土工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理和分析方法研究

李娜

摘 要：土工實(shí)驗(yàn)是進(jìn)行土木工程的重要前提條件，其能夠?yàn)槭┕そㄔO(shè)提供可靠的數(shù)據(jù)支持，能夠有效防止工程建設(shè)中可能存在的潛在危險(xiǎn)事故。

關(guān)鍵詞：土工實(shí)驗(yàn)：數(shù)據(jù)分析；方法

為了提升巖土工程設(shè)計(jì)及其施工的合理性，必須要加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析保障，然而影響土工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠性的因素主要取決于土樣本身和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面，實(shí)驗(yàn)過程中，由于土體本身具有復(fù)雜性，土質(zhì)之間存在不同的物理學(xué)性質(zhì)以及含水量等，原狀土在采樣、運(yùn)輸以及存儲(chǔ)和制備樣品過程中，其擾動(dòng)程度的因素，影響到土工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠性，出現(xiàn)數(shù)據(jù)誤差現(xiàn)象；另外實(shí)驗(yàn)因素的影響：可能由于測(cè)量存在系統(tǒng)誤差，受到測(cè)量?jī)x器本身或者是方法不同的影響，造成數(shù)據(jù)偏差問題，還有可能存在隨機(jī)誤差以及過失誤差，這些都會(huì)影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。

一、造成土性參數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差性的原因

多年實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)，歸納并總結(jié)到造成土性參數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差性的原因，具體表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面：由于土體性質(zhì)造成的。根據(jù)物理力學(xué)和力學(xué)性質(zhì)研究，從宏觀上土體被視為土層，但是由于土體本身具有不均性，再加上受到外界環(huán)境的影響，雨水沖擊、地下水位以及氣候變化等影響時(shí)，使得土體性質(zhì)的不均性更加明顯。另一方面：由于取樣儀器的型號(hào)不同，工作人員在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量過程中，采用不同的取樣技術(shù)，不同的實(shí)驗(yàn)設(shè)備以及不同的實(shí)驗(yàn)方法等等，這些都會(huì)造成土工參數(shù)出現(xiàn)離散性。通常這些因素難以避免，因此在土工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析中，必須要對(duì)土性參數(shù)做具體的規(guī)定，實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到的數(shù)據(jù)作為隨機(jī)變量進(jìn)行誤差處理，并且采用概率理論、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法以及相關(guān)的誤差理論等，在了解了土性的分布狀況以及具體參數(shù)之后，對(duì)其實(shí)施有針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)，以便提高數(shù)據(jù)的可靠性和精確性。

二、土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)所涉及內(nèi)容

1.土的比重實(shí)驗(yàn)。土工試驗(yàn)過程中，土的比重實(shí)驗(yàn)是非常重要的。一般來說，地域相同或者相近，那么土的比重也將會(huì)比較相近。但是，因?yàn)樵趯?shí)際操作中，其整個(gè)的操作流程比較復(fù)雜，所以不同的單位會(huì)采用本地所出具的或者考察的相關(guān)數(shù)據(jù)直接進(jìn)行比重實(shí)驗(yàn)，這樣容易導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差存在。

2.土的密度實(shí)驗(yàn)。通過土的密度實(shí)驗(yàn)可以詳細(xì)的了解土的組成，可以了解其組成成分的性質(zhì)，能夠?yàn)橹蟮氖┕ぬ峁└嗟膮⒖?。土的密度與土粒的重量、孔隙體積、孔隙大小、孔隙水重等等內(nèi)容息息相關(guān)，能夠反映土的組成和基本結(jié)構(gòu)特征。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，要注意盡量避免對(duì)取樣即時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最好能夠等待土樣達(dá)到日常狀態(tài)之后再進(jìn)行試驗(yàn)，這樣可以讓土密度實(shí)驗(yàn)的結(jié)果更加準(zhǔn)確。

3.土的含水量實(shí)驗(yàn)。土的含水量實(shí)驗(yàn)可以說是土工實(shí)驗(yàn)中的核心內(nèi)容，其實(shí)驗(yàn)的情況將會(huì)影響到工程地基建設(shè)，還會(huì)影響到后續(xù)工程的穩(wěn)定性。不同地區(qū)的土樣其含水量不同，并存在很大程度上的差異性。實(shí)驗(yàn)人員在進(jìn)行取樣的過程中，要保證其樣品的均勻性，或者具有代表性，否則進(jìn)行試驗(yàn)所獲得的數(shù)據(jù)就沒有任何指導(dǎo)意義，其數(shù)據(jù)在實(shí)踐應(yīng)用中的效率和質(zhì)量也將會(huì)呈現(xiàn)大幅度的下降。

三、分析總體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的檢查，異常分析及其處理

根據(jù)土體樣本的物力性質(zhì)及其力學(xué)性質(zhì)最終得到土工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量結(jié)果，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，由于數(shù)據(jù)存在一定的誤差性，因此，必須要根據(jù)測(cè)量經(jīng)驗(yàn)以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)原則，提高數(shù)據(jù)測(cè)量的精確性，具體從兩個(gè)方面分析：一方面，根據(jù)土的物理力學(xué)特性來判斷數(shù)據(jù)的不合理性。當(dāng)土體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中存在明顯不符合土的物理力學(xué)性質(zhì)范圍的點(diǎn)，可以直接對(duì)其舍棄，但是當(dāng)實(shí)驗(yàn)中，大部分?jǐn)?shù)據(jù)在某個(gè)值域范圍波動(dòng)時(shí)，可以根據(jù)一點(diǎn)或者是幾點(diǎn)值域之間的差異性，對(duì)異常點(diǎn)做剔除處理。另一方面，根據(jù)某一置信水平確定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的異常點(diǎn)。當(dāng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)比較多時(shí)，采用3σ法則，當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)在[ms-3σ，m s+3σ]之外的數(shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)，其概率只有0.27%，此時(shí)就將這兩點(diǎn)作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的異常點(diǎn)進(jìn)行處理，在分析數(shù)據(jù)異常原因的基礎(chǔ)上，不能機(jī)械地將[ms-3σ，ms+3σ]之外的點(diǎn)全部剔除；另外當(dāng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的某一個(gè)土樣參數(shù)位于[ms-3σ，ms+3σ]之外時(shí)，表明數(shù)據(jù)誤差是由于實(shí)驗(yàn)本身引起的，對(duì)數(shù)據(jù)予以剔除處理；當(dāng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較少時(shí)，一般以30作為判別數(shù)據(jù)多少的中介值，采用t分布的概率值來代替正太分布的概率值，根據(jù)t分布函數(shù)，確定出對(duì)應(yīng)此置信水平的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)范圍。

四、分析最小樣本數(shù)問題

整個(gè)土工實(shí)驗(yàn)過程中，由于樣本數(shù)量過少，造成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果不穩(wěn)定，然而影響樣本數(shù)的因素是：工程規(guī)模、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)勘察條件以及工程測(cè)量的精度要求，針對(duì)土工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)最小樣本數(shù)問題，主要從統(tǒng)計(jì)特征方面做了詳細(xì)探究。具體實(shí)驗(yàn)中，為了提高數(shù)據(jù)的可靠性和精確性，以滿足統(tǒng)計(jì)要求的最小樣本數(shù)，因此，除了收集實(shí)驗(yàn)資料以外，主要利用Bayes方法具體進(jìn)行。通常土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)符合正態(tài)分布，因此，采用Bayes法時(shí)，需要將實(shí)驗(yàn)過程中，不同時(shí)間測(cè)量的數(shù)據(jù)有機(jī)地結(jié)合起來，最終得到一個(gè)比較可靠的數(shù)據(jù)，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果科學(xué)、有效。該方法備廣泛應(yīng)用于大型工程設(shè)計(jì)指標(biāo)中，其最大的優(yōu)勢(shì)是，能夠精確處理不同觀測(cè)數(shù)據(jù)，并將測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行合并，同時(shí)根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)概率規(guī)律的信息，將其有機(jī)地結(jié)合起來，最終得出更可靠的數(shù)據(jù)分布，進(jìn)而增強(qiáng)土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)的合理性和可靠性。

五、土工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析方法的應(yīng)用

1.進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查，果斷進(jìn)行取舍。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，如果有明顯不符合物理力學(xué)性質(zhì)的值的范圍點(diǎn)，則可以通過觀察予以了解，實(shí)驗(yàn)人員要對(duì)其進(jìn)行細(xì)致觀察，一旦發(fā)現(xiàn)異常立刻予以放棄。一般判斷的標(biāo)準(zhǔn)是大部分?jǐn)?shù)值為范圍內(nèi)波動(dòng)，但是有一點(diǎn)超出正常值或者距離正常值較遠(yuǎn)，則可以被認(rèn)定為不合理。在實(shí)驗(yàn)據(jù)較多的情況下可以運(yùn)用3盯法則進(jìn)行數(shù)據(jù)之間取舍的考量。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過程中，存在于[ms.3 m+3]之外數(shù)值所占比例較少，因此，大于ms十3σ和小于ms一3σ之間數(shù)值作為異常處理。

2.土工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中最小樣本數(shù)問題。在土工試驗(yàn)過程中，最小樣本數(shù)問題需要引起人們的重視。實(shí)驗(yàn)中的樣本數(shù)要選取適當(dāng)，如果樣本數(shù)過小就會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。但是，樣本數(shù)的數(shù)量并不是隨意定制的，其受到多種因素的影響，比如工程規(guī)模、工程精度要求、現(xiàn)場(chǎng)勘查情況等等。

3.土體性質(zhì)指標(biāo)的自相關(guān)性的問題。根據(jù)以往數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)的關(guān)聯(lián)性，求的往往是其之間的線性相關(guān)系數(shù)，但是對(duì)于其自相關(guān)函數(shù)通常并沒有表現(xiàn)出線性相關(guān)，而是指數(shù)相關(guān)。因此，不能簡(jiǎn)單依照求相關(guān)系數(shù)的方法判斷其相關(guān)性。在進(jìn)行土工實(shí)踐過程中，往往可以通過g對(duì)其獨(dú)立性進(jìn)行判斷。在相關(guān)距離范圍內(nèi)，圖形指標(biāo)基本相關(guān)；在此范圍外，圖形指標(biāo)基本不相關(guān)。但是對(duì)于g事先未知，因此其需要根據(jù)樣本測(cè)值進(jìn)行求算，一般使用遞推平均法對(duì)相關(guān)距離8進(jìn)行計(jì)算，并使用間距△z對(duì)g的影響進(jìn)行綜合考量。一般來說，△z/g的數(shù)值越大，其各抽樣點(diǎn)的土性越接近相互獨(dú)立，抽樣誤差也就越小。

土工試驗(yàn)對(duì)于土工建設(shè)來說影響較大，其影響因素包括土體本身性質(zhì)、取樣儀器情況、人為因素等，需要對(duì)此方面予以重視。

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