土工實驗數(shù)據(jù)分析方法探討

王瑾

青海省建筑建材科學(xué)研究院有限責任公司/青海省高原綠色建筑與生態(tài)社區(qū)重點實驗室 青海西寧 810000

在土工實驗過程中，其數(shù)據(jù)的可靠性和精確性直接影響整個施工方案的實施和選取，因此，為了提升巖土工程設(shè)計及其施工的合理性，必須要加強對實驗數(shù)據(jù)分析保障，然而影響土工實驗數(shù)據(jù)可靠性的因素主要取決于土樣本身和實驗兩個方面，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、運輸以及存儲和制備樣品過程中，其擾動程度的因素，影響到土工實驗數(shù)據(jù)可靠性，出現(xiàn)數(shù)據(jù)誤差現(xiàn)象；另外實驗因素的影響：可能由于測量存在系統(tǒng)誤差，受到測量儀器本身或者是方法不同的影響，造成數(shù)據(jù)偏差問題，還有可能存在隨機誤差以及過失誤差，這些都會影響實驗數(shù)據(jù)的可靠性。

1 分析總體實驗數(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)最終得到土工實驗數(shù)據(jù)的測量結(jié)果，整個實驗過程中，由于數(shù)據(jù)存在一定的誤差性，因此，必須要根據(jù)測量經(jīng)驗以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計原則，提高數(shù)據(jù)測量的精確性，具體從兩個方面分析：一方面，根據(jù)土的物力力學(xué)特性來判斷數(shù)據(jù)的不合理性。當土體實驗數(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，可以直接對其舍棄，但是當實驗中，大部分數(shù)據(jù)在某個值域范圍波動時，可以根據(jù)一點或者是幾點值域之間的差異性，對異常點做剔除處理。另一方面，根據(jù)某一置信水平確定實驗數(shù)據(jù)的異常點。當實驗測量數(shù)據(jù)比較多時，采用3σ法則，當數(shù)據(jù)出現(xiàn)在[ms-3σ，ms+3σ]之外的數(shù)據(jù)點時，其概率只有0.27%，此時就將這兩點作為實驗數(shù)據(jù)的異常點進行處理，在分析數(shù)據(jù)異常原因的基礎(chǔ)上，不能機械地將[ms-3σ，ms+3σ]之外的點全部剔除；另外當實驗數(shù)據(jù)的某一個土樣參數(shù)位于[ms-3σ，ms+3σ]之外時，表明數(shù)據(jù)誤差是由于實驗本身引起的，對數(shù)據(jù)予以剔除處理；當實驗數(shù)據(jù)比較少時，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)，確定出對應(yīng)此置信水平的實驗數(shù)據(jù)范圍，其他點視為異常點，予以舍棄或者是剔除處理。

2 土工實驗數(shù)據(jù)中最小樣本數(shù)

主要通過Bayes法可以把不同時間測得的觀測數(shù)據(jù)有機地結(jié)合起來,而不是簡單的加權(quán)平均,從而得到一個更為可靠的數(shù)據(jù)結(jié)果。這個優(yōu)點使它在一些大型工程的設(shè)計指標的研究中廣泛使用,如在研究土的力學(xué)性質(zhì)指標時,直接進行力學(xué)性質(zhì)試驗,特別是三軸試驗往往是浪費時間、耗費資金、需要技術(shù)和設(shè)備，而進行土的物理性質(zhì)指標的測定則要簡便經(jīng)濟得多。假如在進行一定力學(xué)性質(zhì)試驗的同時，利用土的物理性質(zhì)指標(如土的密度、含水量等來豐富力學(xué)性質(zhì)指標的驗前概率,那么所得的力學(xué)指標將會更加精確.Bayes法在應(yīng)用上的另一個優(yōu)點是它可以更精確的處理不同觀測結(jié)果的合并問題,如上例所述.再如測定土的抗剪強度時可能采用直剪試驗、三軸試驗或原位試驗等方法,各種方法的實測值具有不同的概率函數(shù)，Bayes法就可將這些不同概率規(guī)律的信息有機結(jié)合起來,得出更可靠的參數(shù)驗后分布，依此確定的土的抗剪強度參數(shù)將更為合理[1]。因此，采用Bayes法時，需要將實驗過程中，不同時間測量的數(shù)據(jù)有機地結(jié)合起來，最終得到一個比較可靠的數(shù)據(jù)，確保實驗結(jié)果科學(xué)、有效。該方法廣泛應(yīng)用于大型工程設(shè)計指標中，其最大的優(yōu)勢是，能夠精確處理不同觀測數(shù)據(jù)，并將測量數(shù)據(jù)進行合并，同時根據(jù)不同實驗概率規(guī)律的信息，將其有機地結(jié)合起來，最終得出更可靠的數(shù)據(jù)分布，進而增強土的抗剪強度參數(shù)的合理性和可靠性。

3 土工實驗數(shù)據(jù)的自相關(guān)性問題考慮

土體實驗中，測量數(shù)據(jù)可能存在一定的相關(guān)性，一般根據(jù)數(shù)據(jù)之間的線性相關(guān)系數(shù)來了解土工實驗指標，各個系數(shù)之間具有指數(shù)相關(guān)性，因此，可以采用相關(guān)距離δ來具體判斷。土工實驗中，在相關(guān)距離δ內(nèi)，土性指標基本具有相關(guān)性，由于相關(guān)距離δ屬于未知變量，只有通過樣本測量最終得到。整個過程中，相關(guān)距離由遞推平均法測量得到，但是取樣間距△Z對δ有一定的影響，當取樣距離△Z不同時，δ也不同，通?！鱖/δ越大，表明各抽樣點的土性間距較小，其抽樣的準確性就越大，因此取樣距離盡可能地大于δ；當△Z=δ時，表明土的相關(guān)距離比較合適?？傊鶕?jù)工程具體測量精度要求，確定δ的范圍，并且要求測量人員結(jié)合自身經(jīng)驗對測量數(shù)據(jù)及其結(jié)果進行處理，提高土工實驗數(shù)據(jù)的可靠性。總之，為了提高土工實驗數(shù)據(jù)的精確性，對數(shù)據(jù)進行整理十分有必要[2]。利用多次測定值的算術(shù)平均值，計算出相應(yīng)標準差以及變異系數(shù)，更加直觀的了解實際測定值對算術(shù)平均值的變化程度，有效識別算術(shù)平均值的可靠性，針對計算指標進行整理時，當測定組數(shù)比較多時，按照特性指標的方法確定并計算實驗結(jié)果；當實驗數(shù)據(jù)比較少時，由于受到測定誤差、土體本身不均勻性以及測量設(shè)備等因素的影響，選擇標準差平均值。

4 結(jié)語

土工實驗數(shù)據(jù)的離散除誤差外,有一部分是土體的固有變異性,且土性指標的自相關(guān)性很重要,因而必須考慮土工實驗數(shù)據(jù)的相關(guān)性問題。二是鑒于土工實驗數(shù)據(jù)的數(shù)目一般不多,且資料和信息往往有多個不同的來源,為充分利用這些資料,貝葉斯方法應(yīng)當引起重視。