2025年土木工程師考試巖土工程案例分析考試試卷考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、某擬建場地位于沿海地區(qū)，地勢低平。場地土層自上而下依次為：①層雜填土，厚1.5m，松散；②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，厚8.0m，軟塑，飽和，含水量w=80%，孔隙比e=2.20，壓縮模量Es=4.5MPa；③層粉砂，厚10.0m，中密，飽和，壓縮模量Es=15MPa；④層微風化花崗巖，未穿透。地下水位埋深1.0m。設計要求地基承載力特征值不小于180kPa，地基最終沉降量控制在80mm以內(nèi)。請回答：1.簡述確定該場地②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土天然含水量的常用方法及其原理。2.若采用《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB50007）確定地基承載力特征值，試計算由②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土提供的地基承載力特征值（假設基礎埋深d=1.5m，基礎寬度b=3.0m，地基土內(nèi)摩擦角φ=25°，粘聚力c=10kPa）。說明計算中需要考慮哪些因素，并簡述其影響。3.若采用分層總和法計算地基最終沉降量，試簡述計算步驟，并列出計算深度確定的相關公式。說明地基沉降主要由哪一層土引起，并簡述理由。二、某高層建筑位于城市中心區(qū)，地基基礎設計等級為甲級。巖土工程勘察報告提供的地基土參數(shù)如下：①層粘土，厚5.0m，飽和，壓縮模量Es=8MPa；②層粉砂，厚15.0m，中密，壓縮模量Es=18MPa；③層粘土，厚8.0m，飽和，壓縮模量Es=12MPa。地下水位埋深-2.0m。基礎形式為筏板基礎，基礎埋深2.0m，基礎底面尺寸20mx40m。采用復合地基加固③層粘土以提高地基承載力，復合地基承載力特征值檢驗荷載試驗結果為300kPa。請回答：1.簡述復合地基加固地基的原理，并說明復合地基承載力特征值的確定方法。2.假設不考慮地下水影響，試按《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB50007）計算該筏板基礎地基承載力特征值（基礎底面?zhèn)骱奢d，不考慮基礎自重及上覆土重對地基承載力的影響）。說明計算中需要考慮哪些因素，并簡述其影響。3.簡述計算筏板基礎地基最終沉降量的常用方法，并說明計算中需要考慮哪些因素。簡述筏板基礎沉降驗算的要點。三、某填方邊坡高度15m，邊坡坡度為1:2.5。填料為級配較好的中粗砂，重度γ=18kN/m3，內(nèi)摩擦角φ=35°，粘聚力c=0。邊坡頂部有一直徑1.0m的管道穿過，管道底部距坡頂1.5m，管頂露出坡面0.5m。請回答：1.簡述邊坡穩(wěn)定性分析的極限平衡法的基本原理。2.采用瑞典條分法，試定性分析管道的存在對該邊坡穩(wěn)定性的影響。3.簡述防止和治理填方邊坡塌滑的工程措施。四、某基坑開挖深度6.0m，基坑底部及周邊環(huán)境條件復雜，存在基坑底部涌水涌砂風險。巖土工程勘察報告提供的有關參數(shù)如下：基坑底部土層為粉細砂，飽和，重度γ=18.5kN/m3，內(nèi)摩擦角φ=30°，粘聚力c=0，滲透系數(shù)k=1.5x10??cm/s。地下水位埋深-1.0m。請回答：1.簡述基坑底部涌水涌砂的機理。2.簡述控制基坑底部涌水涌砂的常用方法，并說明其適用條件。3.若采用水泥土攪拌樁進行基坑支護，試簡述水泥土攪拌樁的加固機理，并說明其作為基坑支護結構時的主要作用。五、某隧道穿越山嶺地區(qū)，隧道埋深約30m，地質(zhì)條件復雜，存在瓦斯和涌水問題。隧道穿越地層主要為中風化砂巖，巖體完整性較好，但節(jié)理發(fā)育。請回答：1.簡述隧道施工中瓦斯危害的主要表現(xiàn)及其防治措施。2.簡述隧道施工中涌水的預測方法及其主要依據(jù)。3.簡述隧道圍巖分類的常用方法，并說明隧道圍巖分類的目的是什么。4.根據(jù)地質(zhì)條件，簡述隧道施工可能遇到的主要問題及相應的處理措施。試卷答案一、1.常用方法有烘干法、重量法（稱量法）。烘干法通過將土樣烘干至恒重，測定土樣的失水量，從而計算含水率，原理是基于水分與干土質(zhì)量的比值。重量法通過稱量濕土樣質(zhì)量、烘干后土樣質(zhì)量，計算含水率，原理同上。2.根據(jù)《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB50007）公式（5.2.4）或類似公式，地基承載力特征值fak可初步估算，例如采用承載力基本值fbk乘以修正系數(shù)。更精確的計算需考慮基礎埋深、基礎寬度、土質(zhì)指標等。影響主要因素包括：基礎埋深（d）增大，地基承載力提高；基礎寬度（b）增大，當b>3m時，地基承載力提高；土的天然寬度（An）、粘聚力（c）、內(nèi)摩擦角（φ）均直接影響承載力。計算中需考慮深度修正系數(shù)γ_m，其與基礎底面以下土的壓縮模量Es相關，Es越小，γ_m越大，承載力修正越高。3.分層總和法計算步驟：①分層（按規(guī)范要求確定分層厚度）；②計算每層土的自重應力σ_c和附加應力σ_z；③計算每層土的壓縮模量Es；④計算每層土的壓縮量s_i=σ_z'*(h_i/Es)，其中σ_z'為每層土的平均附加應力；⑤將各層壓縮量累加，得到地基總沉降量S=s_1+s_2+...+s_n。計算深度確定相關公式：地基沉降計算深度z?需滿足附加應力σ_z≤0.2σ_c（規(guī)范公式5.3.7），或按分層總和法計算出的總沉降量S?與按z?深度計算出的沉降量S?之差ΔS≤0.025S?（規(guī)范公式5.3.8）確定。地基沉降主要由壓縮模量較小的土層引起，即②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，因其壓縮模量Es=4.5MPa遠小于③層粉砂Es=15MPa和可能存在的基巖，壓縮變形大。二、1.復合地基加固原理是通過強化的樁體（如水泥攪拌樁）與樁間土共同承擔荷載，樁體將荷載傳遞至更深或更硬的土層，同時樁間土也分擔部分荷載，從而提高地基的整體承載能力和剛度。復合地基承載力特征值通常通過現(xiàn)場復合地基載荷試驗確定，試驗荷載下的復合地基承載力特征值應不小于設計要求值，并考慮安全系數(shù)。2.根據(jù)《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB50007）公式（5.2.4）或類似公式，計算地基承載力特征值fak。需考慮基礎埋深修正系數(shù)γ_m（因基礎埋深d=2m，小于3m，通常不修正或按規(guī)范規(guī)定修正）、基礎寬度修正系數(shù)f_b（因基礎寬度b=3m，小于3m，通常不修正或按規(guī)范規(guī)定修正）、深度修正后的地基承載力基本值fbk。計算中需考慮基礎埋深（d）增加地基承載力，基礎寬度（b）增大（b>3m）時地基承載力提高，土質(zhì)指標（如Es）影響深度修正系數(shù)γ_m，進而影響承載力。此處未給b>3m，則寬度影響可能不考慮或按規(guī)范條文說明。計算時需明確采用的地基承載力確定公式及參數(shù)。3.常用方法有分層總和法、規(guī)范法（s＝cs'+ζsξb）。計算筏板基礎地基最終沉降量需考慮基礎平面尺寸（長寬比）、基礎底面壓力、地基各層土的物理力學性質(zhì)（重度、壓縮模量Es）、基礎埋深、地基分層厚度等。筏板基礎沉降驗算要點：計算總沉降量，判斷是否滿足設計要求（如80mm）；驗算差異沉降，確保建筑物結構安全；考慮相鄰荷載、地下水位變化等因素的影響。三、1.極限平衡法的基本原理是假設邊坡失穩(wěn)破壞時，將滑動體視為一個剛體，分析作用在其上的各種力（重力、水壓力、土壓力、支撐力等），通過建立滑動面上的力矩平衡方程或力的平衡方程，計算滑動安全系數(shù)F_s（F_s=抗滑力/滑動力）。當F_s≤1時，邊坡處于極限穩(wěn)定狀態(tài)或失穩(wěn)；F_s>1時，邊坡穩(wěn)定。計算時需確定滑動面（或滑動帶）、各作用力的大小和方向。2.管道的存在對邊坡穩(wěn)定性不利。管道頂部露出坡面，存在水流匯集和滲入的可能性，增加坡面水壓力，降低坡面土體有效應力，不利影響較大。管道底部位于坡體內(nèi)部，若管道接口密封不嚴或管道本身破損，地下水可能沿管道滲流至坡腳，形成滲流力，增大滑動力，同時降低坡腳處土體抗滑能力。這些因素均會降低邊坡安全系數(shù)。定性分析可知，管道的存在增大了邊坡潛在的不穩(wěn)定因素，降低了邊坡的整體穩(wěn)定性。3.防止措施：做好邊坡表面排水系統(tǒng)（截水溝、坡面排水）；選擇合適的填料并控制填筑質(zhì)量；進行邊坡坡面防護（植被防護、格構防護等）；對基坑邊坡及時進行支護。治理措施：對已出現(xiàn)的裂縫、小規(guī)模滑坡進行注漿、錨桿加固；對涌水涌砂點進行截水、導排處理；采用擋土墻、抗滑樁等工程措施進行加固。四、1.基坑底部涌水涌砂的機理主要是水力梯度驅(qū)動。當基坑內(nèi)外存在水頭差時（通?；觾?nèi)水位低于坑外地下水位），水會從高水壓區(qū)流向低水壓區(qū)。當滲流路徑上的土體（特別是細顆粒土如粉細砂）所受的滲透力大于土顆粒間的有效應力時，土顆粒會懸浮并被水流帶出，形成涌砂現(xiàn)象。對于粉細砂層，由于滲透系數(shù)較大（k=1.5x10??cm/s），相對更容易發(fā)生涌水涌砂。2.常用方法有：①降水井點降水，降低地下水位，消除或減小水頭差；②設置止水帷幕（如水泥土攪拌樁、高壓旋噴樁等），阻斷地下水滲流路徑；③在基坑底部設置截水溝或集水井，及時抽排滲水。適用條件：降水井點適用于較淺的潛水或上層滯水；止水帷幕適用于阻止深層承壓水或減少側向滲流，對細顆粒土效果好；截水溝/集水井適用于有滲水但水量不大或已設置止水措施后的輔助排水。3.水泥土攪拌樁加固機理主要是通過水泥與土體混合，水泥水化反應生成水化硅酸鈣等膠凝物質(zhì)，填充土體孔隙，將松散的土顆粒膠結成整體，提高土體的密實度、強度（包括抗壓強度和抗剪強度）、壓縮模量，并降低滲透系數(shù)。作為基坑支護結構時，主要作用是形成一道止水帷幕，阻斷地下水滲流，防止涌水涌砂；同時，其自身的強度和剛度可以承擔部分側向土壓力或水壓力，作為支護結構的組成部分（如地下連續(xù)墻、排樁的替代或補充）。五、1.隧道施工中瓦斯危害主要表現(xiàn)：①爆炸性（瓦斯在空氣中達到一定濃度范圍，遇火源可爆炸）；②窒息性（高濃度瓦斯置換空氣中的氧氣，導致人員缺氧窒息）；③毒性（高濃度瓦斯本身有毒性）。防治措施：加強瓦斯探測（如使用瓦檢員、瓦斯傳感器），建立瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)；嚴格執(zhí)行通風排瓦制度，確保隧道內(nèi)瓦斯?jié)舛鹊陀诒ㄏ孪藓驮试S濃度；采用隔爆措施（如隔爆水槽、巖粉棚）；嚴格控制爆破作業(yè)，使用安全炸藥，加強通風；必要時進行瓦斯抽放；加強安全教育和管理，嚴禁煙火。2.隧道施工中涌水預測方法主要有：①工程地質(zhì)類比法，根據(jù)相似地質(zhì)條件下隧道涌水規(guī)律進行預測；②水文地質(zhì)分析法，收集區(qū)域水文地質(zhì)資料，分析含水層特征、富水性；③經(jīng)驗公式法，利用水量與影響因子（如洞長、埋深、巖體滲透系數(shù)等）的經(jīng)驗公式估算；④數(shù)值模擬法，建立地下水滲流模型進行預測。主要依據(jù)是地質(zhì)勘察報告提供的巖土層分布、巖性、結構面性質(zhì)、地下水類型、水位、水質(zhì)、富水性信息，以及隧道位置、埋深、斷面尺寸、施工方法等工程因素。3.常用方法有：①巴頓（Barton）Q值法；②地質(zhì)RMR（RockMassRating）法；③工程巖體分類（如Hoek-Brown準則）。隧道圍巖分類的目的：①評估隧道圍巖的穩(wěn)定性程度；②為隧道支護設計提供依據(jù)（不同等級圍巖對應不同的支護類型和參數(shù)）；③指導隧道施工方法的選擇（如開挖方式、支護時機等）；④預測隧道可能遇到的工程問題（如變形、失穩(wěn)、涌水等）。4.可能遇到的主要問題及處理措施：①瓦斯問題：加強瓦斯監(jiān)測預警，采用濕式