土工参数空间概率特性及软粘土地基固结概率解析

王婧

摘要：岩土工程具有复杂性特征，当前在岩土工程中还没有广泛应用可靠性理论设计理论，仍旧在很多问题。在岩土工程可靠性分析过程中，分析的重难点是土工参数不确定性和土层剖面概率模拟。本文主要分析了土工参数空间概率特性及软粘土地基固结概率，对于工程施工起到参考作用。

关键詞：土工参数;空间概率特性;软黏土地基;固结概率

土体特征关系到软粘土地基固结效果，而土具有较大的变异性，具有复杂的性质，因此具有空间变异性。因此分析软粘土地基固结概率的过程中，需要结合土工参数空间概率特性。本文分析了土工参数空间概率特性及软粘土地基固结概率，对于实际施工起到参考作用。

一、分析土工参数空间概率分布统计优化

土工参数具有不确定性，因此在概率分析中需要将土工参数作为随机变量，在评价岩土工程可靠性的过程中，需要综合土工参数概率分布特征。通过估计和分析实验数据，确定土工参数概率分布情况，同时需要结合测试估计其中的参数。土工参数概率模型和分布参数直接影响到到岩土工程可靠性分析结果，因此统计分析土工参数概率分布，需要真实的反映土性情况。在设计岩土工程可靠性的过程中，因为土性参数测试数据比较少，无法有效利用传统的统计学理论，因此需要利用小子样概率分布分析方法，因此确定最优概型。利用实验数据可靠性检验方法，有利于优化整理实验数据，同时利用拟合优度检验有限比较法，优化拟合概率模型，在优化估计分布参数的过程中可以推广利用Bayes法，最终优化分析土工参数概率分布。[1]

（一）优化整理土工实验数据

1. 舍弃异常实验数据：在岩土工程中，通常无法测量大量的数据，如果没有消除有限的土工测试数据的异常值，将会影响到最终统计结果，影响到概率特征值的代表性和真实性，增加工程技术的失误率，因此需要合理排除测试数据的异常值。舍弃实验数据中的异常值，一方面需要结合土工参数的物理概念和岩土工程实际情况，结合专业人员的工作经验，及时舍弃不合理点。另一方面需要利用极小概率不可能原理，结合专业人员的工作经验，舍弃偏离数据正常波动范围的异常点。第三方面需要结合数学方法，以某一置信水平为基础，及时舍弃范围外的异常点。舍弃异常数据之后，要注意重新检验剩余的数据，最终不存在异常数据即可停止检测。

2. 检验试验数据的子相关性：很多岩土体具有非均质各向异性，因此岩土体的不同性质都具有空间变异性。但是这种变异性并不是随机的，同时具有确定性和随意性。岩土体组成和结构以及赋存环境等因素都会影响到变异体。通过控制多种宏观规律，体现确定性变异特征，因此确定土工参数在不同空间位置中，其取值具有随机性。同时空间分布统计具有规律性。[2]

3. 检测实验数据最小样本数：在市场经济的影响下，工作人员更加关注在完成勘察任务的过程中，合理确定每层最小取样的数量。工作人员需要结合各层图的各种物理力学性质，根据概率统计方法分别确定每层图的最小样本数。结合初次现场勘测样本即可确定样本是否满足工作精度的要求，如果不满足精度要求需要再次开展现场勘测工作，再次取样直至满足工作需求。以下是试验数据最小样本数检验步骤：首先需要整理数据，统计样本数，计算样本均值和标准差。其次需要结合工作精度确定置信水平。要求实验数据满足工作需求，如果不满足工作需求，需要重新开展取样校核工作。

（二）优化拟合概率模型

在数理统计阶段，检验随机变量的拟合优度，需要检验随机采集的子样，因此构建拟合度母体分布概型。在拟合优度检验过程中可以利用概率纸检验法，但是这一方法只是适用于正态分布，获取的检验结果比较粗，因此在可靠性分析中很少利用这一方法。也可以利用X2检验法，落实拟合优度检验工作，要求检验分组数在5组以上，每组理论频数要在5个以上。[3]

在拟合优度检验过程中可能会出现弃真和取伪等措施，在检验小子样的过程中，如果同时接收多种不同假设情况，将会引发取伪问题，这是因为被检样本比较少，无法保障统计辨别值的准确性，固定弃真的错误率，将会增加取伪的错误率。为了解决上述问题，需要合理增加子样数，但是很多土工参数无法加大子样，因此需要用新型检验方法。

某一土工参数主要包括几种分布类型，虽然可以拟合优度检验小子样，也会出现同时接受不同假设的情况，但是根据子样和母体关系，需要拟合优度原分布的假设。

二、软粘土地基固结概率解析

在软土路基中填筑构筑物，需要注重地基的固结效果，在软黏土地基固结分析过程中，需要利用常规的定制方法，根据试验获取竖向固结信息，利用Terzaghi一维固结理论，为地基处理工作提供依据。但是这种方法存在不完善部分，因为竖向固结系数属于随机变量，具有不确定性和变异性，因此在软黏土地基固结规律并不是固定值，也具有随机性，仅仅是估计实际固结过程的概率。[4]

空间土层因为沉积条件和埋藏条件等，因此不同点之间土性同时具有差异性和相关性，相关性指的是土性某一参数，这就是土的自相关性，这也是土的一种基本属性。软黏土地基固结概率取决于竖向固结系数的空间平均特性，因此在实际研究阶段需要提出科学的分析方法。

（一）竖向固结系数的概率特征

正确模拟土的性质，需要将土层看作随机场，通过构建随机场模型，利用齐次正太随机场模拟土性的剖面，同时利用方差和方差折减系数等描述土性空间变异性。利用方差折减系数联系点变异性和空间变异性，需要根据土性的自相关距离和空间平均范围。平均固结度空间概率特征对于自相关数据选取缺乏敏感性，但是如果忽视固结系数空间变异性，将会增加固结度方差。因此分析软黏土地基固结的概率需要考虑固结系数的空间变异性。总结地区自相关距离，如果试验资料不够充足，同时无法计算土性指标自相关距离，可以结合地区经验资料完成分析工作。[5]

（二）一维固结对于固结系数不确定性的敏感性

在敏感性分析过程中可以利用级数展开法和统计模拟法以及两点概率估计理论。利用级数展开法需要计算相关道数，利用统计模拟法需要占用大量的机时，而两点概率估计比较简单，因此当前主要是用这种方法。分析平均固结度概率特性对于竖向固结系数变异系数的敏感性，竖向固结系数分布概型不同，敏感性也会产生不同。增大竖向固结系数的变异系数，将会逐渐减弱平均固结度概率特性对于竖向固结系数的敏感性。

有小到大的改变竖向固结系数变异系数，也会由弱到强的改变一维固结固结度的概率特性对于竖向固结系数的敏感性，如果竖向固结系数变异系数在0.2以内，那么一维固结度概率特征对于竖向固结系数分布的敏感性比较小，可以忽视竖向固结系数分布产生的影响。

结束语

本文分析了土工参数空间概率特性及软粘土地基固结概率，在今后工作中需要开展大量的室内和现场试验对比，通过研究常用土性指标的实验方法，使分析结果的精确度因此提高。

参考文献

[1]张旺兴，何涛，李新柱.振动沉管砂桩施工技术在软粘土地基处理中的应用[J].中国高新科技，2020（14）：94-95.

[2]李广利.软粘土地基中振冲碎石桩的施工技术[J].中外企业家，2019（34）： 70.

[3]周亮.强夯法加固软粘土地基的离散元数值分析[J].湖南交通科技，2018，44（04）：40-42+119.

[4]邹中波，袁凡凡，于新山，刘勇.层状软粘土地基承载力简化计算方法的研究[J].水道港口，2017，38（05）：527-531.

[5]王元战，齐佳丽，董焱赫，龙俞辰.循环荷载作用下饱和软粘土累积变形研究[J].水道港口，2017，38（03）：286-290+298.