近3年注冊考試中的滲流問題

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?

（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

①層單寬滲流量：

②層單寬滲流量：

②層滲透系數：

【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？

【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 K_sl 值。 (不考慮滲流的影響)

【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°，K_a=1/3 ，K_p=3.0

(2) 水壓力計算

按照《建筑基坑支護技術規程》式（6.1.1）

E_aw=γ_wH²/2=10×12²/2=720kN/m        E_pw=γ_wh²/2=10×7²/2=245kN/m

u_mB=γ_w(H+h)/2×B=95×4.2=399kN/m

(3) 土壓力計算

(4) 抗滑安全系數：

【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。

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γ_sat =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

【答案】B

【解答】

i=Δh/L =(5-2)/(5+3+1)=1/3 ,   K_a=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 =iγ_w= 1/3 ×10=10/3kN/m³ , 則

墻背的土壓力增量為 ΔE_a=K_ajh²/2= 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

ΔE_w= 1/2 ×5×50/3=125/3kN/m

總水平力減少量:ΔE_w-ΔE_a=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。