【正文】 層的強度驗算l4.地基基礎設計的變形控制方法l三 .巖土工程設計參數的統(tǒng)計分析與巖土工程設計參數的統(tǒng)計分析與評價方法評價方法l三三 .l 其中，巖土工程勘察包括鉆探、原位測試、土工試驗等勘探的實務工作和資料分析、綜合評價工作兩個部分。同濟大學 高大釗 2023年 5月 引引 言言l2023年 6月， 《 巖土工程勘察與設計 》 巖土工程疑難問題答疑筆記整理之二 脫稿交付人民交通出版社出版?；A方案建議與地基基礎設計的基礎方案建議與地基基礎設計的基礎選型基礎選型第二部分第二部分 地基基礎抗震評價與抗震設計巖土工程勘察技術面臨的挑戰(zhàn)巖土工程勘察技術面臨的挑戰(zhàn)l1.大面積填土中的地下室浸潤線上升l9.勘察方法和勘察工作布置；l 4.土和水對建筑材料的腐蝕性；l 8.分析、評價的目的是什么？l2.在勘察階段能否以設計規(guī)范作為審圖的依據？評價的依據是勘察規(guī)范，而設計的依據是設計規(guī)范，兩者不能混淆。變形參數的選用。l 例如，我們取土作三軸試驗，求得的強度指標僅是所取的土樣的性狀，這些指標在多大程度上反映了整個土層的實際性狀呢？我們感興趣的不是幾筒土樣，而是整個土層，需要了解的是整個土層強度的平均趨勢，亦就是需要了解強度指標的總體。l 需要 結合巖土工程實際問題討論統(tǒng)計學的區(qū)間估計理論和置信界限的物理意義 。l 那么能否說你有充分的把握認為內摩擦角的客觀存在肯定就在這個區(qū)間范圍以內，其實也并沒有 100％的把握，你還得回答有多大百分比的把握，這個百分比與上面所說的 “置信概率 ”互補，如果置信概率是 5％，就說明你有 95％的把握估計是在這個區(qū)間范圍以內，還有 5％的可能性會大于這個區(qū)間的上限或小于這個區(qū)間的下限。l 什么情況取上限？什么情況取下限？主要取決于指標的性質，根據參數的性質， 從不利方面來選擇正負號 。這是怎么一回事？l 但在工程實際應用中，人們發(fā)現當標準貫入錘擊數的子樣標準差比較大的時候，用這個公式求得的標準值比最小值還要小。l 估計單個測定值的置信下限值的物理意義可以這樣來理解，在大量的重復抽樣試驗中，出現低于試驗值的概率將小于置信概率（例如，取置信概率 ?=5%），對上部結構材料性能所采用的公式正是這種估計單個測定值的統(tǒng)計公式。l 就以表中的標準貫入錘擊數數據為例，我們關心的是土層的標準貫入錘擊數的總體平均值以及根據這個標準值用經驗公式求得的設計參數，用以代表整個土層的工程特征。l 鑒于上述分析，在巖土工程中，采用了如公式 (61)所示的估計總體平均值的置信界限作為標準值的計算公式，亦即 《巖土工程勘察規(guī)范 》 給出的公式。l 這涉及統(tǒng)計方法應用的一個最基本的概念和原則問題。 lY＝ yB=b log離差的平方和離差的平方和 Q l 對于一定的散點群，當直線的位置和走向發(fā)生變化時，離差平方和隨之而變化，在這樣的變化中總能找到一個最小的 Q值，則與之相應的直線位置應該是最佳的。l 如果散點都在一條直線上，則對任一對數據都滿足，則 Q＝ 0；l 如果散點滿天飛，兩個變量完全不相關，回歸不起作用，則剩余方差等于總方差l 基于對上述兩種極端情況的分析，提出一個指標來衡量介于這兩種極端情況之間相關程度的指標，稱為相關系數。l 插值與其所依據的數據并不是獨立的，則增加的方程就不是獨立的，插值再多，方程再多也不滿足獨立方程個數大于或等于優(yōu)化反分析的參數個數的數據處理基本要求。l 按標準貫入 50擊擊數劃分強風化的經驗界限值，是在花崗巖地區(qū)得到的經驗，也不能外延到軟巖，而強風化軟巖的承載力則是由一些載荷試驗資料得出的，也是具有一定適用條件的經驗值，與標準貫入擊數沒有相關關系。用經驗公式求解未知的巖土工程設計參數時，所得到的并不是確定性的數值，而是帶有一定誤差的計算結果。l 如現有樣本容量 n0＝ 10的比貫入阻力數據，均值為 , 變異系數為 ，分別代入表中的三個經驗公式，取置信概率 ?為 ，則計算結果見表 64 。這和用高精度的計算機去處理粗糙數據的道理是一樣的。 l 幾十個粉質粘土中有幾個粘土樣是正常的，我們不可能把每個粘土樣所在的位置劃分一層出來。怎樣看待土的分類指標、怎樣看待土的分類指標、狀態(tài)劃分的指標？狀態(tài)劃分的指標？ l前面說過為了設計與施工的需要，不得不將本質上是非均質的土體人為地劃分為幾個相對均勻的土類或土層。 l 巖土工程師應該具備什么樣的數據處理與運用數據處理結果的基本素養(yǎng)？l 既然自然界那么復 雜 ， 試驗 的 結 果又是那 樣 離散，因此巖土工程 師 如何 處 理和運用數據就非常重要。各種不同的物理力學指標的變異系數變化范圍并不相同，物理指標的變化范圍一般小于力學指標。l 規(guī)范給出變異系數的評價界限值并不是給出一種 “判別是非 ”的標準，變異系數很高并不說明這個試驗就存在問題或就不合格。l 如果有規(guī)律性的存在，可以定名黏土夾粉質粘土薄層或夾層，如果規(guī)律性不強，則定名黏土含粉質粘土，其實 17的界限是人為的界限，而且不同分類標準的界限又是不同的，這樣處理對工程沒有太多的問題，因為重要的是力學性質指標的試驗結果，是力學層的劃分對不對。在進行數理統(tǒng)計時如果發(fā)現一組測試結果中的 c（或 ?）值為異常數據，是把該 c（或 ?）值單獨剔除而保留其 ?（或 c），還是應該把整組 c、 ? 值予以剔除？ l 在審查時經常發(fā)現一些勘察報告的物理力學性指標統(tǒng)計表中 c和 ? 的數量不一致，估計是剔除數據時把 c（或 ?）異常值單獨剔除而保留其 ?（或 c）。實驗科學中的真值定義為在無系統(tǒng)誤差的條件下，用足夠多次的觀測，可以獲得接近于真值的數值，即觀測次數無限多時得到的平均值，一般稱為最佳值。偶然誤差可以用誤差理論進行處理。l 3. 標準誤差l 標準誤差也稱為均方根誤差，其定義為： l 標準誤差是一組測量中各個觀測值的函數，而且對較大誤差和較小誤差都比較敏感，因此是表示測量精確度的較好的方法。但對于樣本容量不是很大的數據，數據信息本身就不是很豐富，極差方法比較簡單的優(yōu)點就受到人們的青睞，因此規(guī)范就采用了這種方法。l 若同一場地做了四根試樁，其極限承載力分別是 X1??2?X3?X4，與極差 30% 相應的變異系數可以表達為下式：l 當 ?1＝ ?2＝ 1時，標準差得最小值，變異系數 ?＝ ；l 當 ?1＝ ， ?2＝ ，得變異系數的最大值 ?＝ 。計算抗剪強度指標的標準值，一般有三種方法：l ? 平均法； c、 ?平均法；全回 歸 法l 第一種方法稱為 ? 平均法， 將相同應力條件下的抗剪強度值 ? 求得平均值，再用作圖法畫出平均的摩爾－庫侖包線，求得平均的凝聚力和內摩擦角，或者用回歸統(tǒng)計的方法求包線的兩個參數的期望值和標準差：l ?l p l 第二種方法稱為 c、 ?平均法， 是對每組k個試樣的抗剪強度值用作圖法或統(tǒng)計的方法求得每組的凝聚力和內摩擦角，然后分別將 n個凝聚力和 n個內摩擦角數據計算平均的凝聚力和內摩擦角及其標準差：l 第三種方法稱為 全回 歸 法， 是將 m=n?k組應力和強度的數據進行直線回歸統(tǒng)計，回歸方程的兩個參數即為平均的凝聚力和內摩擦角 , 同時也可以求得凝聚力和內摩擦角的標準差。葉戈羅夫在推導的過程中，采用了Boussinesq的位移解分層積分得到的，葉戈羅夫方法的優(yōu)點還可以考慮下臥剛性層的影響。三三 .抗浮設計案例分析l9.從大范圍來說，表層土中賦存的水，受大氣降水的補給，臨近河流的補給，以及人類活動的補給，水位隨地形的起伏而緩慢變化。 這是上層滯水與潛水形成條件的最本質的區(qū)別。洪水位對臨江建筑物的影響洪水位對臨江建筑物的影響l 兩個場地 ,一個近臨湘江 ,約 60m,一個遠一點 ,約 300m。l 如果有條件，可以通過實測孔隙水頭的方法，實測場地距湘江距離遠近對洪水位的影響。l 基坑回填后是否會形成一個 “ 積水區(qū) ”；基底為強風化巖石地基，計算地下水浮力時計算水位應怎樣取值才較科學 /經濟合理？地下水對基底的浮力作用是否均勻分布？l 如地質條件相同，我們建一個內徑，深度 ，壁厚 ，井底封底。l 本區(qū)地下水主要受大氣降水和側向徑流補給，勘察時未分層觀測水位和也未進行抽水試驗，本場區(qū)的強風化巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體基本質量等級為 Ⅴ 級。 l 這個論壇是網友之間的一種交流，結合具體工程討論也是一種很好的方法，可以加深對基本概念的理解。要節(jié)約造價是要做工作的，勘察試驗費用不愿意多化，就在基礎設計上做冤大頭，就大把的錢扔在地底下。即使利用側壁摩阻力能平衡浮力，也不完全能替代抗浮樁，這是因為需要底板來傳遞浮力。對這種水位的變化只能實測，而很難作定量的預測。l 在地下室施工階段，當地下室的側墻已經做好，如果停止了降水，即浮力已經產生，而荷載最小的時候是最危險的，但你們這個高層采用了樁基，樁基本身是能夠承受拉力的，因此也沒有問題。 ”后續(xù)條文規(guī)定了基樁抗拔承載力的確定方法，但同樣沒有給出抗浮穩(wěn)定性驗算的設計表達式。p?A?pl （ 2）第 ： “單樁抗拔承載力應符合下式要求：l 式中 l （ 3）這本規(guī)范的第 ： 采用垂直土層錨桿抵抗建筑物浮力產生的上拔力時，應按下式驗算建筑物的整體抗浮穩(wěn)定性 ：l 式中 l 第 ，單。 ”也沒有給出設計表達式。l 如果使用階段驗算抗浮沒有問題，不需要設抗浮樁的話，則應注意施工期的驗算。也可能已經采取一些工程措施來減少不利的影響，從而可以降低浸潤水位。l 以 35m深度、 20m直徑的園井為例計算如下；l 旋流井上的作用力：井的自重重力 Ql 側壁摩阻力合力 F，底部浮力合力 PFPQl 抗浮安全系數由下式計算：l 如果安全系數滿足要求，抗浮穩(wěn)定性沒有問題，但 20m直徑園井底板承受由浮力形成的跨中彎矩可由下式計算：l 如果設置了抗浮樁，浮力直接由抗浮樁平衡，底板只承受土壓力的彎矩。 l 有無浮力？l 不透水泥巖1. 底板下面是泥巖，如何保證兩者之間沒有間隙？2. 只要有間隙，水就能往里滲，只要有水，哪怕是微裂隙，就能形成連通條件，就能傳遞靜水壓力，就有浮力；3. 工程中，許多因素都使底板和泥巖之間不能密貼。而在網上，對情況的了解可能是極其片面的，甚至還沒有形成整體的概念，在這種情況下，就說不準確。強風化巖層上有一層潛水含水層，但下伏的風化巖層中基本無水。采用逆作法施工。5. l 兩場地均有一高層建筑物，地下室均為二層，高度 7m。覆土下的浸潤線上升影響覆土下的浸潤線上升影響l 地下水會隨地面標高提高而提高 , 抗浮設計水位該取哪個地方的地面計算？l 大面積填土以后，地下水位會上升，但面積超過多少以后才有這種效應，還不清楚，地下水位上升的原因是什么，也認識不清楚。l 首先是研究的視野和角度不同，從區(qū)域地質的角度，幾十平方公里的范圍是非常小的，但對于工程建設來說，已經是非常大的范圍了，對供水來說是沒有價值的含水層，但對建設工程來說，已經是舉足輕重的地下水條件了。區(qū)域地質調查定義為 “ 上層滯水 ” 。l 抗浮樁的設置有兩種方案，一種是設置在柱下，另一種設置于板下，即集中布置和分散布置兩種。抗浮穩(wěn)定驗算與浮力對基礎底板內力的影響l2.這是兩種基于不同假定的方法，在巖土工程中都是可行的，可以根據實際情況選用。p0l 《 建筑地基基礎設計規(guī)范 》 （ GB 500072023）采用第二種統(tǒng)計方法， 《 土工試驗規(guī)程 》 （ SL2371999）同時采用第一種統(tǒng)計方法和第三種統(tǒng)計方法，不過這本規(guī)程所列的第三種方法只適用于直剪試驗的成果分析。l 當極差超過 30％時，統(tǒng)計修正系數由下式求得：l 式中 Rm— 由工程場地試樁測定的單樁極限承載力的平均值 , kN；l ?— 由工程場地試樁測定的單樁極限承載力的變異系數，當變異系數 ? ? 取 ；l ? p— 按試樁樁數由表查得的計算系數。對于試驗的結果要尊重，不能隨便刪除，如果確實證明有系統(tǒng)因素影響了試驗結果，不采納存在系統(tǒng)因素的數據，那是允許的。l 從或然積分可以導出： 剔除粗差的標準剔除粗差的標準l 由于粗差的存在，使實測數據離散性比較大，首先應該從數據的試驗、采集上進行檢查，剔除存在明顯錯誤的數據，如果發(fā)現不了錯誤的原因，就按 3倍標準差原則剔除，其理論依據是大于或小于 3倍標準差的數據出現的概率非常小，由此可以判為小概率（ ‰ ）的事件，即 “不可能事件 ”，由此可以刪除。消除過失誤差的方法是提高工作人員的責任感，健全工作制度，加強對數據的審核。l 系統(tǒng)誤差是指測定中未被發(fā)覺或未被確認的因子所引起的誤差。不知道這樣