岩土工程勘察中分层试验物理力学指标的数理统计及运用

葛 飞

广东省环境地质勘查院 广东 广州 510000

正文：

引言

不同类型的工程对岩土物理力学侧重也存在着的差异。如普通的民用建筑、工业建筑更加侧重于岩土体抗剪力、抗变形指标；基坑工程、边坡工程更加侧重于岩石土体抗剪强度指标。各类指标可以通过不同力学试验得出最终数据，虽然这些力学试验相互独立性，但是所得出的物理力学指标之间有着很大的联系。在应用其中一项力学指标时，还需要充分考虑其他指标是否能够达到标准，否则可能造成工程的不适应性，甚至出现安全事故问题。

1、数理统计目的与方法

对试验数据展开数理统计的最终目的是为了获得更具代表性、可靠性的岩土参数值，并为后续设计工作提供相应的依据。

在过去，工程设计所提供的岩土参数资料都是经验值或范围值，缺乏概率层面的意义。如果勘察技术落后、缺乏岩土参数、岩土参数过于单一，则难以展开数理统计，此时就要融入经验法。随着勘察手段愈加丰富，地质参数内容也逐渐朝向数据化方向发展，而同城设计以及所测参数都要展开统计才能够做出各项信息对比，为勘测设计提供强有力的信息数据。从另一个角度分析，虽然数据处理技术更加科学、合理，但是地质条件是动态变化的形式，所以在实际工作当中，在数据统计中还需要结合工作经验，根据岩土层的平均数值、范围值、标准值、变异系数、工程条件综合性评定岩土性能以及具体参数。

2、统计前的准备工作

2.1 统计单元划分

（1）根据勘察现场、地质单元，结合不同的岩土类型、形态等进行分层划分，也就是每个层作为一个单独的统计单元。

（2）逐次检查每个统计单元具体的试验数据，如果出现了异常值需要检查或取舍。异常值主要包括：同层不同土性数据；同土性，数据异常；与经验值明显出现差异的试验值。此外，针对持力层等重要层，其互层、夹层的实验数据需要进行单独计算。

（3）针对不同的统计单元，每层单元岩土物理性能指标大体上相近，如果出现了离散性较强的数据信息，可能是因为土质分布不均、测量误差、随机因素造成的结果。在野外鉴别当中可以划分为双层土，并且所得指标也更加接近，采用差异显著的检验方法，如果最终的平均数值之间并未出现明显差异性，才能够将两层合并为一层统计单元。

2.2 统计图表编制

（1）先将同一单元的试验数据统计表编制出来；

（2）在实际编制当中，如果数据指标较多，可以采用分段、分区统计方法，也就是把最终的试验指标变化范围进行段区划分，编制区段频数统计表格，如果工程有需要，还要配合上频数分布图、频率分布图等可视化信息。

3、统计计算

3.1 计算范围取值

确定范围值可以采用两种方法：（1）采用表格当中的Xmax、Xmin作为大小范围值；（2）从统计单元指标当中将最大值、最小值（Xmax、Xmin）减少10%之后，得出Xmax-、Xmin-作为范围值。并计算出平均值Xm和标准差Or。

3.2 剔除粗差

剔除粗差需要结合下列公式：

其中，g有多种判定形式，结合不同系数得出最终的判定方法。大体上来说，可以将剔除粗差数据划分为：三倍标准差方法、格拉布斯法、肖维耐法。其中，三倍标准差法的使用过程中，g=3；采用其他两种方法，需要结合实际肖维耐法、格拉布法斯法实际g值范围进行确定。在将粗差数值剔除之后，要对X、Or、d重新展开计算，并按照原有的原则与方案进行粗差剔除，反复如此，一直到没有异常数据为止。

3.3 计算变异系数

岩土参数中的变异系数Or公式如下：

G=Or/y

3.4 岩土参数在深度方向上的变异

在此参数测定当中，需要沿着深度变化绘制主要参数图件，结合实际变化的特性对特点划分，可以分为相关型、非相关型，并重点分析参数在水平方向上出现的变化规律。结合相关型参数、岩土参数、深度经验关系，需要明确剩余标准差，采用剩余标准差得出变异参数。

3.5 计算标准值

标准值f可以按照以下公式计算：

F=YX

公式中，X为岩土参数均值、Y为统一修正系数

以上公式可以提高数理统计应用效率，之后按照风险率a=0.05条件下，把相关数据简化成为样本容量，通过n的形式展示函数关系。统计修正系数Y，可以结合岩土工程实际特点、各层重要性、参数变异系数、统计频率、相关经验、规范标准进行。针对重要性不同或是特殊工程勘探，则可能造成的风险率a不同，因此统计修正也存在着差异。此时，根据工程地质标准确定风险概率a、自由度（n-1）。

3.6 注意事项

例如某工程把室内土工实验标准按照不同方法进行数理统计。在实际统计当中，标准差Or、变异系数G不同，二者降低顺序与数理统计表顺序大致相同。结合不同统计方法，Or、G取小值是较为理想的统计方法。为了能够保障数理统计系数的精度，除了采用计算机软件进行自动分析，还需要人为因素参与到工程当中，对各类数据进行取舍，并采取多种计算方法，确保最终数据的科学性与合理性。

在建立统计单元之后，需要对各个指标进行认真审查，将不同于同层土性以及异常值剔除，在本组数可能的条件下，尽可能采用上下扣除10%范围的方式展开统一计算。通常情况下，该方法可可以保证统计精度达到标准，之后再配合上剔除粗差的方法，进一步提高了数据精度，实现最终的数理统计目标。

在实际统计当中可以发现，采用计算标准值方法，如果样本数量低于5个（较少）或G＞0.8（此时f可能≥Xmax或Xmin值）时，要采用大小平均值或其他的方法展开计算。

结束语

综上所述，在岩土勘察当中分层试验物理力学指标统计当中，必须要采用相对应的计算方法以及技术。作为一项十分重要的工作，分层试验指标需要采取多样方法降低标准差、变异系数，这样才能够保障计算精度，获取更加可靠的岩土参数，保证整个数理统计满足工程实际要求，获得更加可靠的岩土参数值。坚决不能将不同土性数据放到一起计算，最终所得的参数也会模糊不清，最终会影响勘探工作质量。