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1、第一節(jié)巖土參數(shù)的分析與選取一、巖土參數(shù)的可靠性巖土參數(shù)是巖土工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。巖土工程評(píng)價(jià)是否符合客觀實(shí)際,巖土工程設(shè)計(jì)是否可靠,很大程度上取決于參數(shù)選取的合理性。因此,要求所選用的巖土參數(shù)必須能夠正確地反映巖土體在規(guī)定條件下的性狀,能比較真實(shí)地估計(jì)參數(shù)真值所在的區(qū)間,從而能夠滿(mǎn)足巖土工程設(shè)計(jì)計(jì)算的精度要求。巖土參數(shù)可分為兩類(lèi):一類(lèi)是評(píng)價(jià)指標(biāo),用于評(píng)價(jià)巖土的性狀,作為劃分地層、鑒定類(lèi)別的依據(jù);另一類(lèi)是計(jì)算指標(biāo),用以設(shè)計(jì)巖土工程,預(yù)測(cè)巖土體在荷載和自然因素作用下的力學(xué)行為和變化趨勢(shì),并指導(dǎo)施工和監(jiān)測(cè)。工程上對(duì)這兩類(lèi)巖土參數(shù)的基本要求是可靠性和適用性??煽啃允侵竻?shù)能正確反映巖土體的基本特性,能夠較
2、準(zhǔn)確地估計(jì)巖土參數(shù)所在區(qū)問(wèn)。適用性是指參數(shù)能滿(mǎn)足巖土工程設(shè)計(jì)的假定條件和計(jì)算精度要求。在對(duì)巖土工程評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)對(duì)所選參數(shù)的可靠性和適用性進(jìn)行分析,并在此基巖土參數(shù)的可靠與否主要取決于兩方面的因素:一是巖土結(jié)構(gòu)受擾動(dòng)的程度;二是試驗(yàn)方法和取值標(biāo)準(zhǔn)。巖土試樣從地層中取出到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行再制樣的過(guò)程中,土樣原來(lái)的應(yīng)力狀態(tài)及結(jié)構(gòu)均不同程度地受到了擾動(dòng)。不同的取樣方法,所取土樣的質(zhì)量等級(jí)不同,對(duì)土的擾動(dòng)程度亦不相同。例如,對(duì)于淤泥質(zhì)黏土采用厚壁取土器錘擊法較采用薄壁取土器壓入法取樣,無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度可降低35%40%。此外,在實(shí)驗(yàn)室制試樣過(guò)程中,對(duì)土樣亦有不同程度的擾動(dòng)。試驗(yàn)方法對(duì)巖土參數(shù)也有很大影響,對(duì)于同一地
3、層的同一指標(biāo),用不同試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)所得的結(jié)果會(huì)有很大誤差,例如,土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)可用下列方法測(cè)定,而其結(jié)果則各不相同。方法有:室內(nèi)靜三軸試驗(yàn);室內(nèi)直剪試驗(yàn);室內(nèi)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn);原位十字板試驗(yàn)等。因此,進(jìn)行巖土工程分析評(píng)價(jià)與設(shè)計(jì)時(shí),首先要對(duì)巖土參數(shù)的可靠性和適用性進(jìn)行分析評(píng)價(jià),對(duì)土樣從采取、制備及測(cè)試方法要有全面合理選用。巖土參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析(一)工程地質(zhì)單元體的劃分由于自然界中的巖土體成生條件和所處環(huán)境的不同,導(dǎo)致巖土體的性質(zhì)具有明顯的非均一性和各向異性。不同工程地質(zhì)單元體的巖土參數(shù)具有較大的變異性,是一個(gè)隨機(jī)變量。而對(duì)于同一工程地質(zhì)單元體來(lái)說(shuō),其值域的分布具有相同或相似的規(guī)律,可以用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方
4、法進(jìn)行分析與處理。因此,在進(jìn)行巖土參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析之前,首先應(yīng)根據(jù)擬建場(chǎng)地所處的地貌單元、巖性、成因類(lèi)型、堆積年代等,對(duì)勘探深度范圍內(nèi)所涉及的巖土初步劃分工程地質(zhì)單元(即工程地質(zhì)層),然后按工程地質(zhì)單元體進(jìn)行巖土參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析。(二)各工程地質(zhì)單元巖土參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析巖土工程參數(shù)統(tǒng)計(jì)的特征值可分為兩類(lèi):一類(lèi)是反映資料分布的集中情況或中心趨勢(shì)的,它們作為某批數(shù)據(jù)的典型代表,用算術(shù)平均值來(lái)表示;另一類(lèi)是反映參數(shù)分布的離散程度的,用標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)來(lái)表征。各工程地質(zhì)單元的平均值fm,標(biāo)準(zhǔn)差(和變異系數(shù)(T)分別按式(9-1)、式(9-2)、式(9-3)計(jì)算。其計(jì)算公式如卜:(9-1)(9-2)二出(9-
5、3)式中fi巖土參數(shù)數(shù)據(jù);n參加統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)。(三)巖土參數(shù)的變異性等級(jí)與變異系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差雖然可以用來(lái)衡量參數(shù)離散程度,但由于它是有量綱的,只能用于同一參數(shù)的比較,而對(duì)于不同參數(shù)的離散性則無(wú)法進(jìn)行比較。因此,巖土工程勘察規(guī)范引入了變異性等級(jí)以及變異系數(shù)的概念來(lái)評(píng)價(jià)巖土參數(shù)的變異特征。1.巖土參數(shù)的變異性等級(jí)為了定量地判別和評(píng)價(jià)巖土參數(shù)的變異特性,以便提出可靠的設(shè)計(jì)參數(shù)值。巖土工程勘察規(guī)范對(duì)其變異性進(jìn)行了等級(jí)劃分,見(jiàn)表9-1A9-1胃I班拊變片性等級(jí)0,1£<5<0.2(1.2<4<0,30,3這5<0.4變異件等級(jí)很低俄中等V變異系數(shù)()巖土參數(shù)沿深度變
6、化的特點(diǎn),可劃分為相關(guān)型和非相關(guān)型兩種。1)相關(guān)型:巖土參數(shù)隨深度呈有規(guī)律的變化。正相關(guān)表示參數(shù)隨深度的增加而增大,負(fù)相關(guān)表示參數(shù)隨深可采用回歸分析法求得。由于回歸統(tǒng)度的增加而減小。相關(guān)系數(shù)計(jì)作用,減小了參數(shù)的隨機(jī)變異性,提高了預(yù)估參數(shù)的可靠性。其變異系數(shù)可按式(9-4)和式(9-5)確定。(9-4)式中5剩余標(biāo)準(zhǔn)差;療/標(biāo)韭差:,一相關(guān)系數(shù),對(duì)。#相關(guān)型/力:力算術(shù)平均值.目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于變異系數(shù)的研究成果見(jiàn)9-2表和表9-3H9-2mg*足說(shuō)的變捽系數(shù)巖土數(shù)范朋1S建設(shè)標(biāo)淅值給士參數(shù)藉隔值砂土內(nèi)摩擦用整性士?jī)?nèi)摩擦策息攀如不排水用和性固站系數(shù)彈性模時(shí)液限0.05現(xiàn)150.12-0.560.20
7、-0,500.16-O.73025rIMQ,02-Q420.02-0.480400J00.30aao晴500.30MO軍跟蜥準(zhǔn)貫入無(wú)側(cè)眼強(qiáng)度孔隙比密度新粒含量0g-0.290270aLOO013-0.42oaio。陽(yáng)川7。我9-3同內(nèi)研究F點(diǎn)果的變異系敢土類(lèi)密度用城模量?jī)?nèi)摩擦角1海前泥液鉆十淞泥質(zhì)粉質(zhì)黏土暗粽色粉質(zhì)黏土Ml1-0,0200.0IV0.0208015-030.0440213D.16S-OJ78&次-仇施01970.424M970.2圈000江蘇K土粉質(zhì)黏土0*005«6.0330.014-0,0300.377-0,2370.122-03000464-0.370O
8、JOO-0.360100安堂秋±0.020=034D.J79-0.5000,J40、01680河南察t'粉質(zhì)黏土0.010.0180,017-0.0440.1G6-0.4590.20y-C.417一2)非相關(guān)型:巖土參數(shù)隨深度呈無(wú)規(guī)律的隨機(jī)變化。此時(shí)式(9-5)中的丫二03.粗差數(shù)據(jù)的剔除巖土參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析得出平均值和標(biāo)準(zhǔn)差后,對(duì)一些離散性較大的粗差數(shù)據(jù)應(yīng)予以剔除,剔除方法有多種,常用的有正負(fù)3倍標(biāo)準(zhǔn)差法、Crubbs法和Chauvenet法。當(dāng)離差滿(mǎn)足式(9-6)時(shí),其資料應(yīng)予剔除:式中d=fi-fm(T標(biāo)準(zhǔn)差g由不同標(biāo)準(zhǔn)給出的系數(shù),當(dāng)用正負(fù)3倍標(biāo)準(zhǔn)差時(shí)取3,用Crubbs法
9、和,Chauvenet法時(shí),由表9-4查得。於9-4Chauvenel法及Cnjttbs汕的?tflJ7Chauvenct法Crubbs詼nChauveaet法口口毋054=0.01tr=O.Q?5LfML67L75162J62.4461.731.S21.94182.5C7),791.942J0201.242.5681段2.032.21222,28.26C91922JL2322423116410IL%M82.41302.392.75122.032.292.5540250工87J42.10工372.66502.56296三、巖土參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值巖土參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值fk是巖土工程設(shè)計(jì)最基本的代表值,是巖土參數(shù)的可靠性估值,是在統(tǒng)計(jì)學(xué)區(qū)間估計(jì)理論基礎(chǔ)上得到的關(guān)于巖土參數(shù)母體平均值置信區(qū)間的單側(cè)置信界線值。母體平均值以可靠性估值fk(即標(biāo)準(zhǔn)值)可按下式求得:同三2(9-6)式中;標(biāo)準(zhǔn)差(Tg由不同標(biāo)準(zhǔn)給出的系數(shù),當(dāng)用正負(fù)3倍標(biāo)準(zhǔn)差時(shí)
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