土工參數(shù)空間概率特性及軟粘土地基固結(jié)概率解析

王婧

摘要：巖土工程具有復(fù)雜性特征，當(dāng)前在巖土工程中還沒有廣泛應(yīng)用可靠性理論設(shè)計(jì)理論，仍舊在很多問題。在巖土工程可靠性分析過程中，分析的重難點(diǎn)是土工參數(shù)不確定性和土層剖面概率模擬。本文主要分析了土工參數(shù)空間概率特性及軟粘土地基固結(jié)概率，對于工程施工起到參考作用。

關(guān)鍵詞：土工參數(shù);空間概率特性;軟黏土地基;固結(jié)概率

土體特征關(guān)系到軟粘土地基固結(jié)效果，而土具有較大的變異性，具有復(fù)雜的性質(zhì)，因此具有空間變異性。因此分析軟粘土地基固結(jié)概率的過程中，需要結(jié)合土工參數(shù)空間概率特性。本文分析了土工參數(shù)空間概率特性及軟粘土地基固結(jié)概率，對于實(shí)際施工起到參考作用。

一、分析土工參數(shù)空間概率分布統(tǒng)計(jì)優(yōu)化

土工參數(shù)具有不確定性，因此在概率分析中需要將土工參數(shù)作為隨機(jī)變量，在評(píng)價(jià)巖土工程可靠性的過程中，需要綜合土工參數(shù)概率分布特征。通過估計(jì)和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定土工參數(shù)概率分布情況，同時(shí)需要結(jié)合測試估計(jì)其中的參數(shù)。土工參數(shù)概率模型和分布參數(shù)直接影響到到巖土工程可靠性分析結(jié)果，因此統(tǒng)計(jì)分析土工參數(shù)概率分布，需要真實(shí)的反映土性情況。在設(shè)計(jì)巖土工程可靠性的過程中，因?yàn)橥列詤?shù)測試數(shù)據(jù)比較少，無法有效利用傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)學(xué)理論，因此需要利用小子樣概率分布分析方法，因此確定最優(yōu)概型。利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠性檢驗(yàn)方法，有利于優(yōu)化整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，同時(shí)利用擬合優(yōu)度檢驗(yàn)有限比較法，優(yōu)化擬合概率模型，在優(yōu)化估計(jì)分布參數(shù)的過程中可以推廣利用Bayes法，最終優(yōu)化分析土工參數(shù)概率分布。[1]

（一）優(yōu)化整理土工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

1. 舍棄異常實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：在巖土工程中，通常無法測量大量的數(shù)據(jù)，如果沒有消除有限的土工測試數(shù)據(jù)的異常值，將會(huì)影響到最終統(tǒng)計(jì)結(jié)果，影響到概率特征值的代表性和真實(shí)性，增加工程技術(shù)的失誤率，因此需要合理排除測試數(shù)據(jù)的異常值。舍棄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的異常值，一方面需要結(jié)合土工參數(shù)的物理概念和巖土工程實(shí)際情況，結(jié)合專業(yè)人員的工作經(jīng)驗(yàn)，及時(shí)舍棄不合理點(diǎn)。另一方面需要利用極小概率不可能原理，結(jié)合專業(yè)人員的工作經(jīng)驗(yàn)，舍棄偏離數(shù)據(jù)正常波動(dòng)范圍的異常點(diǎn)。第三方面需要結(jié)合數(shù)學(xué)方法，以某一置信水平為基礎(chǔ)，及時(shí)舍棄范圍外的異常點(diǎn)。舍棄異常數(shù)據(jù)之后，要注意重新檢驗(yàn)剩余的數(shù)據(jù)，最終不存在異常數(shù)據(jù)即可停止檢測。

2. 檢驗(yàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的子相關(guān)性：很多巖土體具有非均質(zhì)各向異性，因此巖土體的不同性質(zhì)都具有空間變異性。但是這種變異性并不是隨機(jī)的，同時(shí)具有確定性和隨意性。巖土體組成和結(jié)構(gòu)以及賦存環(huán)境等因素都會(huì)影響到變異體。通過控制多種宏觀規(guī)律，體現(xiàn)確定性變異特征，因此確定土工參數(shù)在不同空間位置中，其取值具有隨機(jī)性。同時(shí)空間分布統(tǒng)計(jì)具有規(guī)律性。[2]

3. 檢測實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)最小樣本數(shù)：在市場經(jīng)濟(jì)的影響下，工作人員更加關(guān)注在完成勘察任務(wù)的過程中，合理確定每層最小取樣的數(shù)量。工作人員需要結(jié)合各層圖的各種物理力學(xué)性質(zhì)，根據(jù)概率統(tǒng)計(jì)方法分別確定每層圖的最小樣本數(shù)。結(jié)合初次現(xiàn)場勘測樣本即可確定樣本是否滿足工作精度的要求，如果不滿足精度要求需要再次開展現(xiàn)場勘測工作，再次取樣直至滿足工作需求。以下是試驗(yàn)數(shù)據(jù)最小樣本數(shù)檢驗(yàn)步驟：首先需要整理數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)樣本數(shù)，計(jì)算樣本均值和標(biāo)準(zhǔn)差。其次需要結(jié)合工作精度確定置信水平。要求實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)滿足工作需求，如果不滿足工作需求，需要重新開展取樣校核工作。

（二）優(yōu)化擬合概率模型

在數(shù)理統(tǒng)計(jì)階段，檢驗(yàn)隨機(jī)變量的擬合優(yōu)度，需要檢驗(yàn)隨機(jī)采集的子樣，因此構(gòu)建擬合度母體分布概型。在擬合優(yōu)度檢驗(yàn)過程中可以利用概率紙檢驗(yàn)法，但是這一方法只是適用于正態(tài)分布，獲取的檢驗(yàn)結(jié)果比較粗，因此在可靠性分析中很少利用這一方法。也可以利用X2檢驗(yàn)法，落實(shí)擬合優(yōu)度檢驗(yàn)工作，要求檢驗(yàn)分組數(shù)在5組以上，每組理論頻數(shù)要在5個(gè)以上。[3]

在擬合優(yōu)度檢驗(yàn)過程中可能會(huì)出現(xiàn)棄真和取偽等措施，在檢驗(yàn)小子樣的過程中，如果同時(shí)接收多種不同假設(shè)情況，將會(huì)引發(fā)取偽問題，這是因?yàn)楸粰z樣本比較少，無法保障統(tǒng)計(jì)辨別值的準(zhǔn)確性，固定棄真的錯(cuò)誤率，將會(huì)增加取偽的錯(cuò)誤率。為了解決上述問題，需要合理增加子樣數(shù)，但是很多土工參數(shù)無法加大子樣，因此需要用新型檢驗(yàn)方法。

某一土工參數(shù)主要包括幾種分布類型，雖然可以擬合優(yōu)度檢驗(yàn)小子樣，也會(huì)出現(xiàn)同時(shí)接受不同假設(shè)的情況，但是根據(jù)子樣和母體關(guān)系，需要擬合優(yōu)度原分布的假設(shè)。

二、軟粘土地基固結(jié)概率解析

在軟土路基中填筑構(gòu)筑物，需要注重地基的固結(jié)效果，在軟黏土地基固結(jié)分析過程中，需要利用常規(guī)的定制方法，根據(jù)試驗(yàn)獲取豎向固結(jié)信息，利用Terzaghi一維固結(jié)理論，為地基處理工作提供依據(jù)。但是這種方法存在不完善部分，因?yàn)樨Q向固結(jié)系數(shù)屬于隨機(jī)變量，具有不確定性和變異性，因此在軟黏土地基固結(jié)規(guī)律并不是固定值，也具有隨機(jī)性，僅僅是估計(jì)實(shí)際固結(jié)過程的概率。[4]

空間土層因?yàn)槌练e條件和埋藏條件等，因此不同點(diǎn)之間土性同時(shí)具有差異性和相關(guān)性，相關(guān)性指的是土性某一參數(shù)，這就是土的自相關(guān)性，這也是土的一種基本屬性。軟黏土地基固結(jié)概率取決于豎向固結(jié)系數(shù)的空間平均特性，因此在實(shí)際研究階段需要提出科學(xué)的分析方法。

（一）豎向固結(jié)系數(shù)的概率特征

正確模擬土的性質(zhì)，需要將土層看作隨機(jī)場，通過構(gòu)建隨機(jī)場模型，利用齊次正太隨機(jī)場模擬土性的剖面，同時(shí)利用方差和方差折減系數(shù)等描述土性空間變異性。利用方差折減系數(shù)聯(lián)系點(diǎn)變異性和空間變異性，需要根據(jù)土性的自相關(guān)距離和空間平均范圍。平均固結(jié)度空間概率特征對于自相關(guān)數(shù)據(jù)選取缺乏敏感性，但是如果忽視固結(jié)系數(shù)空間變異性，將會(huì)增加固結(jié)度方差。因此分析軟黏土地基固結(jié)的概率需要考慮固結(jié)系數(shù)的空間變異性?？偨Y(jié)地區(qū)自相關(guān)距離，如果試驗(yàn)資料不夠充足，同時(shí)無法計(jì)算土性指標(biāo)自相關(guān)距離，可以結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)資料完成分析工作。[5]

（二）一維固結(jié)對于固結(jié)系數(shù)不確定性的敏感性

在敏感性分析過程中可以利用級(jí)數(shù)展開法和統(tǒng)計(jì)模擬法以及兩點(diǎn)概率估計(jì)理論。利用級(jí)數(shù)展開法需要計(jì)算相關(guān)道數(shù)，利用統(tǒng)計(jì)模擬法需要占用大量的機(jī)時(shí)，而兩點(diǎn)概率估計(jì)比較簡單，因此當(dāng)前主要是用這種方法。分析平均固結(jié)度概率特性對于豎向固結(jié)系數(shù)變異系數(shù)的敏感性，豎向固結(jié)系數(shù)分布概型不同，敏感性也會(huì)產(chǎn)生不同。增大豎向固結(jié)系數(shù)的變異系數(shù)，將會(huì)逐漸減弱平均固結(jié)度概率特性對于豎向固結(jié)系數(shù)的敏感性。

有小到大的改變豎向固結(jié)系數(shù)變異系數(shù)，也會(huì)由弱到強(qiáng)的改變一維固結(jié)固結(jié)度的概率特性對于豎向固結(jié)系數(shù)的敏感性，如果豎向固結(jié)系數(shù)變異系數(shù)在0.2以內(nèi)，那么一維固結(jié)度概率特征對于豎向固結(jié)系數(shù)分布的敏感性比較小，可以忽視豎向固結(jié)系數(shù)分布產(chǎn)生的影響。

結(jié)束語

本文分析了土工參數(shù)空間概率特性及軟粘土地基固結(jié)概率，在今后工作中需要開展大量的室內(nèi)和現(xiàn)場試驗(yàn)對比，通過研究常用土性指標(biāo)的實(shí)驗(yàn)方法，使分析結(jié)果的精確度因此提高。

參考文獻(xiàn)

[1]張旺興，何濤，李新柱.振動(dòng)沉管砂樁施工技術(shù)在軟粘土地基處理中的應(yīng)用[J].中國高新科技，2020（14）：94-95.

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[3]周亮.強(qiáng)夯法加固軟粘土地基的離散元數(shù)值分析[J].湖南交通科技，2018，44（04）：40-42+119.

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[5]王元戰(zhàn)，齊佳麗，董焱赫，龍俞辰.循環(huán)荷載作用下飽和軟粘土累積變形研究[J].水道港口，2017，38（03）：286-290+298.