巖土參數(shù)的分析中變異系數(shù)選定的辨析

摘 要：變異系數(shù)是為了評價巖土參數(shù)的變異特點引入的無量綱參數(shù)，在《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021-94）中給出了該參數(shù)變異性大小的評價標(biāo)準(zhǔn)，但在《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021-2001（2009年版））中取消了上述評價標(biāo)準(zhǔn)。評價標(biāo)準(zhǔn)取消后，對于變異系數(shù)的評價出現(xiàn)了新問題：一是如何判斷變異系數(shù)的大??；二是變異系數(shù)較大時如何處理。本文針對上述新問題進行了辨析，并通過實例分析了三種粗差處理方法的特點。

關(guān)鍵詞：巖土參數(shù)分析；變異系數(shù)；標(biāo)準(zhǔn)差；離散程度

1 緒論

巖土工程勘察中物理力學(xué)參數(shù)的分析與取值是勘察內(nèi)業(yè)工作中很重要的組成部分。在勘察過程中，影響巖土物理力學(xué)參數(shù)準(zhǔn)確性的因素較多，包括巖土體自身的不確定性和原位測試、取樣等環(huán)節(jié)中的偶然性，這些因素都會影響到物理力學(xué)參數(shù)最終取值是否合理的問題。如何定量的分析物理力學(xué)參數(shù)是否準(zhǔn)確就成為巖土工程勘察人員關(guān)心的問題。

巖土參數(shù)應(yīng)根據(jù)工程特點和地質(zhì)條件選用，并按離散程度對其適用性和可靠性進行評價。標(biāo)準(zhǔn)差是巖土參數(shù)中評價離散性的重要指標(biāo)，但由于該參數(shù)是有量綱的指標(biāo)，因此不適用于不同參數(shù)之間離散性的比較。在工程實踐中通常采用無量綱的變異系數(shù)對巖土參數(shù)進行評價。當(dāng)?shù)孛矄卧?、地層分布劃分正確，在標(biāo)準(zhǔn)試驗方法的條件下，變異系數(shù)能夠反應(yīng)巖土指標(biāo)的固變異特征。文獻[1]中曾給出了對變異系數(shù)的評價，見表1。

在實際應(yīng)用中，很多人將表1中變異系數(shù)的大小作為判別物理力學(xué)指標(biāo)合格與否的標(biāo)準(zhǔn)。但變異系數(shù)高并不能說明這個試驗就不合格，例如天然重度的變異系數(shù)一般很小、滲透系數(shù)的變異系數(shù)一般很大，變異系數(shù)不能簡單地作為評價勘察試驗質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。基于上述誤解，文獻[2]在修訂時取消了上述評價標(biāo)準(zhǔn)。

2 變異系數(shù)變化的范圍

關(guān)于變異系數(shù)的變化范圍，文獻[3]中給出了國外一些研究成果，見表2。

作者對寧夏境內(nèi)12個變電站和升壓站場地內(nèi)土層的變異系數(shù)進行了統(tǒng)計結(jié)果見表3。

表2和表3的統(tǒng)計結(jié)果表明，變異系數(shù)受土的類別、土層劃分、試驗方法等因素的影響，是個變化的范圍值，而且變化范圍很大，通常力學(xué)指標(biāo)的變化范圍大于物理指標(biāo)的變化范圍。把表2、表3與表1進行對比，表1的評價標(biāo)準(zhǔn)能夠適用于多數(shù)參數(shù)平均值的評價，但是對于固結(jié)系數(shù)、標(biāo)貫擊數(shù)等變異性本身較大參數(shù)是不適用的。對參數(shù)的變異性分析，可綜合表1～表3的結(jié)果進行判斷，當(dāng)變異系數(shù)平均值超出了0.3以及表2、表3中的數(shù)值時，就應(yīng)該引起重視，并分析原因了。

3 變異系數(shù)較大時的處理方法

作者在工程實踐中發(fā)現(xiàn)，通常造成變異性較大的原因主要有：①未能按物理力學(xué)性質(zhì)的差異對同一土層進行細(xì)分，并分層統(tǒng)計參數(shù)；②在參數(shù)的統(tǒng)計過程中未進行粗差處理，或選擇的粗差處理方法錯誤。

對于原因①，在統(tǒng)計參數(shù)前，應(yīng)根據(jù)密實程度對同一土層進行劃分，把土層劃分為松散、稍密、中密和密實，并按密實程度對巖土參數(shù)分層統(tǒng)計，分層統(tǒng)計后變異系數(shù)一般均會下降。

對于原因②，一方面必須要進行粗差處理，另一方面應(yīng)選擇合適的處理方法。粗差處理方法主要有3倍標(biāo)準(zhǔn)差法、狄克松檢驗法以及戈羅伯斯檢驗法。對于3倍標(biāo)準(zhǔn)差法，當(dāng)試驗指標(biāo)的數(shù)量小于10時，不能剔除任何粗差。對于狄克松檢驗法，當(dāng)試驗指標(biāo)數(shù)量較小時性能較好，試驗指標(biāo)數(shù)量接近30時性能開始變差，因此，試驗指標(biāo)數(shù)量小于30時建議使用狄克松檢驗法。對于戈羅伯斯檢驗法，試驗指標(biāo)數(shù)量≥6時，處理效果較好。

4 實例計算與分析

對表4中的土工試驗數(shù)據(jù)的未進性粗差處理和采用粗差處理后的的變異系數(shù)進行計算，結(jié)果見表5。

表5計算結(jié)果表明，采用三種粗差剔除方法處理后，僅有3倍標(biāo)準(zhǔn)差法和狄克松檢驗法處理后的內(nèi)摩擦角的變異系數(shù)發(fā)生了變化，且用三種方法剔除粗差后，同一巖土參數(shù)會給出不同的結(jié)果。因此在同一個工程中建議只采用一種粗差處理方法。另外，狄克松檢驗法在應(yīng)用時難度相對較大。

5 結(jié)論

根據(jù)以上分析，可以歸納以下幾點：

（1）變異系數(shù)變化范圍很大，可根據(jù)規(guī)范要求結(jié)合國內(nèi)外和本地區(qū)經(jīng)驗綜合分析確定。

（2）在試驗條件相同的情況下，變異系數(shù)較大時應(yīng)分析巖土層劃分是否合理，是否進行了粗差處理以及粗差處理方法是否正確。

（3）在同一個工程中建議只采用一種粗差處理方法。

參考文獻：

[1]巖土工程勘察規(guī)范（GB 50021-94）.92.

[2]巖土工程勘察規(guī)范GB 50021-2001（2009版）.313.

[3]工程地質(zhì)手冊（第五版）.334-335.

[4]電力巖土工程勘測資料整編技術(shù)規(guī)程.90-93.

作者簡介：楊超（1983-），男，碩士，2009年畢業(yè)于西安理工大學(xué)水利水電學(xué)院巖土工程專業(yè)，工程師，主要從事電力行業(yè)巖土工程勘察工作。