幾個模擬注冊巖土工程師考題的有趣答案

方玉樹（后勤工程學(xué)院，重慶 400041）

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幾個模擬注冊巖土工程師考題的有趣答案

方玉樹
（后勤工程學(xué)院，重慶 400041）

摘要：對直立巖質(zhì)邊坡擬出某些注冊巖土工程師考題，會發(fā)現(xiàn)執(zhí)行相關(guān)規(guī)范和不執(zhí)行相關(guān)規(guī)范將有相反的答案。該文對這種現(xiàn)象進(jìn)行分析并提出建議。

關(guān)鍵詞：直立巖質(zhì)邊坡；注冊巖土工程師；放坡；坡率允許值；支護(hù)結(jié)構(gòu)巖石荷載

1　問題

某建設(shè)場地因平場開挖在一側(cè)形成長235m、高14.9m的環(huán)境直立巖質(zhì)邊坡。根據(jù)勘察報告，該邊坡無外傾結(jié)構(gòu)面，巖性為中風(fēng)化泥巖（極軟巖），巖體較完整，邊坡巖體類型為Ⅳ類，巖體等效內(nèi)摩擦角取44°，巖體內(nèi)摩擦角取30°，巖體粘聚力取200kPa，巖體重度為23.50kN/m3，根據(jù)相關(guān)規(guī)范表14.2.2，坡率允許值取1∶1.00，坡頂水平且無建（構(gòu)）筑物。經(jīng)計算，當(dāng)設(shè)置支護(hù)結(jié)構(gòu)時，根據(jù)相關(guān)規(guī)范第6.3.3條，支護(hù)結(jié)構(gòu)承擔(dān)的巖石荷載為470.02kN/m。

如果以此為基礎(chǔ)擬出下列注冊巖土工程師考題，會發(fā)現(xiàn)執(zhí)行相關(guān)規(guī)范和不執(zhí)行相關(guān)規(guī)范將有相反的答案：

（1）當(dāng)把坡高增加0.2m時，坡率允許值應(yīng)取1∶0.00還是應(yīng)小于或等于1∶1.00？

（2）當(dāng)在坡頂邊緣附近施加80kPa、寬度為2m的荷載時，坡率允許值應(yīng)取1∶0.00還是應(yīng)小于或等于1∶1.00？

（3）坡率取1∶0.01（即坡角取89.4°）時，支護(hù)結(jié)構(gòu)承擔(dān)的巖石荷載應(yīng)是接近于470.02 kN/m還是應(yīng)取0？

（4）在坡頂邊緣處開挖出一個高與寬均為1cm的缺口時，支護(hù)結(jié)構(gòu)承擔(dān)的巖石荷載應(yīng)是接近于470.02 kN/m還是應(yīng)取0？

本文對此進(jìn)行分析并提出建議。

2　執(zhí)行相關(guān)規(guī)范給出的答案

考題1：當(dāng)把坡高增加0.2m時，坡率允許值應(yīng)取1∶0.00還是應(yīng)小于或等于1∶1.00？

解答：

該邊坡為Ⅳ類中風(fēng)化巖體邊坡，相關(guān)規(guī)范表14.2.2的坡高上限為15m。將該邊坡坡高增加0.2m，坡高就超過相關(guān)規(guī)范表14.2.2的范圍。在此情況下，放坡設(shè)計需執(zhí)行相關(guān)規(guī)范第14.2.3條。該條規(guī)定，高度超過該規(guī)范表14.2.2范圍的邊坡，其坡率允許值應(yīng)通過穩(wěn)定性計算分析確定。該規(guī)范第14.2.6條規(guī)定，邊坡穩(wěn)定性評價應(yīng)符合該規(guī)范第5章的有關(guān)規(guī)定。

按巖體內(nèi)摩擦角和巖體粘聚力根據(jù)該規(guī)范第5章進(jìn)行穩(wěn)定性計算的結(jié)果是坡高為15.1m的直立邊坡穩(wěn)定系數(shù)大于1.35。因此，坡高為15.1m時，坡率為1∶0.00（即坡面直立）是允許的，無需進(jìn)一步降低坡率。

故該題的答案是坡率允許值應(yīng)取1∶0.00。

考題2：當(dāng)在坡頂邊緣附近施加80kPa、寬度為2m的荷載時，坡率允許值應(yīng)取1∶0.00還是應(yīng)小于或等于1∶1.00？

解答：

當(dāng)在坡頂邊緣附近施加80kPa的荷載時，放坡設(shè)計需執(zhí)行相關(guān)規(guī)范第14.2.3條。該條規(guī)定，在坡頂邊緣附近施加較大荷載的邊坡，其坡率允許值應(yīng)通過穩(wěn)定性計算分析確定。該規(guī)范第14.2.6條規(guī)定，邊坡穩(wěn)定性評價應(yīng)符合該規(guī)范第5章的有關(guān)規(guī)定。

按巖體內(nèi)摩擦角和巖體粘聚力根據(jù)該規(guī)范第5章進(jìn)行穩(wěn)定性計算的結(jié)果是在坡頂邊緣附近施加80kPa荷載后的直立邊坡穩(wěn)定系數(shù)大于1.35。因此，在坡頂邊緣附近施加80kPa荷載后，坡率為1∶0.00（即坡面直立）是允許的，無需進(jìn)一步降低坡率。

故該題的答案是坡率允許值應(yīng)取1∶0.00。

考題3：坡率取1∶0.01（即坡角取89.4°）時，支護(hù)結(jié)構(gòu)承擔(dān)的巖石荷載應(yīng)是接近于470.02 kN/m還是應(yīng)取0？

解答：

坡率取1∶0.01（即坡角取89.4°）時，支護(hù)設(shè)計需執(zhí)行相關(guān)規(guī)范第6.3.4條，因?yàn)槠侣嗜?∶0.01的邊坡屬于坡面傾斜邊坡。相關(guān)規(guī)范第6.3.4條規(guī)定，當(dāng)巖質(zhì)邊坡的坡面傾斜、坡頂水平、無超載時，巖石壓力可按該規(guī)范公式（6.2.10-1）計算。

按巖體內(nèi)摩擦角和巖體粘聚力根據(jù)相關(guān)規(guī)范公式（6.2.10-1）進(jìn)行計算的結(jié)果是坡角為89.4°的邊坡巖石壓力為負(fù)值。因此，坡角為89.4°時，邊坡無需進(jìn)行結(jié)構(gòu)性支護(hù)。

故該題的答案是支護(hù)結(jié)構(gòu)承擔(dān)的巖石荷載應(yīng)取0。

考題4：在坡頂邊緣處開挖出一個高與寬均為1cm的缺口時，支護(hù)結(jié)構(gòu)承擔(dān)的巖石荷載應(yīng)是接近于470.02 kN/m還是應(yīng)取0？

解答：

在坡頂邊緣處開挖出一個高與寬均為1cm的缺口時，支護(hù)設(shè)計需執(zhí)行相關(guān)規(guī)范第6.2.9條，因?yàn)樵谄马斶吘壧庨_挖出一個高與寬均為1cm的缺口后的邊坡屬于二階豎直巖質(zhì)邊坡。相關(guān)規(guī)范第6.2.9條規(guī)定，當(dāng)巖土邊坡為二階豎直時，巖石壓力可按該規(guī)范附錄B簡化計算。

按巖體內(nèi)摩擦角和巖體粘聚力根據(jù)相關(guān)規(guī)范公式（B.0.4-1）進(jìn)行計算的結(jié)果是在坡頂邊緣處開挖出一個高與寬均為1cm的缺口后的邊坡巖石壓力為負(fù)值。因此，在坡頂邊緣處開挖出一個高與寬均為1cm的缺口時，邊坡無需進(jìn)行結(jié)構(gòu)性支護(hù)。故該題的答案是支護(hù)結(jié)構(gòu)承擔(dān)的巖石荷載應(yīng)取0。

3　不執(zhí)行相關(guān)規(guī)范給出的答案

考題1：當(dāng)把坡高增加0.2m時，坡率允許值應(yīng)取1∶0.00還是應(yīng)小于或等于1∶1.00？

解答：

在相同條件下，增加坡高會增大變形，降低穩(wěn)定性。如果坡高增加前邊坡需要結(jié)構(gòu)性支護(hù)或放坡，增加坡高后更需要結(jié)構(gòu)性支護(hù)或放坡。

故該題的答案是坡率允許值應(yīng)小于或等于1∶1.00。

考題2：當(dāng)在坡頂邊緣附近施加80kPa、寬度為2m的荷載時，坡率允許值應(yīng)取1∶0.00還是應(yīng)小于或等于1∶1.00？

解答：

在相同條件下，在坡頂邊緣附近施加荷載會增大變形，降低穩(wěn)定性。如果在坡頂邊緣附近施加荷載前邊坡需要結(jié)構(gòu)性支護(hù)或放坡，在坡頂邊緣附近施加荷載后更需要結(jié)構(gòu)性支護(hù)或放坡。

故該題的答案是坡率允許值應(yīng)小于或等于1∶1.00。

考題3：坡率取1∶0.01（即坡角取89.4°）時，支護(hù)結(jié)構(gòu)承擔(dān)的巖石荷載應(yīng)是接近于470.02 kN/m還是應(yīng)取0？

在相同條件下，如果坡高為14.9m、坡角為90°的邊坡需要按470.02 kN/m的巖石荷載設(shè)置支護(hù)結(jié)構(gòu)或按1∶1.00的坡率放坡，那么，坡高為14.9m、坡角為89.4°的邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)承擔(dān)的巖石荷載應(yīng)接近于470.02 kN/m。

故該題的答案是支護(hù)結(jié)構(gòu)承擔(dān)的巖石荷載應(yīng)是接近于470.02 kN/m。

考題4：在坡頂邊緣處開挖出一個高與寬均為1cm的缺口時，支護(hù)結(jié)構(gòu)承擔(dān)的巖石荷載應(yīng)是接近于470.02 kN/m還是應(yīng)取0？

解答：

在相同條件下，如果坡高為14.9m、坡面直立、坡頂水平的邊坡需要按470.02 kN/m的巖石荷載設(shè)置支護(hù)結(jié)構(gòu)或按1∶1.00的坡率放坡，那么，坡高為14.9m、坡頂邊緣處缺口高與寬均為1cm的二階豎直邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)承擔(dān)的巖石荷載應(yīng)接近于470.02 kN/m。

故該題的答案是支護(hù)結(jié)構(gòu)承擔(dān)的巖石荷載應(yīng)是接近于470.02 kN/m。

4　分析

情況表明，答題人和出題人如果不執(zhí)行相關(guān)規(guī)范都能給出正確的答案，如果執(zhí)行相關(guān)規(guī)范都不能給出正確的答案。

之所以出現(xiàn)這種現(xiàn)象，是因?yàn)椋合嚓P(guān)規(guī)范對放坡這種邊坡處理措施未區(qū)分抗滑動失穩(wěn)放坡和抗拉裂變形放坡，對支護(hù)這種邊坡處理措施也未區(qū)分抗滑動失穩(wěn)支護(hù)和抗拉裂變形支護(hù)。

邊坡變形對坡頂建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)有影響時需對邊坡進(jìn)行抗變形支護(hù)是不言而喻的。為防范邊坡發(fā)生明顯的側(cè)向拉裂變形，對有較大自穩(wěn)高度、坡頂無建筑物基礎(chǔ)或側(cè)向拉裂變形不影響坡頂建筑物基礎(chǔ)的邊坡也需要設(shè)置抗變形支護(hù)結(jié)構(gòu)或放坡。

巖體完整性較高時，若無外傾結(jié)構(gòu)面，高度為數(shù)十米的直立巖質(zhì)邊坡很難發(fā)生剪切破壞因而無需進(jìn)行抗滑支護(hù)，但在進(jìn)行邊坡處理時，還是需要進(jìn)行放坡或者支護(hù)。之所以如此，是因?yàn)橥暾暂^好的巖質(zhì)邊坡較高較陡時，坡頂還可能會發(fā)生側(cè)向拉裂變形［1］，隨著時間的增長，側(cè)向拉裂變形會逐漸加大加深最后可能會發(fā)生倒塌，也就是說，邊坡可能由側(cè)向拉裂變形演變?yōu)槠茐摹Ｓ捎诳辈鞎r切坡還未實(shí)施或還沒有到位或到位時間還不長，拉裂還未發(fā)展甚至還未發(fā)生因而危巖還未形成，無法通過勘察期間的危巖穩(wěn)定性分析評價來防范這類破壞。巖體完整、較完整或較破碎的陡立巖質(zhì)邊坡就是這類既可能無需進(jìn)行抗滑支護(hù)或抗滑放坡又可能發(fā)生明顯側(cè)向拉裂變形的邊坡。對這類巖質(zhì)邊坡需要進(jìn)行邊坡變形控制。

堅硬、硬塑粘性土邊坡也是如此。從抗滑穩(wěn)定角度而言，這類邊坡也有一定的自穩(wěn)高度 （工程上巖土體穩(wěn)定的條件不是巖土體穩(wěn)定系數(shù)不小于1而是巖土體穩(wěn)定系數(shù)不小于安全系數(shù)，故直立邊坡自穩(wěn)高度應(yīng)是無支護(hù)時直立邊坡抗滑穩(wěn)定系數(shù)不小于安全系數(shù)的最大高度）。但如果對高度不超過自穩(wěn)高度的邊坡不實(shí)施支護(hù)或放坡，這樣的陡立邊坡也會發(fā)生明顯的側(cè)向拉裂變形，同樣給人不安全感，甚至引起垮塌。

邊坡側(cè)向拉裂變形是由應(yīng)力釋放造成的，如果減小應(yīng)力釋放量，使坡面應(yīng)力依然為壓應(yīng)力或只出現(xiàn)很小的拉應(yīng)力或者讓支護(hù)結(jié)構(gòu)（如錨桿）來承擔(dān)拉應(yīng)力，就能避免側(cè)向拉裂變形或減小側(cè)向拉裂變形的危害，因此，為控制邊坡變形，需要對邊坡進(jìn)行放坡或進(jìn)行支護(hù)。顯然，相應(yīng)支護(hù)結(jié)構(gòu)是抗變形支護(hù)結(jié)構(gòu)而不是抗失穩(wěn)支護(hù)結(jié)構(gòu)，相應(yīng)巖土荷載是形變荷載而不是破壞荷載。

因此，邊坡處理應(yīng)同時滿足抗失穩(wěn)和控制拉裂變形的要求（對邊坡地基還應(yīng)同時滿足抗地基側(cè)向失穩(wěn)和控制地基側(cè)向變形的要求）。邊坡穩(wěn)定坡率應(yīng)通過穩(wěn)定性分析確定而不應(yīng)查坡率允許值表確定，邊坡控制拉裂變形坡率可通過查控裂坡率表確定（相同坡高下的控裂坡率根據(jù)邊坡巖體抗側(cè)向變形能力分級和邊坡土體狀態(tài)確定），邊坡抗失穩(wěn)支護(hù)結(jié)構(gòu)巖土荷載應(yīng)采用按邊坡穩(wěn)定性計算公式反算法計算，邊坡抗變形支護(hù)結(jié)構(gòu)巖土荷載可采用靜止巖土壓力修正法確定（修正系數(shù)根據(jù)邊坡巖體抗側(cè)向變形能力分級和邊坡土體狀態(tài)確定）［2-4］。

5　建議

相關(guān)規(guī)范對放坡這種邊坡處理措施區(qū)分抗滑動失穩(wěn)放坡和抗拉裂變形放坡，對支護(hù)這種邊坡處理措施區(qū)分抗滑動失穩(wěn)支護(hù)和抗拉裂變形支護(hù)，要求邊坡處理在抗滑動失穩(wěn)和抗拉裂變形兩方面均滿足要求。

參考文獻(xiàn)：

［1］張倬元，王仕天，王蘭生.工程地質(zhì)分析原理［M］.北京：地質(zhì)出版社，1990.

［2］方玉樹.邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)荷載取值問題研究［J］.工程地質(zhì)學(xué)報，2008（2）：190-195.

［3］方玉樹.論坡率允許值表的取舍［J］.重慶建筑，2014（3）：23-26.

［4］方玉樹.邊坡抗變形支護(hù)結(jié)構(gòu)巖土荷載實(shí)用計算方法探討［J］.重慶建筑，2014（5）：65-69.

責(zé)任編輯：孫蘇，李紅

中圖分類號：TU4

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-9107（2016）07-0056-02

doi：10.3969/j.issn.1671-9107.2016.07.056

收稿日期：2016-06-03

作者簡介：方玉樹（1958-），男，江西婺源人，碩士，教授，國家注冊土木工程師（巖土），主要從事與巖土體穩(wěn)定有關(guān)的研究和勘察設(shè)計工作。

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Abstract：From some of the exam questions on vertical rock slope in the mock exam papers of certified geotechnical engineer qualification certificate，it can be found that the answers to them are differed when relevant regulations executed or not，for which the paper analyzes and present some advice.

Keywords：vertical rock slope；certified geotechnical engineer；step-slope；slope ratio allowable value；rock loading of support structure