以一道例题看注册考试的命题与答题

2019-10-18 08:17  来源:岩土网  阅读:4026
最近有人问及一道关于黏土挡土墙土压力的计算题,感到有必要进行分析与讨论,也许有助于岩土注册考试的命题与答题。

以一道例题看注册考试的命题与答题

李广信

最近有人问及一道关于黏土挡土墙土压力的计算题,感到有必要进行分析与讨论,也许有助于岩土注册考试的命题与答题。

岩土工程注册考试的命题一个大忌就是繁,特别是计算之繁。在7分12秒的时间进行一系列代数、几何、三角运算,使得50岁左右的总工们狼狈不堪,通过率基本是0;而30岁左右的工程师和研究生们的通过率总是在30%以上;如果允许参加高考的高中生中的考神们来考,也许通过率会更高。以下面一道例题说明命题与考试的学问。

例题:

某边坡采用重力式挡土墙支护,墙高9m,墙背光滑垂直。墙后填土为表面水平的黏性土,重度图片未命名。内摩擦角图片未命名,黏聚力图片未命名,计算墙后的总主动土压力图片未命名

图片未命名

[讨论]

由于考虑土的黏聚力图片未命名图片未命名时,主动土压力图片未命名为负值,“负压力”即为拉力,图片未命名以上也被称为拉力区;而墙土间没有抗拉强度,就会在此间出现裂缝,所以这个区域也就是裂缝区;因而也就不存在土压力,所以也叫“零土压力区”。注意这里的关系是:拉力区图片未命名开裂区图片未命名零土压力区。

这种考题是教科书中的基本例题,目前在注册考试中已经基本绝迹了,如果多是这类考题,通过率将超过50%,会为领导们所不容,所以实际上的考题多是其变种。

变种I

在上题的墙顶地面上作用有大面积均布荷载图片未命名(见图2),计算墙后的总主动土压力图片未命名


图片未命名

[讨论]

这比上一题要复杂一些了。由于同时存在c与q,图片未命名正好图片未命名,但单独作为考题仍显的较单薄。一般包含在验算重力式挡墙的稳定,土钉墙的抗拔与加筋土墙的筋材拉力与布置等情况。这里既考查了对于零土压力区的概念,也大大减少了后面的计算量,是一种很人性化的命题。

变种II

在原例题中,在顶面墙背2.78m范围布置有均布荷载图片未命名(见图3(a)),根据《建筑边坡技术规程》GB50,330-2013,计算墙后的总主动土压力图片未命名


图片未命名

[解答]

计算局部均布荷载的主动土压力分布深度图片未命名

图片未命名

可见q只影响图片未命名深度范围内的主动土压力,对于图片未命名以下土压力分布无影响。但在拉力区就增加了一个三角形的主动土压力区(见图3(b)的阴影区)。

图片未命名

[讨论]

根据《边坡规范》,由于局部分布荷载q在墙背产生的主动土压力范围正好在图片未命名区域,对图片未命名以下没有影响。并在图片未命名区域产生了矩形的土压力分布,其中一部分抵消了该区三角形的拉力,剩下一个三角形分布的主动土压力,这个土压力分布的底边为图片未命名最后总主动土压力成为两个独立的三角形区域之和。

变种III

变种II

在原例题中,在顶面墙背2.0m范围布置有均布荷载图片未命名(见图4(a)),根据《建筑边坡技术规程》GB50,330-2013,计算墙后的总主动土压力图片未命名


图片未命名

[讨论]

图片未命名范围内各点(包括图片未命名)由土自重、黏聚力和附加局部均布荷载引起的总的主动土压力强度图片未命名,所以在图片未命名范围内各点不存在土压力。

变种IV

在原例题中,在顶面距墙背图片未命名处有一线分布的荷载图片未命名(见图5 (a)),根据《建筑边坡技术规程》GB50,330-2013,计算墙后的总主动土压力图片未命名

图片未命名

[解答]

按照《边坡规范》,计算线荷载的作用范围和最大主动土压力:

图片未命名

[讨论]

这种命题属于“高手”的水平,体现了“难而不繁”的原则。它强调了所谓的零土压力区是“拉力区”的概念,只有压力大于拉力才会出现土压力,否则就被拉力所抵消。这是一个重要的概念,让那些概念清楚的考生记得到了分数,比概念不清而答错的考生少用了时间,得到了奖励。这样才能够考出注册“岩土”工程师,而不是计算机器。同时也可使将两个三角形相加而答错的考生心服口服,学得了知识。

变种V

在上题中,在顶面距墙背图片未命名处有一西安分部的荷载图片未命名(见图5 (a)),根据《建筑边坡技术规程》GB50,330-2013,计算墙后的总主动土压力图片未命名


图片未命名

[解答]

按照上题的计算,根据《边坡规范》,计算线荷载的作用范围和最大主动土压力:

图片未命名

很显然,在图片未命名区内有部分压力大于拉力,见图6(b),因而要计算阴影这部分的主动土压力。设自重产生的主动土压力为图片未命名,由荷载产生的主动土压力为图片未命名。在荷载产生的最大土压力处图片未命名图片未命名

下一步就是找到两个三角形分布的正负土压力相等图片未命名处的两个点,图片未命名图片未命名,见图6(b)。

图片未命名

则荷载产生的主动土压力:

图片未命名

总主动土压力:

图片未命名

此题也可用一块方格纸,如图5(b)所示采用图解法,其精度足够正确选项。可以节省时间,减少计算错误,也无需建立方程求解,是一个偷懒而又十分保险的方法。我用图解法得到的图片未命名,误差很小。

[讨论]

变种V无疑是一道缺乏人性化的命题,在规定的7分12秒时间内既要在基本概念上分析,又要进行如此浩瀚的计算是完全不可能的。这似乎是中学数学老师在考几何与代数,我在此前已经熟悉此题题意,并且毫无概念上的犹豫,几乎是拿起来就计算,也用了半个多小时,其实这样的考题事先估计无法按时完成,应当忍痛割爱,否则会影响其他考题的解答。

话说有一个叫令郎的考生,看了此题自认为概念很清楚,也觉得不算难。于是就动手计算。到了十分钟还是没有把图片未命名计算式搞清楚,有些着急了;又过了10分钟,算式还是不对,采用试算加图解似乎还是不对,于是就崩溃了。结果连带其余的考题无时间审题,也无情绪正确解答。最后可想而知是落榜了。

另有名叫孙山的与令郎在同一单位的考生,他此题用了10分钟解答如下:

图片未命名

这在概念上是错的,因为他认为“零土压力区”就是墙与土间接触而之间无力传递的一张白纸,荷载施加的主动土压力就应作用于墙上。其实可以理解为:墙土间有拉裂缝,荷载产生的土压力首先克服黏聚力使土体侧向位移,先与墙背接触,然后才会产生土压力。孙山尽管此题答错了,但没影响其他案例题,最后以最临界分数通过。

令郎没通过很是郁闷,也不回家了,他父亲很是关心他。于是向孙山询问令郎考的怎样?孙山回答“金榜最后是孙山,令郎更在孙山后”。这就是所谓的“名落孙山”。

其实所谓考试除了是对知识的考查外,还是老师与学生,命题人与考生间的心理上的交流与博弈。我作学生27年,经历考试无数,从未被考题的陷入迷途与陷阱,就在于善于分析命题人的心理。

比如看了“变种II”,图片未命名,为什么不取一个整数呢?于是会心地一笑,猜出命题人的用意:是让q与黏聚力c之间的矩形分布的土压力抵消了,一是为减少计算,二是便于后面的土钉墙或筋材的拉力计算。结果一算果然图片未命名,就会对于自己的计算毫不怀疑,因为这正是命题者所设计的结果。再看“变种III”,图片未命名,其值较小并且也非整数值,也就会轻蔑地一笑,识破了命题者的“伎俩”,是在诱使我们犯错误,另外考虑到案例题只有7分12秒,只有在拉力区不会产生主动土压力,此题才可能按时完成。

一般这种含有迷惑与陷阱的题目都是难而不繁的,其中会有一个关键的概念或考点,因为已看透了老师的意图,反而几乎不会算错与答错。我当年在一个很差的中学,考试时兴“强头卷”,即头一个交卷。如果琢磨透老师这种出题“意图”,往往一小时的考试可以在20分钟时交卷,抢了个头卷。

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我有话说

全部评论(11)

  • lxp9005发表于 01月28日 23:58这家伙很懒,没有个性签名!
  • 大师
点评:
  • zhoujunak107发表于 12月10日 16:42要么好好活着,要么现在就死去吧!
  • Z1-2=1.8m,是不是错了 相减不应该是2.13m嘛?
lxp9005发表于01月28日 23:57

认真看一下变种四

点评:
  • mmrxjh发表于 11月21日 08:13这家伙很懒,没有个性签名!
  • 李老师,对19年结构与岩土抗震承载力是否X1.25这道争议题发表一下看法呗
点评:
  • ligx88发表于 11月04日 21:24这家伙很懒,没有个性签名!
  • 这里首先明确“土”,它是散体,由土颗粒形成的构架——土骨架,和骨架中连通的孔隙。如果没有连通的孔隙,或固体是部分连续的,一般是岩,例如火山岩。珊瑚礁等。所谓隔水层是工程上认为渗透系数很小不计其透水量。其实即使是膨胀土渗透系数也有10-11cm/s。 如果界面水压力突变,则该处的水力坡降为无穷大,对于土是不可能的。这里就涉及到时间了,例如太沙基的固结理论就假设瞬时加载,水压力就是突变的,但只要t>0,就不会突变。如果抽水时间很短,渗流不稳定,在界面处水力坡降很大,在工程上可以按突变计算。如果已经形成了稳定渗流,还是应按照达西定律计算稳定渗流的水压力。
idlwyr发表于12月05日 17:01

感谢李老师耐心解答,这样理解比较科学。

点评:
  • idlwyr发表于 11月04日 17:20这家伙很懒,没有个性签名!
  • 李老师,你好!2019年注册岩土的考试专业案例下午第4题,阅读您的有关论文,发现有效应力原理在形成承压水的上部相对隔水层是黏土时也是适用的。本人上学的教材及了解到的公路铁路行业学校使用的教材,能形成承压水的上部相对不透水的黏土层视为不透水层,孔隙水压力取0。这里是否存在争论或者未研究清楚的地方?
点评:
  • ligx88发表于 10月31日 16:34这家伙很懒,没有个性签名!
  • 对不起,我没有这本教材。一般讲,只要是在地下水以下就是饱和的,有效应力按浮重度计算。
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  • caozhouyang发表于 10月27日 12:00这家伙很懒,没有个性签名!
  • 2.在P104页,例题5-1中,黏土的重度是17.6,粉质黏土的重度是18.0,这些重度是不是都是天然重度?在地下水位以下,也没有给出饱和重度,题中在计算自重应力时, 浮重度又是天然重度减去水的重度,有点说不过去,也没有严格按照第四章中的液性指数要求计算黏土是否受到浮力作用? 当然此题重在分层总和法计算方法,但是自重应力的计算也是关键一环,条件不足,导致计算略显粗糙。因找不到邮箱,故发于此。以便交流。邮箱:[email protected]
点评:
  • caozhouyang发表于 10月27日 11:59这家伙很懒,没有个性签名!
  • 你好,李老师。 打扰了,向你请教两个问题, 1.关于《土质学与土力学》钱建固主编,第五版本教材中,P16页例题1-2中,饱和黏土的饱和度是1.0,而在P123页的课后习题5-1中,题意中也有一饱和黏土,如果按饱和度是1.0的定义,按孔隙比定义进行计算的孔隙比, 与此题中将三个试验指标全部计算出来由表1-5的换算公式再计算孔隙比结果是不一样的,那么这样的问题如何解释呢?
点评:
  • yelsh2013发表于 10月25日 16:57提升技术,忠于学术,做一名优秀的岩土工程师~
  • 李老的文章总是让人眼前一亮,醍醐灌顶~晚辈拜服
点评:
  • 梦无痕发表于 10月23日 15:29熟练地采选,了解物化遥,掌握勘测监,精通水工环。
  • 通过率将超过50%,会为领导们所不容,所以实际上的考题多是其变种。李老师这话说得太精辟了!不是老师不让考生通过,是领导们不让!
点评:
  • zouyh6发表于 10月18日 19:43这家伙很懒,没有个性签名!
  • 看了李教授的文章,作为李教授的学生是多么幸运啊!
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李广信

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