土木工程师-专业案例（岩土）-基坑工程与地下工程-7.3地下水控制

土木工程师-专业案例（岩土）-基坑工程与地下工程-7.3地下水控制[单选题]1.某基坑开挖深度为8.0m，其基坑形状及场地土层如下图所示，基坑周边无重要构筑物及管线。粉细砂层渗透系数为1（江南博哥）.5×10－2cm/s，在水位观测孔中测得该层地下水水位埋深为0.5m。为确保基坑开挖过程中不致发生突涌，拟采用完整井降水措施（降水井管井过滤器半径设计为0.15m，过滤器长度与含水层厚度一致），将地下水水位降至基坑开挖面以下0.5m，试问，根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—2012）估算本基坑降水时至少需要布置的降水井数量（口）为下列何项？()[2012年真题]题1图A.2B.3C.4D.5正确答案：B参考解析：根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—2012）第7.3.15条规定，降水井的单井设计流量可按下式计算：q＝1.1Q/n。式中，Q为基坑降水的总涌水量（m3/d）；n为降水井数量。①计算基坑降水的总涌水量（m3/d）：根据附录E第E.0.3规定，群井按大井简化的均质含水层承压水完整井的基坑降水总涌水量可按下列公式计算：Q＝2πkMsd/ln（1＋R/r0）式中，M为承压含水层厚度（m），本场地含水层为承压含水层，故M＝12m。r0为沿基坑周边均匀布置的降水井群所围面积等效圆的半径（m）。其等效半径r0为：式中，A为降水井群连线所围的面积。sd为基坑地下水位的设计降深（m），经计算为：sd＝8.0－0.5＋0.5＝8.0m。R为降水影响半径（m）。根据式（7.3.7-2），即确定。式中，sw为井水位降深（m），当井水位降深小于10m时，取sw＝10m。k为含水层的渗透系数（m/d）。故其中，k＝1.5×10－2×60×60×24×10－2＝12.96m/d因此，基坑降水的总涌水量为：Q＝2πkMsd/ln（1＋R/r0）＝2π×12.96×12×8/ln（1＋360/40）＝3395.0m3/d②计算降水井单井流量（m3/d）：根据7.3.16条第3款规定，管井的单井出水能力可按下式计算：式中，q0为单井出水能力（m3/d）；rs为过滤器半径（m）；l为过滤器进水部分长度（m）；k为含水层渗透系数（m/d）。因此，③计算降水井数量：n＝1.1×Q/q0＝1.1×3395.0/1593＝2.34降水井数量不能少于该结果，因此取n＝3。[单选题]2.如图所示河堤由黏性土填筑而成，河道内侧正常水深3.0m，河底为粗砂层，河堤下卧两层粉质黏土层，其下为与河底相通的粗砂层，其中粉质黏土层①的饱和重度为19.5kN/m3，渗透系数为2.1×10－5cm/s；粉质黏土层②的饱和重度为19.8kN/m3，渗透系数为3.5×10－5cm/s，试问河内水位上涨深度H的最小值接近下列哪个选项时，粉质黏土层①将发生渗流破坏？()[2013年真题]题2图A.4.46mB.5.83mC.6.40mD.7.83m正确答案：C参考解析：根据题意，黏土层①发生破坏，一种情况是①号层发生流土破坏，另一种情况是与②号层一起出现整体稳定性破坏。第一种情况：①号土层发生流土破坏，即：渗透力＝有效自重压力（kPa）。γwi＝γ′⇒10×Δh1/2＝19.5－10解得：Δh1＝1.9m。又①层与②层接触位置流速相等，可得：k1Δh1/h1＝k2Δh2/h2则有2.1×10－5×1.9/2＝3.5×10－5×Δh2/3.5解得：Δh2＝1.995m。取②层底面为零势能面：3＋H＝1.9＋1.995＋2＋3.5，H＝6.395m第二种情况：当发生整体破坏时，根据题意有：γw（H＋3）＝19.5×2＋19.8×3.5解得：H＝7.83m。河内水位上涨深度最小值应取二者中较小值。则河内水位上涨深度为：H＝6.395m。由此可知，C项数值最为接近。[单选题]3.某拟建场地远离地表水体，地层情况如下表，地下水埋深6m，拟开挖一长100m，宽80m的基坑，开挖深度12m。施工中在基坑周边布置井深22m的管井进行降水，降水维持期间基坑内地下水水力坡度为1/15，在维持基坑中心地下水位位于基底下0.5m的情况下，按照《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—2012）的有关规定，计算的基坑涌水量最接近于下列哪一个值？()[2013年真题]题3表拟建场地地层情况A.2528m3/dB.3527m3/dC.2277m3/dD.2786m3/d正确答案：C参考解析：根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—2012）附录E与第7.3.11条规定，计算步骤如下：①根据附录E第E.0.2条规定，群井按大井简化时，均质含水层潜水非完整井的基坑降水总涌水量可按下列公式计算：式中，hm＝（H＋h）/2，其中H＝30－6＝24m，h＝24－6－0.5＝17.5m则：hm＝（H＋h）/2＝（24＋17.5）/2＝20.75m②根据第7.3.11条规定，潜水降水影响半径为：③根据附录E第E.0.1条规定，基坑等效半径为：④根据附录E第E.0.2条规定，由于基坑内水力坡度1/15，故滤管有效工作部分的长度为：l＝22－12－0.5－（1/15）×50.48＝6.135m⑤故基坑涌水量为：由此可知，C项数值最为接近。[单选题]4.均匀砂土地基基坑，地下水位与地面齐平，开挖深度12m，采用坑内排水，渗流流网如下图所示，各相邻等势线之间的水头损失Δh相等，基坑底处的最大平均水力梯度最接近于下列哪个选项的数值？()[2009年真题]题4图A.0.44B.0.55C.0.80D.1.00正确答案：A参考解析：水在土中渗流时受到土的阻力因而产生水头损失。水力梯度为单位渗流长度上的水头损失。由流网图知其等势线为n＝10条，任意两等势线间的水头损失为：Δh′＝Δh/（n－1）＝12/（10－1）＝1.33m所以水力梯度为：i＝1.33/3＝0.44。[单选题]5.某基坑开挖深度10m，地面以下2m为人工填土，填土以下18m厚为中、细砂，含水层平均渗透系数k＝1.0m/d；砂层以下为黏土层，地下水位在地表以下2m。已知基坑的等效半径为r0＝10m，降水影响半径R＝76m，要求地下水位降到基坑底面以下0.5m，井点深为20m，基坑远离边界，不考虑周边水体的影响。问该基坑降水的涌水量最接近于下列哪个数值？()[2011年真题]A.342m3/dB.380m3/dC.425m3/dD.453m3/d正确答案：A参考解析：根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—2012）附录E第E.0.1条规定，群井按大井简化时，均质含水层潜水完整井的基坑降水总涌水量可按下式计算：Q＝πk（2H－Sd）Sd/ln（1＋R/r0）式中，Sd为基坑水位降深，则Sd＝10＋0.5－2＝8.5m；H为潜水含水层厚度，H＝18m；r0为沿基坑周边均匀布置的降水井群所围面积等效圆的半径，r0＝10m；R为降水影响半径，R＝76m；k为渗透系数，k＝1.0m/d。代入数据，得该基坑降水的涌水量为：Q＝π×1.0×（36－8.5）×8.5/ln（1＋7.6）＝341.3m3/d[单选题]6.高速公路排水沟呈梯形断面，设计沟内水深1.0m，过水断面积W＝2.0m2，湿周P＝4.10m，沟底纵坡0.005，排水沟粗糙系数n＝0.025，该排水沟的最大流速最接近于下列哪个选项的数值？()[2008年真题]A.1.67m/sB.3.34m/sC.4.55m/sD.20.5m/s正确答案：A参考解析：由流体力学相关知识，水力半径为：R＝W/P＝2/4.1＝0.488m＜1.0m。流速系数为：则流速：[单选题]7.在基坑的地下连续墙后有一5m厚的含承压水的砂层，承压水头高于砂层顶面3m。在该砂层厚度范围内作用在地下连续墙上单位长度的水压力合力最接近于下列哪个选项的数值？()[2008年真题]A.125kN/mB.150kN/mC.275kN/mD.400kN/m正确答案：C参考解析：根据成层土中水压力理论，计算过程如下：①层顶面水压力为：Pw顶＝γwh1＝10×3＝30kPa②层底面水压力为：Pw底＝γwh1＋Rwh2＝10×3＋10×5＝80kPa③则水压力合力为：Pw＝（1/2）（Pw顶＋Pw底）×h2＝（1/2）（30＋80）×5＝275kN/m[单选题]8.基坑开挖深度为6m，土层依次为人工填土、黏土和砾砂，如下图所示。黏土层，γ＝19.0kN/m3，c＝20kPa，φ＝12°。砂层中承压水水头高度为9m。基坑底至含砾粗砂层顶面的距离为4m。抗突涌安全系数取1.20，为满足抗承压水突涌稳定性要求，场地承压水最小降深最接近于下列哪个选项的数值？()[2008年真题]题8图A.1.4mB.2.1mC.2.7mD.4.0m正确答案：C参考解析：根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2011）附录W第W.0.1条规定，当上部为不透水层，坑底下某深度处有承压水层时，某坑底抗渗流稳定性可按下式验算：γm（t＋Δt）/Pw≥1.1。计算过程如下：本题题中，抗突涌安全系数取1.20。抗突涌力为：γm（t＋Δt）＝19×4＝76kN/m2水突力为：Pw＝γm（9－h）则需满足安全系数为：76/[10×（9－h）]≥1.2，解得：h≥2.67m≈2.7m。[单选题]9.基坑坑底下有承压含水层，如图所示，已知不透水层土的天然重度γ＝20kN/m3，水的重度γw＝10kN/m3，如要求基坑底抗突涌稳定系数K不小于1.1，则基坑开挖深度h不得大于()m。[2004年真题]题9图承压含水层A.7.5B.8.3C.9.0D.9.5正确答案：B参考解析：根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2011）附录W第W.0.1条规定，验算基坑底抗渗流稳定性时应满足：γw（t＋Δt）/pw≥1.1式中，γw为透水层以上土的饱和重度；t＋Δt为透水层顶面距基坑底面的深度；pw为含水层水压力。又因为含水层水压力pw＝（16－2）×10＝140kPa，则有：t≥1.1pw/γw－Δt＝1.1×140/20－2＝5.7m故可得：h≤14－5.7＝8.3m。[单选题]10.在水平均质具有潜水自由面的含水层中进行单孔抽水试验如图所示，已知水井半径rw＝0.15m，影响半径R0＝60m，含水层厚度H0＝10m，水位降深sw＝3.0m，渗透系数k＝25m/d，流量最接近下列()m3/d。题10图A.572B.669C.737D.953正确答案：B参考解析：根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—2012）附录E第E.0.1条规定，计算如下：式中，Q为基坑降水总涌水量（m3/d）；k为渗透系数（m/d）；H为潜水含水层厚度（m）；sw为基坑地下水位降深（m）；R0为降水影响半径（m）；rw为基坑等效半径（m），可按计算；A为基坑面积（m2）故可得：[单选题]11.坝基由各向异性的三层水平土层组成。土层a、b、c厚度分别为8m、5m、7m；垂直和水平的渗透系数分别是kav＝0.010m/s，kah＝0.040m/s；kbv＝0.020m/s，kbh＝0.050m/s；kcv＝0.030m/s，kch＝0.090m/s。水垂直、平行于土层层面渗流时，三土层的平均渗透系数分别为kvave、khave，则平均渗透系数的数值近似为()。A.kvave＝0.0734m/s；khave＝0.1562m/sB.kvave＝0.0008m/s；khave＝0.0006m/sC.kvave＝0.0156m/s；khave＝0.0600m/sD.kvave＝0.0087m/s；khave＝0.0600m/s正确答案：C参考解析：具体计算如下：①当水垂直于土层层面渗流时，土层平均渗透系数为kvave，计算公式为：代入数据得：.②当水平行于土层层面渗流时，土层平均渗透系数为khave，计算公式为：代入数据得：[单选题]12.地下水位由距地面2m，下降到距地面20m的软黏土层顶面，从而引起软黏土层的压缩，如图所示。在软黏土层的中点A取土样，试验得到压缩系数a＝0.6MPa－1，在地下水位开始下降时，A点的初始孔隙比e0＝1.0。软黏土层的最终压缩量为()mm。题12图A.224.5B.243.2C.292.5D.333.9正确答案：B参考解析：根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—2012）第7.5.1条规定，降水引起的地层压缩变形量可按下式计算：式中，ψw为沉降计算经验系数，应根据地区工程经验取值，无经验时，宜取ψw＝1。对于题中单层压缩性土，公式可简化为：s＝（Δσ/Es）H。软黏土层的压缩是由于地下水位下降引起有效应力增加，产生附加应力。在软黏土层顶面以下，该附加应力为一常量。取A点，计算土的压缩模量为：Es＝（1＋e0）/a＝（1＋1）/0.6＝3.33MPa。地下水位下降前，软黏土层顶面处的竖直方向的有效应力为：p0＝∑γi′hi＝1.9×10×2＋（2.0－1）×10×18＝218kPa水位下降后，软黏土层顶面处竖直方向的有效应力为：p1＝∑γi′hi＝1.9×10×20＝380kPa因为地下水位下降引起的附加应力为：Δp＝p1－p0＝380－218＝162kPa在整个软黏土层内，该附加应力都是相同的。则软黏土的最终压缩量为：s＝（Δp/Es）H＝162/3.33×5＝243.2mm[单选题]13.如图所示为某地基土层剖面图。根据测压管中