10-3)计算θ=25.7°

另外,对于高10m的黏性土坡,不可能产生平面滑裂面,而应当是近似的圆弧滑裂面。只有在库伦土压力理论是假设墙后土体的滑裂面为直线

② 作为挡土墙,倾角为的平面是否为滑裂面?

有趣的是按照上面计算得到的θ和η用规范的式(6.2.10-1),(6.2.10-2)计算,会得到:

Ka=-0.136, Ea=-129kN,亦即此坡无需挡土墙,是自然稳定的土坡,根据图解法其高度稍小于临界高度。有人就会辩解:既然无需挡土墙,不就变成了边坡了吗?因为式(6.2.10-3)就是有墙的公式,只有将Ea= -129kN计入式(1),计算的Fs=1.0,墙后楔体也就达到静力平衡(见图3)。要求挡土墙水平张拉黏性土体,岂不荒谬?!

所以尽管无需挡墙,这也不是土坡的滑裂面。真正要搜索黏性土坡安全系数最小的滑裂面,需要用圆弧条分法+各种搜索技术手段。

图3是按照仰斜式挡墙计算的Ea= -129kN土楔体的静力平衡,可见θ=33°确实是墙后土体的破裂面。

图3 负主动土压力下的楔体平衡

图3 负主动土压力下的楔体平衡

(2)规范中的错误

这本《建筑边坡工程技术规范》GB 50330-2013的错误很多,可参见:李广信,关于《建筑边坡工程技术规范 GB 50330-2013》的讨论,岩土工程学报,2016,38(12)。

在此题内容方面规范的错误有:

① 条文叙述错误

在条文6.2.10 中,规范写到:“当边坡的坡面为倾斜,坡顶水平、无超载时(图6.2.10),土压力的合力可按下列公式计算,边坡破坏时的平面破裂角可按公式(6.2.10-3)计算”。

正是这一系列“边坡”,误导了命题者。如前所述,图2表示的是一种仰斜式挡土墙,用库伦土压力理论计算时,图片未命名。这里的土体属于“墙后土体”,没有倾斜表面,没有所谓的边坡。

② 挡土墙总土压力的方向错误

在一系列土压力计算中都没有讲土压力的方向与墙背与土间的摩擦角δ, 经常把两种不同方向的土压力简单相加。

对于图2这种情况,其实只需将α<0按照库伦理论即可,并且这种里计算含有δ=-α的条件,即计算的土压力方向是水平的。以下面一个例题说明:

例题. 墙高5m,砂土γ=20kN/m3,φ=30°, 仰斜式挡土墙,墙后土体水平,坡面倾角为图片未命名,根据6.2.10计算总主动土压力。

图3 例题

图3 例题

(1) 计算滑动面倾角

图片未命名

(2)根据(6.2.10-2)计算土压力系数Ka

图片未命名

(3) 根据(6.2.10-1)计算总土压力Ea

图片未命名

验算墙后土楔体,只有Ea是水平时,它才会保持静力平衡。

(4) 按照图片未命名的条件用库伦理论计算:

图片未命名

可见结果是一样的,条件是δ= -α,亦即Ea的方向是水平的。

(5) 从墙后土楔体平衡,看Ea的方向

图片未命名

[结论]

(1) 规范中的6.2.10是一个仰斜式挡土墙墙后的土体,不是什么“建筑边坡”;

(2) 规范图6.2.10中的破裂面是在仰斜式挡土墙上为主动土压力时,在墙后土体中形成的破裂面,在楔体自重和主动土压力下,在这个破裂面上达到极限平衡。砂土边坡的天然休止角为φ,而朗肯理论的墙后土体破裂面倾角为45°+φ/2,二者是不同的;

(3) 考题15 给出的是一个无需挡土墙即可稳定的边坡,这是由于给的坡角图片未命名太小,该土坡本不存在“破裂平面”;如果定要产生破裂平面,则应加一个仰斜式挡墙上水平设置几排锚杆,施加129kN的拉力。如果需要验算边坡的安全度,则应使用圆弧条分法,加上相应的搜索手段,计算其抗滑稳定的最小安全系数。通过图解法验算,该土坡是稳定的。

一个质量很差的规范加上一个质量很差的命题,由前者误导,后者误解,造成这朵奇葩。从今年随机见到的两道题目看,岩土注册考试题目令人很失望。这种考题会使土力学知识很精准的专家和实践经验很丰富的总工都很难通过注册考试;那些计算速度很快,一知半解地迷信于规范的考生倒是容易混过考试,这是很使人忧虑的。

(0)
(22)

我有话说

全部评论(13)

  • 菜鸟依人发表于 07月17日 17:01这家伙很懒,没有个性签名!
  • 老一辈人对知识扎实深入的理解,对待问题严谨的态度,让人敬仰!也应该会让某些有良心的砖夹汗颜,砖夹真和专家不是一回事
点评:
  • XYL12300发表于 02月21日 11:59这家伙很懒,没有个性签名!
  • 李老师,我给你当徒孙,收不收啊
点评:
  • shenyl0211发表于 02月18日 21:51这家伙很懒,没有个性签名!
  • 郑颖人的水平能当院士才是真正的奇葩
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  • q695163878发表于 02月15日 11:23这家伙很懒,没有个性签名!
  • 规范确实是有点表达模糊,这题参数给的也有点问题,之所以会反算出土压力为负,主要是粘聚力参数给的过大,导致力矢量闭合后,土压力成负的了,图3如果粘聚力矢量减小一定量,土压力就不是负的了。
dwl9171发表于06月11日 17:37

岩土题宜从土性实际条件出发,不能为出题而出题。重度19的边坡粘土,粘聚力提20已是不高了。

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  • q695163878发表于 02月14日 18:21这家伙很懒,没有个性签名!
  • 个人觉得规范6.2.10这个公式的推导是在满足滑体水平静力平衡条件推导出来的,也就是说,土压力合力是水平的,通过滑动楔体水平静力平衡条件和竖向静力平衡条件得出土压力与破裂角变量的关系式,然后再求导得出主动土压力破裂角。这样的话公式里就不会出现墙体与土体摩擦角参数,这个公式只适合于土压力合力为水平向的边界条件,我开始以为是土压力水平分力,但那样的话,未知量多了一个无法求解。不知道自己理解的对不对?抛砖引玉吧。
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  • q695163878发表于 02月14日 17:21这家伙很懒,没有个性签名!
  • 我觉得是不是也可以理解为这是一种等效计算方法,就是将实体挡墙和土楔体之间的作用等效为一个力,分析这个楔形体推导出的公式。个人愚见,请李老和大家批评指正。
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  • q695163878发表于 02月14日 17:01这家伙很懒,没有个性签名!
  • 谈谈自己的一些看法,当时学习规范这一块的时候,也是很困惑,因为是计算土压力问题,但公式里却并没有土和墙体间摩擦系数这个边界条件,后来个人理解这个公式是用来计算锚索、锚杆等边坡支护形式的土压力,用来确定锚杆,锚索设计,这只是个人理解。但条文说明里有很明确的说这个公式6.2.10和6.2.3计算土压力值是一样的,我一直很困惑,边界条件不一致。希望能搞懂。
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  • 1126278582发表于 02月14日 11:19这家伙很懒,没有个性签名!
  • 那些计算速度很快,一知半解地迷信于规范的考生倒是容易混过考试,这是很使人忧虑的。
hxj000000发表于02月26日 17:13

哈哈,太幼稚了!你这样的情绪怎么能通过考试呢

点评:
  • huanghanbing发表于 02月14日 08:27祝地质行业越来越好
  • 那下午第25题丢了谁的人?我认为,是整个中国的岩土界。。。
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  • hjb_candy发表于 02月13日 17:48这家伙很懒,没有个性签名!
  • 好好学习
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  • weidu发表于 02月13日 15:37这家伙很懒,没有个性签名!
  • 李老,您的《漫话土力学》什么时候可以出来啊?很想拜读
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  • cz23ls发表于 02月13日 11:22这家伙很懒,没有个性签名!
  • 请问李老师,这题可以用《边坡》规范的3.2.3条来计算破裂角吗?
hackwj发表于05月31日 10:18

我觉得可以

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  • natie2015发表于 02月12日 19:52这家伙很懒,没有个性签名!
  • 李老师,您主编的土力学教材,关于坦墙土压力计算,有一个土压力对称线,左边是作用于坦墙的土块A,右边是滑移土块B。以坦墙上的三角形土块为中心分析,书中求出A的水平土压力,根据a重力求出斜墙土压力。不知您注意到没有,知道A重力和方向,以及其余两个作用力的方向,根据平衡关系自然可以求坦墙的土压力,这样坦墙土压力是精确的。而根据AB之间水平土压力和重力,然后根据勾股定理得出结果,两者有一两个kpa 差别,不属于计算误差范畴。根据A重力大小和水平力大小,求出结果必然改变合力方向角,不再是坦墙和土之间摩擦角。不能自洽,如何解释这种现象?
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李广信

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