土工參數空間概率特性及軟粘土地基固結概率解析

王婧

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

關鍵詞：土工參數;空間概率特性;軟黏土地基;固結概率

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

一、分析土工參數空間概率分布統計優化

土工參數具有不確定性，因此在概率分析中需要將土工參數作為隨機變量，在評價巖土工程可靠性的過程中，需要綜合土工參數概率分布特征。通過估計和分析實驗數據，確定土工參數概率分布情況，同時需要結合測試估計其中的參數。土工參數概率模型和分布參數直接影響到到巖土工程可靠性分析結果，因此統計分析土工參數概率分布，需要真實的反映土性情況。在設計巖土工程可靠性的過程中，因為土性參數測試數據比較少，無法有效利用傳統的統計學理論，因此需要利用小子樣概率分布分析方法，因此確定最優概型。利用實驗數據可靠性檢驗方法，有利于優化整理實驗數據，同時利用擬合優度檢驗有限比較法，優化擬合概率模型，在優化估計分布參數的過程中可以推廣利用Bayes法，最終優化分析土工參數概率分布。[1]

（一）優化整理土工實驗數據

1. 舍棄異常實驗數據：在巖土工程中，通常無法測量大量的數據，如果沒有消除有限的土工測試數據的異常值，將會影響到最終統計結果，影響到概率特征值的代表性和真實性，增加工程技術的失誤率，因此需要合理排除測試數據的異常值。舍棄實驗數據中的異常值，一方面需要結合土工參數的物理概念和巖土工程實際情況，結合專業人員的工作經驗，及時舍棄不合理點。另一方面需要利用極小概率不可能原理，結合專業人員的工作經驗，舍棄偏離數據正常波動范圍的異常點。第三方面需要結合數學方法，以某一置信水平為基礎，及時舍棄范圍外的異常點。舍棄異常數據之后，要注意重新檢驗剩余的數據，最終不存在異常數據即可停止檢測。

2. 檢驗試驗數據的子相關性：很多巖土體具有非均質各向異性，因此巖土體的不同性質都具有空間變異性。但是這種變異性并不是隨機的，同時具有確定性和隨意性。巖土體組成和結構以及賦存環境等因素都會影響到變異體。通過控制多種宏觀規律，體現確定性變異特征，因此確定土工參數在不同空間位置中，其取值具有隨機性。同時空間分布統計具有規律性。[2]

3. 檢測實驗數據最小樣本數：在市場經濟的影響下，工作人員更加關注在完成勘察任務的過程中，合理確定每層最小取樣的數量。工作人員需要結合各層圖的各種物理力學性質，根據概率統計方法分別確定每層圖的最小樣本數。結合初次現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場勘測工作，再次取樣直至滿足工作需求。以下是試驗數據最小樣本數檢驗步驟：首先需要整理數據，統計樣本數，計算樣本均值和標準差。其次需要結合工作精度確定置信水平。要求實驗數據滿足工作需求，如果不滿足工作需求，需要重新開展取樣校核工作。

（二）優化擬合概率模型

在數理統計階段，檢驗隨機變量的擬合優度，需要檢驗隨機采集的子樣，因此構建擬合度母體分布概型。在擬合優度檢驗過程中可以利用概率紙檢驗法，但是這一方法只是適用于正態分布，獲取的檢驗結果比較粗，因此在可靠性分析中很少利用這一方法。也可以利用X2檢驗法，落實擬合優度檢驗工作，要求檢驗分組數在5組以上，每組理論頻數要在5個以上。[3]

在擬合優度檢驗過程中可能會出現棄真和取偽等措施，在檢驗小子樣的過程中，如果同時接收多種不同假設情況，將會引發取偽問題，這是因為被檢樣本比較少，無法保障統計辨別值的準確性，固定棄真的錯誤率，將會增加取偽的錯誤率。為了解決上述問題，需要合理增加子樣數，但是很多土工參數無法加大子樣，因此需要用新型檢驗方法。

某一土工參數主要包括幾種分布類型，雖然可以擬合優度檢驗小子樣，也會出現同時接受不同假設的情況，但是根據子樣和母體關系，需要擬合優度原分布的假設。

二、軟粘土地基固結概率解析

在軟土路基中填筑構筑物，需要注重地基的固結效果，在軟黏土地基固結分析過程中，需要利用常規的定制方法，根據試驗獲取豎向固結信息，利用Terzaghi一維固結理論，為地基處理工作提供依據。但是這種方法存在不完善部分，因為豎向固結系數屬于隨機變量，具有不確定性和變異性，因此在軟黏土地基固結規律并不是固定值，也具有隨機性，僅僅是估計實際固結過程的概率。[4]

空間土層因為沉積條件和埋藏條件等，因此不同點之間土性同時具有差異性和相關性，相關性指的是土性某一參數，這就是土的自相關性，這也是土的一種基本屬性。軟黏土地基固結概率取決于豎向固結系數的空間平均特性，因此在實際研究階段需要提出科學的分析方法。

（一）豎向固結系數的概率特征

正確模擬土的性質，需要將土層看作隨機場，通過構建隨機場模型，利用齊次正太隨機場模擬土性的剖面，同時利用方差和方差折減系數等描述土性空間變異性。利用方差折減系數聯系點變異性和空間變異性，需要根據土性的自相關距離和空間平均范圍。平均固結度空間概率特征對于自相關數據選取缺乏敏感性，但是如果忽視固結系數空間變異性，將會增加固結度方差。因此分析軟黏土地基固結的概率需要考慮固結系數的空間變異性?？偨Y地區自相關距離，如果試驗資料不夠充足，同時無法計算土性指標自相關距離，可以結合地區經驗資料完成分析工作。[5]

（二）一維固結對于固結系數不確定性的敏感性

在敏感性分析過程中可以利用級數展開法和統計模擬法以及兩點概率估計理論。利用級數展開法需要計算相關道數，利用統計模擬法需要占用大量的機時，而兩點概率估計比較簡單，因此當前主要是用這種方法。分析平均固結度概率特性對于豎向固結系數變異系數的敏感性，豎向固結系數分布概型不同，敏感性也會產生不同。增大豎向固結系數的變異系數，將會逐漸減弱平均固結度概率特性對于豎向固結系數的敏感性。

有小到大的改變豎向固結系數變異系數，也會由弱到強的改變一維固結固結度的概率特性對于豎向固結系數的敏感性，如果豎向固結系數變異系數在0.2以內，那么一維固結度概率特征對于豎向固結系數分布的敏感性比較小，可以忽視豎向固結系數分布產生的影響。

結束語

本文分析了土工參數空間概率特性及軟粘土地基固結概率，在今后工作中需要開展大量的室內和現場試驗對比，通過研究常用土性指標的實驗方法，使分析結果的精確度因此提高。

參考文獻

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

[2]李廣利.軟粘土地基中振沖碎石樁的施工技術[J].中外企業家，2019（34）： 70.

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

[4]鄒中波，袁凡凡，于新山，劉勇.層狀軟粘土地基承載力簡化計算方法的研究[J].水道港口，2017，38（05）：527-531.

[5]王元戰，齊佳麗，董焱赫，龍俞辰.循環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.