以一道例題看注冊考試的命題與答題

2019-10-18 08:17  來源:巖土網  閱讀:4671
最近有人問及一道關于黏土擋土墻土壓力的計算題,感到有必要進行分析與討論,也許有助于巖土注冊考試的命題與答題。

以一道例題看注冊考試的命題與答題

李廣信

最近有人問及一道關于黏土擋土墻土壓力的計算題,感到有必要進行分析與討論,也許有助于巖土注冊考試的命題與答題。

巖土工程注冊考試的命題一個大忌就是繁,特別是計算之繁。在7分12秒的時間進行一系列代數、幾何、三角運算,使得50歲左右的總工們狼狽不堪,通過率基本是0;而30歲左右的工程師和研究生們的通過率總是在30%以上;如果允許參加高考的高中生中的考神們來考,也許通過率會更高。以下面一道例題說明命題與考試的學問。

例題:

某邊坡采用重力式擋土墻支護,墻高9m,墻背光滑垂直。墻后填土為表面水平的黏性土,重度圖片未命名。內摩擦角圖片未命名,黏聚力圖片未命名,計算墻后的總主動土壓力圖片未命名

圖片未命名

[討論]

由于考慮土的黏聚力圖片未命名圖片未命名時,主動土壓力圖片未命名為負值,“負壓力”即為拉力,圖片未命名以上也被稱為拉力區;而墻土間沒有抗拉強度,就會在此間出現裂縫,所以這個區域也就是裂縫區;因而也就不存在土壓力,所以也叫“零土壓力區”。注意這里的關系是:拉力區圖片未命名開裂區圖片未命名零土壓力區。

這種考題是教科書中的基本例題,目前在注冊考試中已經基本絕跡了,如果多是這類考題,通過率將超過50%,會為領導們所不容,所以實際上的考題多是其變種。

變種I

在上題的墻頂地面上作用有大面積均布荷載圖片未命名(見圖2),計算墻后的總主動土壓力圖片未命名


圖片未命名

[討論]

這比上一題要復雜一些了。由于同時存在c與q,圖片未命名正好圖片未命名,但單獨作為考題仍顯的較單薄。一般包含在驗算重力式擋墻的穩定,土釘墻的抗拔與加筋土墻的筋材拉力與布置等情況。這里既考查了對于零土壓力區的概念,也大大減少了后面的計算量,是一種很人性化的命題。

變種II

在原例題中,在頂面墻背2.78m范圍布置有均布荷載圖片未命名(見圖3(a)),根據《建筑邊坡技術規程》GB50,330-2013,計算墻后的總主動土壓力圖片未命名


圖片未命名

[解答]

計算局部均布荷載的主動土壓力分布深度圖片未命名

圖片未命名

可見q只影響圖片未命名深度范圍內的主動土壓力,對于圖片未命名以下土壓力分布無影響。但在拉力區就增加了一個三角形的主動土壓力區(見圖3(b)的陰影區)。

圖片未命名

[討論]

根據《邊坡規范》,由于局部分布荷載q在墻背產生的主動土壓力范圍正好在圖片未命名區域,對圖片未命名以下沒有影響。并在圖片未命名區域產生了矩形的土壓力分布,其中一部分抵消了該區三角形的拉力,剩下一個三角形分布的主動土壓力,這個土壓力分布的底邊為圖片未命名最后總主動土壓力成為兩個獨立的三角形區域之和。

變種III

變種II

在原例題中,在頂面墻背2.0m范圍布置有均布荷載圖片未命名(見圖4(a)),根據《建筑邊坡技術規程》GB50,330-2013,計算墻后的總主動土壓力圖片未命名


圖片未命名

[討論]

圖片未命名范圍內各點(包括圖片未命名)由土自重、黏聚力和附加局部均布荷載引起的總的主動土壓力強度圖片未命名,所以在圖片未命名范圍內各點不存在土壓力。

變種IV

在原例題中,在頂面距墻背圖片未命名處有一線分布的荷載圖片未命名(見圖5 (a)),根據《建筑邊坡技術規程》GB50,330-2013,計算墻后的總主動土壓力圖片未命名

圖片未命名

[解答]

按照《邊坡規范》,計算線荷載的作用范圍和最大主動土壓力:

圖片未命名

[討論]

這種命題屬于“高手”的水平,體現了“難而不繁”的原則。它強調了所謂的零土壓力區是“拉力區”的概念,只有壓力大于拉力才會出現土壓力,否則就被拉力所抵消。這是一個重要的概念,讓那些概念清楚的考生記得到了分數,比概念不清而答錯的考生少用了時間,得到了獎勵。這樣才能夠考出注冊“巖土”工程師,而不是計算機器。同時也可使將兩個三角形相加而答錯的考生心服口服,學得了知識。

變種V

在上題中,在頂面距墻背圖片未命名處有一西安分部的荷載圖片未命名(見圖5 (a)),根據《建筑邊坡技術規程》GB50,330-2013,計算墻后的總主動土壓力圖片未命名


圖片未命名

[解答]

按照上題的計算,根據《邊坡規范》,計算線荷載的作用范圍和最大主動土壓力:

圖片未命名

很顯然,在圖片未命名區內有部分壓力大于拉力,見圖6(b),因而要計算陰影這部分的主動土壓力。設自重產生的主動土壓力為圖片未命名,由荷載產生的主動土壓力為圖片未命名。在荷載產生的最大土壓力處圖片未命名圖片未命名

下一步就是找到兩個三角形分布的正負土壓力相等圖片未命名處的兩個點,圖片未命名圖片未命名,見圖6(b)。

圖片未命名

則荷載產生的主動土壓力:

圖片未命名

總主動土壓力:

圖片未命名

此題也可用一塊方格紙,如圖5(b)所示采用圖解法,其精度足夠正確選項。可以節省時間,減少計算錯誤,也無需建立方程求解,是一個偷懶而又十分保險的方法。我用圖解法得到的圖片未命名,誤差很小。

[討論]

變種V無疑是一道缺乏人性化的命題,在規定的7分12秒時間內既要在基本概念上分析,又要進行如此浩瀚的計算是完全不可能的。這似乎是中學數學老師在考幾何與代數,我在此前已經熟悉此題題意,并且毫無概念上的猶豫,幾乎是拿起來就計算,也用了半個多小時,其實這樣的考題事先估計無法按時完成,應當忍痛割愛,否則會影響其他考題的解答。

話說有一個叫令郎的考生,看了此題自認為概念很清楚,也覺得不算難。于是就動手計算。到了十分鐘還是沒有把圖片未命名計算式搞清楚,有些著急了;又過了10分鐘,算式還是不對,采用試算加圖解似乎還是不對,于是就崩潰了。結果連帶其余的考題無時間審題,也無情緒正確解答。最后可想而知是落榜了。

另有名叫孫山的與令郎在同一單位的考生,他此題用了10分鐘解答如下:

圖片未命名

這在概念上是錯的,因為他認為“零土壓力區”就是墻與土間接觸而之間無力傳遞的一張白紙,荷載施加的主動土壓力就應作用于墻上。其實可以理解為:墻土間有拉裂縫,荷載產生的土壓力首先克服黏聚力使土體側向位移,先與墻背接觸,然后才會產生土壓力。孫山盡管此題答錯了,但沒影響其他案例題,最后以最臨界分數通過。

令郎沒通過很是郁悶,也不回家了,他父親很是關心他。于是向孫山詢問令郎考的怎樣?孫山回答“金榜最后是孫山,令郎更在孫山后”。這就是所謂的“名落孫山”。

其實所謂考試除了是對知識的考查外,還是老師與學生,命題人與考生間的心理上的交流與博弈。我作學生27年,經歷考試無數,從未被考題的陷入迷途與陷阱,就在于善于分析命題人的心理。

比如看了“變種II”,圖片未命名,為什么不取一個整數呢?于是會心地一笑,猜出命題人的用意:是讓q與黏聚力c之間的矩形分布的土壓力抵消了,一是為減少計算,二是便于后面的土釘墻或筋材的拉力計算。結果一算果然圖片未命名,就會對于自己的計算毫不懷疑,因為這正是命題者所設計的結果。再看“變種III”,圖片未命名,其值較小并且也非整數值,也就會輕蔑地一笑,識破了命題者的“伎倆”,是在誘使我們犯錯誤,另外考慮到案例題只有7分12秒,只有在拉力區不會產生主動土壓力,此題才可能按時完成。

一般這種含有迷惑與陷阱的題目都是難而不繁的,其中會有一個關鍵的概念或考點,因為已看透了老師的意圖,反而幾乎不會算錯與答錯。我當年在一個很差的中學,考試時興“強頭卷”,即頭一個交卷。如果琢磨透老師這種出題“意圖”,往往一小時的考試可以在20分鐘時交卷,搶了個頭卷。

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我有話說

全部評論(11)

  • lxp9005發表于 01月28日 23:58這家伙很懶,沒有個性簽名!
  • 大師
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  • zhoujunak107發表于 12月10日 16:42要么好好活著,要么現在就死去吧!
  • Z1-2=1.8m,是不是錯了 相減不應該是2.13m嘛?
lxp9005發表于01月28日 23:57

認真看一下變種四

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  • mmrxjh發表于 11月21日 08:13這家伙很懶,沒有個性簽名!
  • 李老師,對19年結構與巖土抗震承載力是否X1.25這道爭議題發表一下看法唄
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  • ligx88發表于 11月04日 21:24這家伙很懶,沒有個性簽名!
  • 這里首先明確“土”,它是散體,由土顆粒形成的構架——土骨架,和骨架中連通的孔隙。如果沒有連通的孔隙,或固體是部分連續的,一般是巖,例如火山巖。珊瑚礁等。所謂隔水層是工程上認為滲透系數很小不計其透水量。其實即使是膨脹土滲透系數也有10-11cm/s。 如果界面水壓力突變,則該處的水力坡降為無窮大,對于土是不可能的。這里就涉及到時間了,例如太沙基的固結理論就假設瞬時加載,水壓力就是突變的,但只要t>0,就不會突變。如果抽水時間很短,滲流不穩定,在界面處水力坡降很大,在工程上可以按突變計算。如果已經形成了穩定滲流,還是應按照達西定律計算穩定滲流的水壓力。
idlwyr發表于12月05日 17:01

感謝李老師耐心解答,這樣理解比較科學。

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  • idlwyr發表于 11月04日 17:20這家伙很懶,沒有個性簽名!
  • 李老師,你好!2019年注冊巖土的考試專業案例下午第4題,閱讀您的有關論文,發現有效應力原理在形成承壓水的上部相對隔水層是黏土時也是適用的。本人上學的教材及了解到的公路鐵路行業學校使用的教材,能形成承壓水的上部相對不透水的黏土層視為不透水層,孔隙水壓力取0。這里是否存在爭論或者未研究清楚的地方?
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  • ligx88發表于 10月31日 16:34這家伙很懶,沒有個性簽名!
  • 對不起,我沒有這本教材。一般講,只要是在地下水以下就是飽和的,有效應力按浮重度計算。
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  • caozhouyang發表于 10月27日 12:00這家伙很懶,沒有個性簽名!
  • 2.在P104頁,例題5-1中,黏土的重度是17.6,粉質黏土的重度是18.0,這些重度是不是都是天然重度?在地下水位以下,也沒有給出飽和重度,題中在計算自重應力時, 浮重度又是天然重度減去水的重度,有點說不過去,也沒有嚴格按照第四章中的液性指數要求計算黏土是否受到浮力作用? 當然此題重在分層總和法計算方法,但是自重應力的計算也是關鍵一環,條件不足,導致計算略顯粗糙。因找不到郵箱,故發于此。以便交流。郵箱:[email protected]
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  • caozhouyang發表于 10月27日 11:59這家伙很懶,沒有個性簽名!
  • 你好,李老師。 打擾了,向你請教兩個問題, 1.關于《土質學與土力學》錢建固主編,第五版本教材中,P16頁例題1-2中,飽和黏土的飽和度是1.0,而在P123頁的課后習題5-1中,題意中也有一飽和黏土,如果按飽和度是1.0的定義,按孔隙比定義進行計算的孔隙比, 與此題中將三個試驗指標全部計算出來由表1-5的換算公式再計算孔隙比結果是不一樣的,那么這樣的問題如何解釋呢?
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  • yelsh2013發表于 10月25日 16:57提升技術,忠于學術,做一名優秀的巖土工程師~
  • 李老的文章總是讓人眼前一亮,醍醐灌頂~晚輩拜服
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  • 夢無痕發表于 10月23日 15:29熟練地采選,了解物化遙,掌握勘測監,精通水工環。
  • 通過率將超過50%,會為領導們所不容,所以實際上的考題多是其變種。李老師這話說得太精辟了!不是老師不讓考生通過,是領導們不讓!
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  • zouyh6發表于 10月18日 19:43這家伙很懶,沒有個性簽名!
  • 看了李教授的文章,作為李教授的學生是多么幸運啊!
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李廣信

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