南京河西地区土体自相关距离的研究.pdf

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2011年第6期(总181期)安徽建筑南京河西地区土体自相关距离的研究StudyontheSelf-CorrelationofSoilinNanjingHexiArea薛必芳(江苏广播电视大学,江苏南京210019)摘要:文章运用了改进的递推空间法对南京河西地区多个工程的57条静力触探曲线进行了分析和计算,得出了该地区典型土层相关距离的代表值。相关距离是随机场理论应用于岩土指标标准值计算的一个重要参数。开展区域性土体相关距离的研究有着重要意义。关键词:土体参数;空间变异性;自相关距离;随机场中图分类号:TU43文献标识码:A文章编号:1007—7359(2011)06—0114—031概述fslqc(kPa)O30609O120土在自然界的形成经历了漫长的地质年代,不断地受到自然条件和人类活动的影响,使土体在大多数情况下明显呈现非均质性和各向异性等特征。工程实践中,人们只能在特定情况下从土体中某些特定位置抽样测定土性参数并经过经验修正来确定其设计值,因此必然使土性参数设计值与真实值之间存在差异。Vanmarcke(1977a)t一】在土体参数统计性质方面做了开创性的工作,建立了描述土体空间自相关特性的随机场模型,随机场理论用方差折减系数把土性的“点”变异性和空间变异性联系在一起,而方差折减系数则取决于土性的相关距离,在同一土层中,某点的土性与其附近点的土性常常是相关的,定义土层中任意两个互不相关数据点的最小距离称为土体相关距离6。相关距离艿是反映土工参数空间自相关特性的指标,是随机场理论应用于实际工程的一个非常重要的参数。土具有很图11号孔静力触探曲线强的区域性特征,土性指标的相关距离因此具有显著的不同区域间的差异性和同一区域的稳定性,把随机场理论正式应用于岩土参数标准值的计算中,区域性土阎澍旺[5]、高大钊【研究结果表明,以递推平的相关距离的合理取值非常重要。高大钊【1曾对上海地区48个静力触探孔用递均法和相关函数法计算结果较接近,而且较推空间法求得五种典型土层的相关距离的范围、均值及变异系数;李小勇、谢康和对太原和杭州地区典型土层进行了研究,得出了这两个地区相关距离的代表稳定,结果可信度较高。平均零跨法和回归模拟法的计算结果有较大的偏离。笔者认为值。黄广龙【也对杭州地区典型土层的相关距离进行了研究,并得出结论。而南由于相关函数求积法中采用何种计算模型京河西地区土层情况和上海、杭州地区有很多相似之处,目前对这一地区典型土本身缺乏足够的依据,且计算也比较麻烦,层相关距离的研究很少,所以对该地区相关距离研究是必要的、可行的。递推空间法其概念简单明确、计算方法直观。如果对初始样本值作适当技术处理,再2南京河西地区主要土层特点在相关距离的稳定值确定方法上作些改进,即改进的递推空间法,计算结果还是很可靠南京河西地区及市区北面沿江地貌为典型的长江沿岸漫滩,很多场区为农的。改进的递推空间法其步骤如下。田、村庄,后经人工推填整平。除上部表层为近期人工填土外,其余均为长江淤积、①对样本初值进行样本异常值判别,冲积的软土和砂性土,下部为中粗砂、砾砂混砾石层,底部为粘4-(残积土)和风化不满足上述法则的则视为样本异常值,予以基岩,土层分布较为均匀。剔除。对剔除后点的空间值取上下两点的均值,以获得等间距连续的条件。3相关距离的计算方法的选择②按等间距△z取统计样本值,绘制土性参数沿深度分布的散点图,按最小二乘法随着随机场理论在岩土工程中的广泛应用,人们提出了多种相关距离的求回归计算趋势分量,并将原始值减去趋势分解方法,现主要有空间递推法、相关函数法、平均零跨法、曲线极限法等四种方法,量后获得一组均值为零的子样本,并计算其样本方差。收稿日期:2011-08-18③以每相邻的两个子样本值的均值构_纂!狱戳舡槲师’球师,成一个新的样本空间,求该组数据的均值及 安徽建筑2011年第6期(总181期)标准差,此标准差称为空间均值的方差)。然后计算标准差折减系数r(2):,并在r∽一n坐标系上标出点【2,r2)棚。④依次取n为3,4⋯⋯(N-1),重复步骤③,得到不同的r:)值=△z,n=l,2,,⋯⋯n)。绘制hr2(n)~/7,曲线,取平稳点代人公式计算自相关距离。/.8=hF2(n)在上述递推空间法计算过程中,理论上计算样本容量增大到一定程度后r:)~n一{曲线趋于平稳,但也发现实际计算中r)并不是完全稳定,而存在增大减小的反复变⋯.■lII010203040mmm—I_I化波动。在计算中也发现取第一个峰值处的相关距离与相关函数法计算结果接近,故·()nqc⑧一层)本文对相关距离取该处值作为真实相关距离[71。留0.40_34南京河西地区相关距离代表值的计算^0·2上述提到的几种计算相关距离的方法无一例外地要求有足够多的取样点,甚至—/乞.需要图形指标连续变化曲线,而实际工程中取土试验点间距多在lm~2m之间,有时甚墨o.1至更大一点,这就使得由于数据过少而无法整理出完整的函数,或者由于间距过大而乙得不到实际的相关距离。为了解决这个问题,人们开始利用静力触探连续贯入曲线,在00lO2o3O40连续贯入曲线上可以以不同的间距采集数据来适应不同的土类相关距离具有不同范(b)qc()围的要求。国外已有用静力触探研究相关距离的报道,国内也有类似的研究成果。本文O.4笔者采用南京河西地区多个工程的多条静力触探曲线用改进后的递推空间方法,计算0-3出南京河西地区典型土层相关距离的代表值。%以南京化学工业园玉带片区工程为例:南京化学工业园玉带片区公用工程一期土厂\工芒O-2工业管廊东延工程位于南京市化学工业园区内,西接南京化学:【业园玉带片区公用工程越jf\程一期工业管廊,场地地貌类型为长江漫滩,静力触探采用双桥探头匀速钻进,孔深约与O.1基’、、25.00m。以1号孔的触探曲线为例,绘制锥头阻力qc沿深度变化的散点图,(若取侧壁础摩阻力£来研究,可得出相同的结论),由散点图可见q沿深度方向逐渐增加,存在趋处O^理010203040势分量,应用最小二乘法回归分析可以求得趋势分量。求取相关距离时应将趋势分量n(c)qc(③层)减去。O.71号孔q的趋势分量为:E[qo]=O.0049XZ+17.989O.6提取趋势分量:q。一q。一E[qJ0.5提取趋势分量,1号孔[q’】=0.000606kN/m30,tr=0.415761kN/m3,因此0.4,、提取趋势分量后可以将其视为平稳随机场。对其余参数处理后结果可以得到同样的结0.3论。O.2对处理后的数据采用改进的递推空间法计算自相关距离,绘制hF2()~n关系0.1图,据此求出自相关距离列于表1。一00102030405060按照同样的方法,对南京河西地区57条静力触探曲线进行分析,获得每个静力(d)qc(层)触探孔中各土层q的相关距离艿值。从设计计算的角度的考虑,相关距离的代表值应O·7取一定置信度下的上限值,即可取显著性水平a=0.o5(置信概率95%)的单侧上限值[81:O.60·5踊+(n一1)0.4、/no。3由此确定南京地区各典型土层相关距离的代表值列于表2。安越O.2厂’⋯_、徽0·1⋯5结论建00102030405060筑(。)qnc(④层)本文运用改进的递推空间法对南京河西地区的57条静力触探曲线进行了分析,图21号孔的nn)一 2011年第6期《总181期)安徽建筑1号孔典型土层相关距离的计算结果裹1土体的相关距离确定之后,其取样间距并不是越小越好,因为间距小于相关距离的点有较强的相关性,两点的随机变量不是相互独立的,其方差需要折减,所以取样间距过密是一种浪费。参考文献[1]Vanmarcke.E.H.(1977a).“Probabilistiemodelingofsoilprofiles”JGe-otech.Engrg.Div.ASCE,VoL103,No.11,1227-1246.高大钊.静力触探试验结构可靠度分析们.工程勘察,1981(2).南京河西地区各典型土层ac值相关距离的代表值裹2相关距离8值的统计特征..,李小勇,谢康和.土性参数相关距离的计算研究和统计分析[J】.岩土层..——相关距离土力学,2000(4).名称均值标准差代表值(m)黄广龙.岩土工程的不确定性及柔性桩沉降可靠度分析[D】.杭州:粉质粘土0.1960.0640.2270.330.23浙江大学,1998.淤泥质粉质粘土O.3470.0160.3520.05O.39闷澍旺,等.土性剖面随机场模型的平稳性和各态历经性验证[J】.岩土工程学报,1995(3).粉质粘土0.1660.0740.2090.450.25高大钊.岩土工程设计安全度指标及其应用册.工程勘察,1996(1).粉砂0.5090.1390.5590.270.581j1b』1J1;卫敏1.深J基坑支1J护结构稳定性可靠度分析[D】.南京:南京工业大学,粉细砂0.4310.1410.480.330.552008.浙江大学数学系,高等数学教研组.概率论与数据统计【M】.北京:并得出了该地区土体自相关距离的代表值均在1.0m以下。工高等教育出版社,1979.程实践表明,相关距离本身也有着一定的工程适用价值。例刘润,阎澍旺,王金英.随机场理论在海洋结构物地基可靠度分如,它可以用于指导钻孔间距和取样间隔距离的大小。当场地析中的应用[J】.天津大学学报,2003(1).-4"-4"-4"-4"女七-4"电(上接第109页)主厂房强夯前后各层土主要特性指标(1600kN·m)表3③灰土挤密桩只要设计和施工合理,可有效消除湿陷性和提高承载力;但填土区造价较高,施工中需做好防冻和排水措施。④强夯法能大面积消除湿陷性,提高地基强度,造价较低,对设备基础的地基也起到加固作用;缺点是每夯击一篇需要一定间歇时间,并需防止出现橡皮土和施工中振动影响。该工程湿陷性黄土和填土厚约5.0m,强夯法处理结果表明:①节省了大量工程费用,是适合本工程的理想方案;强夯施工后,通过检验,主厂房夯击前后地层主要特征指②地基土湿陷性消除,均匀性得到改善,承载力和压缩模标见表3。检测结果表明,处理后,新黄土和填土的湿陷性均已量等均达到设计要求;湿陷性黄土强夯处理设计计算有效加固消除,地基土承载力达200kPa以上,满足地基处理要求。深度时,修正系数可取0.35~0.45。4结束语参考文献[1]顾晓鲁,钱鸿缙,刘惠珊,汪时敏.地基与基础(第三版)【M】.北京:中本文针对豫西某新建工厂的具体工程实例,比较分析了国建筑工业出版社,2003.可供选用的湿陷性黄土地基处理方案的优缺点。[2]曾国熙,卢肇钧,蒋国澄,等.地基处理手册【M】.北京:中国建筑工业①灰土垫层可部分或者全部消除湿陷性,提高地基承载出版社,1989.力,使下卧层免受浸水影响,造价适中;缺点是大面积换土施[3]JGJ79—2002,建筑地基处理技术规范[S].北京i中国建筑工业出版工,土方量大,须有防冻和排水措施。社,2002.②灌注桩和扩底桩因在地下水位以下施工,具有人工成[4]GB50025—2004,湿陷性黄土地区建筑规范【s】.北京:中国建筑工业孔速度快、质量好、无环境干扰等优点;缺点是摩擦桩不适用于出版社,2004.填土区,造价偏高。

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