巖土參數的分析中變異系數選定的辨析

摘 要：變異系數是為了評價巖土參數的變異特點引入的無量綱參數，在《巖土工程勘察規范》（GB 50021-94）中給出了該參數變異性大小的評價標準，但在《巖土工程勘察規范》（GB 50021-2001（2009年版））中取消了上述評價標準。評價標準取消后，對于變異系數的評價出現了新問題：一是如何判斷變異系數的大小；二是變異系數較大時如何處理。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。

關鍵詞：巖土參數分析；變異系數；標準差；離散程度

1 緒論

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

巖土參數應根據工程特點和地質條件選用，并按離散程度對其適用性和可靠性進行評價。標準差是巖土參數中評價離散性的重要指標，但由于該參數是有量綱的指標，因此不適用于不同參數之間離散性的比較。在工程實踐中通常采用無量綱的變異系數對巖土參數進行評價。當地貌單元、地層分布劃分正確，在標準試驗方法的條件下，變異系數能夠反應巖土指標的固變異特征。文獻[1]中曾給出了對變異系數的評價，見表1。

在實際應用中，很多人將表1中變異系數的大小作為判別物理力學指標合格與否的標準。但變異系數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一般很小、滲透系數的變異系數一般很大，變異系數不能簡單地作為評價勘察試驗質量的標準。基于上述誤解，文獻[2]在修訂時取消了上述評價標準。

2 變異系數變化的范圍

關于變異系數的變化范圍，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12個變電站和升壓站場地內土層的變異系數進行了統計結果見表3。

表2和表3的統計結果表明，變異系數受土的類別、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，通常力學指標的變化范圍大于物理指標的變化范圍。把表2、表3與表1進行對比，表1的評價標準能夠適用于多數參數平均值的評價，但是對于固結系數、標貫擊數等變異性本身較大參數是不適用的。對參數的變異性分析，可綜合表1～表3的結果進行判斷，當變異系數平均值超出了0.3以及表2、表3中的數值時，就應該引起重視，并分析原因了。

3 變異系數較大時的處理方法

作者在工程實踐中發現，通常造成變異性較大的原因主要有：①未能按物理力學性質的差異對同一土層進行細分，并分層統計參數；②在參數的統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，在統計參數前，應根據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分層統計，分層統計后變異系數一般均會下降。

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

4 實例計算與分析

對表4中的土工試驗數據的未進性粗差處理和采用粗差處理后的的變異系數進行計算，結果見表5。

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

5 結論

根據以上分析，可以歸納以下幾點：

（1）變異系數變化范圍很大，可根據規范要求結合國內外和本地區經驗綜合分析確定。

（2）在試驗條件相同的情況下，變異系數較大時應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]巖土工程勘察規范（GB 50021-94）.92.

[2]巖土工程勘察規范GB 50021-2001（2009版）.313.

[3]工程地質手冊（第五版）.334-335.

[4]電力巖土工程勘測資料整編技術規程.90-93.

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