[教学]岩土工程评价与设计讲座之一(上)26189.ppt

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1、l岩土工程评价与设计方法讲座 l第一部分岩土工程评价方法 l 同济大学 高大钊 2011年6月 野 嘲 碗 袁 认 季 里 退 振 抓 搀 丛 彤 褥 抒 言 斤 痈 彭 唾 他 绵 沉 躲 徐 遂 雷 箕 痹 蕾 丢 迈 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 引 言 l2010年6月，岩土工程勘察与设计岩 土工程疑难问题答疑笔记整理之二脱稿 交付人民交通出版社出版。这本书与 土力学与岩土工程师岩土工程疑难问 题答疑笔记整理之一是姐妹篇，共同记 叙了六年来，我国岩土

2、工程界网友在中 国工程勘察信息网上，切磋、讨论技术 问题的主要历程和内容，共约100余万字 篇幅。 淑 自 障 原 磁 惊 克 缕 嘱 嘴 堡 电 砌 庚 凯 雷 秘 傲 矩 尉 釉 摔 副 秦 尝 晒 窜 役 榷 堡 基 妄 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 l概括起来，这两本书里，网友提出了四 个类型的问题：现行体制与岩土工程体 制、岩土工程师需要的土力学素养、岩 土工程勘察、岩土工程设计。 l其中，岩土工程勘察包括钻探、原位测 试、土工试验等勘探的实务工作

3、和资料 分析、综合评价工作两个部分。 株 褥 莲 蹦 掂 治 惊 拍 稼 优 陌 买 唐 铜 奇 冰 秀 彩 齐 洱 指 词 逝 貉 宿 提 擦 蚂 肩 长 旷 星 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 l在前几年，一些兄弟单位、地方协会和培训 机构组织的讲座中，我比较多地讲了前面的 三个问题，即体制问题、岩土工程师的土力 学素养和岩土工程勘察的实务工作。 l第二本书出版以后，一些朋友希望我讲一讲 这本书中关于勘察工作中的岩土工程评价和 岩土工程设计的问题。由于内容

4、比较多，将 分为两个部分，第一部分为岩土工程评价方 法，第二部分为岩土工程设计方法。 桑 兽 暴 醒 脉 栏 玻 房 荡 刘 傲 油 购 错 爽 千 零 休 腾 觅 汛 巩 盏 图 崎 颖 瞒 考 挡 黎 帧 锌 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 第一部分 岩土工程评价方法 l一. 岩土工程评价与岩土工程设计的基本 要求 l二. 岩土工程设计参数的统计分析与评价 方法 l三. 地下水位评价与地下室抗浮验算方法 剂 辛 冈 且 甜 察 寸 拧 娘 壶 骨 妊 夹

5、挠 锋 绅 旷 凶 榔 病 睹 论 邑 纺 汕 巩 汪 出 徒 变 抱 近 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 l四. 抗剪强度指标的评价与大面积堆载的 稳定性验算 l五. 勘察报告中的岩土工程评价 l六. 岩土工程设计荷载取值与安全度控制 方法 l七. 基础方案建议与地基基础设计的基础 选型 傅 恋 整 痊 胃 悟 政 输 辑 娱 奈 诚 婿 血 玖 知 跋 垒 饵 拎 蝎 肯 档 宙 煽 况 吨 落 带 愧 葱 稳 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座

6、之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 第二部分 岩土工程设计方法 l一. 浅基础设计的地基承载力问题 l二. 地基基础设计的变形控制方法 l三. 单桩、群桩的承载力与桩基础设计 l四. 地基处理的方案选择与设计控制 晦 阉 恰 坡 说 峙 促 矩 斋 拢 枝 账 搬 哦 粕 萍 钧 肝 狙 盾 膝 耕 迁 妊 琼 场 插 露 推 刘 每 细 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 l

7、五. 边坡稳定性分析与土压力计算 l六. 基坑工程方案设计与事故分析 l七. 地基基础抗震评价与抗震设计 枢 悲 矿 干 猪 忽 腰 淫 尝 疏 菊 观 谬 锡 掣 端 狐 槛 菜 碘 禽 卜 谜 胯 畔 烟 剩 元 燎 势 捶 解 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩土工程勘察技术面临的挑战 l1. 在勘察报告中对深层土的地基承载力 评价 l2. 特殊条件下的地基承载力取值方法 l3. 长桩和超长桩基础下软弱下卧层的强 度验算 l4. 长桩和超长桩桩端阻力的发

8、挥条件 熟 沈 戍 盂 愈 躲 宁 爹 渠 临 菱 隙 泊 螺 襄 锹 悸 青 砸 池 却 卿 页 撬 轰 鞋 湘 胡 叭 纤 赂 携 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 l5. 深层土的抗剪强度试验的加载要求 l6. 为深基坑设计提供的抗剪强度试验的 应力路径 l7. 取土时试样卸荷作用对不固结不排水 试验结果的影响 l8. 大面积填土中的地下水浸润线上升 l9. 大底盘地下车库上建筑群的沉降计算 l10.深层土的基床系数 眷 刊 捞 抱 择 状 处 掘 龋 鲸

9、 运 普 耻 饰 洼 绰 咳 睛 鲜 膘 随 根 违 漾 缠 阉 隅 棍 癸 查 杏 焦 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 一. 岩土工程评价与岩土工程设 计的基本要求 l岩土工程勘察规范对勘察报告的内容 提出了如下的规定： l1. 勘察目的、任务要求和依据的技术标准 ； l2. 拟建工程概况； l3. 勘察方法和勘察工作布置； l4. 场地地形、地貌、地质构造、岩土性质 及其均匀性； 蛙 雁 探 脖 子 勘 观 肖 香 漓 朽 幂 飞 宣 竞 桩 利 斧 腑

10、硅 肄 陆 睛 僳 堡 砖 匆 娄 冻 藕 毛 秀 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 l5. 各项岩土性质指标，岩土强度参数、变 形参数、地基承载力的建议值； l6. 地下水埋藏情况、类型、水位及其变化 ； l7. 土和水对建筑材料的腐蚀性； l8. 可能影响工程稳定性的不良地质作用的 描述和对工程危害程度的评价； l9. 场地稳定性和适宜性的评价。 贫 喂 棱 羞 逻 织 副 猾 统 绽 祸 斌 寞 症 赛 绘 诣 铜 簧 缚 妇 人 墙 引 郧 呕 诽 肋

11、孵 喂 晚 蚕 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 l上述9项要求中，第4第9项的要求都是 分析、评价。评价构成了岩土工程勘察 报告的基本内容和结论。 l但什么是分析、评价？ l1. 分析、评价的目的是什么？ l2. 怎样做分析、评价？ l3. 评价与设计有什么区别？ l这些都是我们需要弄清楚的问题。 看 皇 廉 芯 字 谍 蛔 淮 稽 巢 窿 破 涧 掌 塌 瞧 宫 裁 扒 砰 堑 恢 绞 口 扔 珠 腆 才 甚 疵 干 嗓 岩 土 工 程 评 价 与 设 计

12、讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 l在现实的勘察工作中，至少在我的论坛 上所反映出来的问题中，显示了部分业 内人士在不同程度上存在着一些值得重 视的问题： l1. 对参数统计评价的基本前提不是很清 楚，例如：力学层与地质体之间是什么 样的关系？对力学层为什么要作均质体 的假定？什么是异常数据？异常数据如 何剔除？如何使用经验关系？ 板 童 镊 阁 揽 堑 她 蝉 丝 檄 组 嗣 册 太 疾 瓢 枪 期 说 瘁 建 酒 火 诉 汛 属 尚 泊 泵 稠 辅 欠 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲

13、座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 l2. 对岩土工程评价与岩土工程设计的区 别不是很清楚。 l例如：1）评价与设计的前提条件有什么 区别？ l评价的前提是对地质条件的探明，而设 计的前提是明确工程条件； l2）评价与设计之间是什么样的关系？ l评价为设计提供对地质条件的理性认识 ； 紊 墒 了 竿 斧 硝 录 扯 唉 华 泥 浓 防 瓶 导 酶 墨 绅 阜 鼓 俺 室 贪 午 或 挟 形 台 灾 躬 芋 谨 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工

14、 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 l3）评价时进行一些计算的目的是什么？ l评价时进行的一些计算是为了比较不同方 案之间的异同。 l什么是适度量化和有条件的量化? l量化应该符合勘察工作的条件，只能做一 些假定条件下的量化计算。 l4) 评价的结论与设计的结果有什么不同？ 评价是对现有地质条件的分析和预测；设 计是对拟建工程的谋划与安排。 稍 苛 矢 拌 氧 尘 剥 荆 穷 惫 美 拢 空 哲 赚 沫 溢 辕 锨 常 绚 减 壳 馋 返 摩 穴 良 陈 知 寂 毋 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土

15、 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 l3. 岩土工程勘察的审图应该把握什么问 题，是否存在过度的定量计算的要求？ 1) 评价的深度如何掌握？ l2) 如何正确地理解岩土工程勘察规范 对岩土工程评价的要求？ l3) 在勘察阶段能否以设计规范作为审图 的依据？评价的依据是勘察规范，而设 计的依据是设计规范，两者不能混淆。 葵 鹿 车 喊 廷 朗 罢 升 茫 陵 人 奸 稼 踩 漫 烫 嘿 娜 枕 悬 至 检 漱 河 厅 燃 政 锄 殊 瘴 讹 替 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与

16、 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 二. 岩土工程设计参数的 统计分析与评价方法 l 岩土工程参数统计分析与取值是岩土工 程勘察内业工作的重要组成部分，是对 原位测试和室内试验的数据进行处理、 加工，从中提出代表性的设计、施工参 数，作为岩土工程勘察分析评价的重要 依据。 贱 度 捕 边 柑 泄 迪 纯 窖 滔 咳 幕 脑 胃 涌 协 勺 你 叙 梦 怔 惩 凤 邪 勤 弟 荡 倔 留 孕 码 象 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 基本观点

17、 l由于岩土体是自然形成的，其成分、结 构和构造都是随机的和不确定的，勘察 时的钻孔或原位测试所取得的土样或数 据都有相当大的偶然性，采样必然带有 随机性。因此，岩土工程参数的分析方 法必须建立在随机数学的基础上，采用 统计的方法获得具有代表性的参数，对 于所得到的岩土工程参数也只能从统计 的概念上去理解，才能正确地使用。 舌 仍 啄 南 钡 迫 饯 脆 拓 使 凡 吧 港 瑚 正 爱 冻 严 负 恫 崔 撒 声 牌 隙 误 匆 趟 时 矫 底 匹 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 )

18、 2 6 1 8 9 参数分析的内容 l岩土工程参数分析的内容包括对原始数 据的误差分析和有效数字的取舍，数据 统计特征的分析，平均值和标准值的计 算，参数间经验公式的建立及其正确地 运用。如何处理规范界限值与自然界的 不一致，如何剔除粗差。抗剪强度指标 的统计。变形参数的选用。 溉 寒 纲 绿 劳 堆 仟 匣 瞅 点 腑 拜 媚 绚 侦 惨 凑 潭 似 凡 辖 螺 静 抑 骏 缓 吗 效 磊 娠 稳 内 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 6.1如何理解参数的统

19、计修正系 数 l6.1.A统计修正系数计算时，公式括号中 的正负号如何选择？不利组合具体情况 下怎么考虑？除了抗剪强度取负值外， 还有那些指标通常取负值？或那些指标 可以取负值。另外，统计修正系数一般 情况下在0.751之间，如果计算出来是 负数或大于1，是不是计算结果就不能用 了呢？ 6.1.B对于岩土参数的统计规范有规定， 对于原位测试该怎么统计呢，是按照规 范的公式，还是按平均值1.645 计算 ？ 儡 溃 勒 轻 塌 征 誓 壕 墓 甚 碾 补 蛙 学 温 缆 橡 告 勿 讹 沦 切 怎 溃 纠 夹 污 耻 漂 婚 脱 站 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 )

20、 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 l统计修正系数是对土性指标的平均值因 变异性而进行的修正，平均值乘以修正 系数以后称为标准值，标准值是具有概 率意义的代表性数值或者称为取用值。 胖 淀 兑 胚 错 柳 分 斤 闺 躺 宾 前 呜 粉 婆 躇 驶 至 呜 语 限 历 钒 窿 兴 霹 行 慧 作 仓 谨 淬 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 l岩土参数的标准值是岩土工程设计的基 本代表值，是岩

21、土参数的可靠性估值。 对岩土设计参数的估计，实质上是对总 体平均值作置信区间估计。在勘察工作 中取土试样或者作原位测试测定岩土的 性状和行为，其目的是希望了解岩土体 的总体的性状和行为，取土试验或作测 试工作是一种抽样的手段，而非目的。 抽样所得的子样，包括试验的结果和原 位测试的结果都是抽样得到的子样，这 些子样并非我们的终极目标。 滔 瑚 渠 草 贼 赡 能 渍 挡 些 询 蛋 傲 倦 啪 皿 赔 贯 匝 快 况 镑 阴 绰 资 喇 矗 抑 京 愿 珊 蹿 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一

22、 ( 上 ) 2 6 1 8 9 l例如，我们取土作三轴试验，求得的强 度指标仅是所取的土样的性状，这些指 标在多大程度上反映了整个土层的实际 性状呢？我们感兴趣的不是几筒土样， 而是整个土层，需要了解的是整个土层 强度的平均趋势，亦就是需要了解强度 指标的总体。 跨 鸯 考 僳 稀 贴 档 华 浮 效 恿 弦 堰 柬 犬 冬 锨 默 部 肘 坞 京 鉴 廉 享 避 陇 胎 志 皱 煮 稗 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 l如何从子样的数据中得出关于总体的结

23、论呢？这种方法在统计学中称为统计推 断，就是从有限的样品的结果出发来估 计总体的特征，从特殊的抽样数据来推 断一般的总体特征的方法。 l在采用统计学区间估计理论基础上，可 以得到的关于参数总体平均值置信区间 的单侧置信界限值： 炎 典 瘫 滨 豹 哗 纵 铬 共 瓣 从 疏 颂 电 蕉 王 吴 烘 香 鳞 苇 敲 哇 布 揣 年 曳 沤 漳 狈 苯 祈 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 l子样的变异系数由子样的标准差求得： l空间均值的变异系数为空间均值的标准

24、差与空间均值之比： 九 技 撂 囱 推 褒 栈 皑 礼 珊 旺 庇 耳 星 舜 峭 崎 奥 奸 逸 铸 碧 钢 巨 菌 驯 驶 橙 疥 低 抒 延 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 l标准差折减系数可用随机场理论方法求 得，其表达式为： le相关距离 lh计算空间的范围 性 辣 晦 诬 坐 肩 宰 钾 钳 辨 壳 屑 俗 把 膳 追 敌 枢 恫 句 烦 粪 至 蔫 略 已 湿 杜 瞳 免 使 百 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2

25、 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 l考虑到随机场理论方法尚未完全实现实 用化，在实际工程应用时，可以采用下 面的近似公式计算标准差的折减系数： l得到近似的实用公式： 哀 乔 蛰 燎 峡 票 宫 搅 撤 报 奶 钎 焦 榨 肃 谗 坟 术 酮 杨 刺 土 琵 钝 袭 惹 各 吃 迷 策 棠 太 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 l式中t为统计学中的学生氏函数的界限 值, 一般取置信概率为5%。学

26、生氏函 数t与样本容量n的关系见表 狠 宗 律 屈 赖 枝 头 穆 尘 赫 厕 毯 默 来 卑 存 哇 初 紫 读 泡 褒 郑 蟹 便 婆 疮 操 珍 道 芭 辗 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 l为了便于应用，也为了避免工程上误用 统计学上的过小样本容量（如n=2、3、4 等），在规范中不宜出现学生氏函数的 界限值。因此，在1980年代编制建筑 地基基础设计规范和岩土工程勘察 规范时，通过数据拟合方法求得了下 面的近似公式： 吹 吉 囤 局 恩 捌 输 纪

27、急 犊 清 韶 莆 趾 款 桨 惕 渔 蹄 橙 健 共 掇 执 肋 憋 港 誓 卿 培 嫂 防 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 l需要结合岩土工程实际问题讨论统计学 的区间估计理论和置信界限的物理意义 。 l岩土工程设计参数的代表性取值为什么 要取区间估计理论的置信界限呢？岩土 工程师是在有限信息的条件下，或者说 在信息很不完备的情况下要对岩土体的 性状作出估计，包括对地质条件的估计 、对设计参数的估计、对工程问题的估 计。 l这里用的是“估计”的词汇，而不是

28、“确定” 或“计算”之类的词。为什么？ 丘 缩 阎 呜 磋 重 檬 瘤 盆 忆 舷 诈 葱 二 镀 喂 絮 墙 枝 攫 允 退 骚 盈 卉 掉 柑 弄 于 侠 黎 棱 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 l这是因为，根据有限的信息作出的判断 或评估，带有很大的不确定性，充其量 仅仅是对客观存在的物理量或状态的一 种估计或者讲是概率估计，而不是确定 性的计算结果。 l概率估计的结果往往给出一个区间，说 明你要估计的客观存在的物理量最有可 能在这个区间以内。比方说，你

29、要根据 试验结果的数据对内摩擦角作出估计， 估计客观存在的内摩擦角最大可能存在 于711之间。 奏 呜 循 胀 浚 新 蜗 沥 取 淘 呼 甭 鞠 缆 海 廉 挨 馒 唤 集 肃 贸 刹 厩 剁 糖 搀 联 是 嘎 拓 该 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 l那么能否说你有充分的把握认为内摩擦角 的客观存在肯定就在这个区间范围以内， 其实也并没有100的把握，你还得回答有 多大百分比的把握，这个百分比与上面所 说的“置信概率”互补，如果置信概率是5 ，就说明你有

30、95的把握估计是在这个区 间范围以内，还有5的可能性会大于这个 区间的上限或小于这个区间的下限。这种 估计称为双侧置信区间界限的估计。 青 戒 毙 途 苏 易 筐 滩 叠 沸 饥 钞 锹 呼 锄 哩 颅 塞 演 窟 捌 滔 膀 填 摔 稿 楞 弊 浅 催 柜 圭 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 l在工程上，一般并不需要估计双侧置信区 间界限，只要控制最危险的单侧界限就足 够安全了。例如，我们估计内摩擦角的置 信区间，低于下限界限是危险的，必须加 以控制，而对上

31、限并没有必要加以控制， 因为实际可能的内摩擦角越大就越安全。 所以我们只要控制不低于置信下限就可以 了，即控制小于7的可能性低于一个小概 率就可以了。这种区间估计称为单侧区间 估计，用于取用相应于单侧置信界限的指 标取值。 店 垂 圭 较 纫 闽 钾 典 墒 筏 外 绥 常 巨 匿 腊 尔 径 翁 蛆 啼 大 腑 孩 睬 办 食 吧 疵 反 酷 遵 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 l什么情况取上限？什么情况取下限？主要取 决于指标的性质，根据参数的性质，从不利

32、 方面来选择正负号。修正系数一般不可能出 现负数，如果出现负值，那说明相对来说， 变异系数太大了，计算的结果不合理。用正 号的修正系数就肯定大于1.0，是正常的。 l下面进一步讨论如何正确运用统计学的区间 估计理论，区别两种置信界限的概念及其对 工程应用的意义。为什么提出这个“两种置 信界限的概念”的问题来讨论呢？因为这个 问题有普遍的意义。 蠢 瘟 个 植 腋 健 庆 霹 温 谦 僳 柠 争 磁 荒 泞 痛 误 亏 袭 溜 涨 尧 呀 卸 陇 瞅 肝 央 篮 献 酝 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座

33、 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 l在国家标准建筑结构设计统一标准（ GBJ50068-2001）的附件中规定，材料的 性能标准值按下式计算： l这里的f是子样标准差，1.645是样本容量 为无穷大时的学生氏函数。 l有个规范曾经将这个公式引用到岩土工程 中，用以计算标准贯入锤击数N的标准值 ，但却发现不能用。这是怎么一回事？ 叹 耗 边 起 扑 蜀 拴 橱 愁 匹 匝 阵 盎 必 难 掘 仗 淘 翁 函 授 密 仿 墟 宋 伏 榜 瞥 颗 挎 塞 饯 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一

34、 ( 上 ) 2 6 1 8 9 l但在工程实际应用中，人们发现当标准贯 入锤击数的子样标准差比较大的时候，用 这个公式求得的标准值比最小值还要小。 例如，下表所列的是对某土层测定的标准 贯入锤击数的数值，求得平均值为20，标 准差为3.8，按这个公式计算得到的标准值 仅为13.7，已经非常接近于最小值，人们 无法接受这样的统计结果，显然采用这样 小的标准值是不恰当的。 错 源 吭 盾 湃 烤 苯 溯 镁 樱 脚 舀 孕 睹 骋 陪 皇 排 临 蒋 荚 镭 路 定 替 航 簿 啼 诛 霍 宽 牛 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程

35、 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 表列的是对某土层测定的标准贯入锤击数的数值，求得平均 值为20，标准差为3.8，按前面公式计算得到的标准值仅为 13.7，已经非常接近于最小值；而用后面公式计算的结果为 18.6。 余 必 谓 阁 昼 屉 趾 冗 僵 事 悍 甥 晚 邻 妓 涡 捌 天 钢 计 排 骄 撒 梧 杠 呕 党 屋 抱 饮 邑 茄 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 l为什么将统一标准中关于材料性能 指标标准值的计算公

36、式直接用到岩土工 程的指标估计时会产生这样的问题呢？ l 这涉及统计数学的实际应用问题，工程 材料性能指标的标准值的取用建立在统 计数学中关于区间估计理论的基础上。 工程应用中，一般取用单侧置信界限作 为设计参数的标准值，对材料的强度用 置信下限值。但区间估计理论有两类， 一类是估计单个测定值，另一类是估计 总体平均值。 执 现 祈 麻 瞎 畜 钥 撅 茶 苦 晕 眷 搔 苇 塘 霹 许 狡 床 辞 惰 聂 倔 豌 蹋 荧 个 俏 引 招 笨 采 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 )

37、2 6 1 8 9 l估计单个测定值的置信下限值的物理意义 可以这样来理解，在大量的重复抽样试验 中，出现低于试验值的概率将小于置信概 率（例如，取置信概率=5%），对上部 结构材料性能所采用的公式正是这种估计 单个测定值的统计公式。 l对于标准贯入试验，对同一个土层，每次 测定的击数小于13.7的概率估计小于5。 但对岩土工程是没有工程意义的。 挑 博 做 舔 升 寞 资 凌 鸡 棱 律 王 格 努 嘿 攫 抬 段 修 顽 迹 露 朗 呐 票 服 悦 缀 侗 椰 霖 趣 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲

38、 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 l影响岩土工程性状的性能是岩土体总体 的平均性能，个别点的性能并不影响全 局，因此应采用依据估计总体平均值的 统计概念建立的统计方法。 l采用估计总体平均值的置信下限作为标 准值，意味着总体平均值可能低于置信 下限值的概率只是一个小概率, 即置信概 率，而总体平均值大于置信下限的概率 则是一个充分大的概率（1-）。 冗 瘤 基 者 洁 咳 窒 拈 警 签 烂 绽 丑 杰 馅 间 廊 孺 渍 迟 敢 史 滓 嫁 湿 魏 耙 雀 瞳 腥 染 愉 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价

39、与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 l对于岩土体的强度和变形问题，对工程 有意义的并不是单个测定值，勘察的目 的是要根据有限的抽样测定来估计岩土 体测定指标总体的平均值，用以估计岩 土体的稳定和变形性状。 l就以表中的标准贯入锤击数数据为例， 我们关心的是土层的标准贯入锤击数的 总体平均值以及根据这个标准值用经验 公式求得的设计参数，用以代表整个土 层的工程特征。 洁 霸 予 翔 颤 音 题 疽 凄 粥 靴 挑 狭 棒 相 昨 声 咏 畦 析 浸 弗 舒 牛 突 淫 匠 医 脂 驮 昔 啄 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8

40、9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 l用前面公式求得的13.7是什么意义呢？这表 示，预计对这个土层进行标准贯入试验数据 的序列分布可能是大于13.7的数据出现的概 率将大于95，小于13.7的测定值出现概率 不会超过5%。但对于岩土工程问题来说，这 样的推断并没有太大的实际意义。用后面公 式计算得到的标准值为18.6，这个标准值表 示预计这个土层的标准贯入击数标准值的总 体平均值大于18.6的概率将大于95，小于 18.6的概率不会超过5。岩土工程大多数参 数应采用这种统计方法估计标准值。 柞 硅 笑 阻 驭 抉 艳 功 旋 迪 笑 扑 藏

41、 缴 暗 妒 绊 层 年 羔 讥 盎 癣 戮 俞 烷 拖 器 侩 硕 驮 镶 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 l为什么上部结构材料性能的标准值可以 用公式（6-12）计算呢？这可能是上部 结构构件设计中，截面尺寸与试样尺寸 之比并不太大，用估计单个测定值的置 信下限作为标准值不致引起太大的误差 的缘故。 l鉴于上述分析，在岩土工程中，采用了 如公式(6-1)所示的估计总体平均值的置 信界限作为标准值的计算公式，亦即 岩土工程勘察规范给出的公式。 憎 眩 且 脾

42、 翁 烽 奔 去 耽 趴 门 诵 巩 笺 除 砧 嚎 绝 啡 兔 典 缀 检 萤 份 充 疤 秆 咐 鲜 佛 贞 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 6.2 用什么方法统计经验公式 ？ l经常看到很有用的一些经验公式，对我 们工作很有帮助，但不知用什么方法得 到这些经验公式的。 娜 你 脏 毅 槐 疯 壳 飞 憾 攀 佣 戊 答 甜 杉 痘 洗 熙 槐 沸 闻 令 禾 淀 德 伏 嘉 踊 抒 千 郑 楚 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上

43、) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 l经验公式用于描述岩土参数之间的定量关系 。 l由于岩土工程中参数测定方法的多元化，对 同一岩土体通常可以采用各种不同方法进行 测试，为经验公式的统计提供了大量原始数 据。 l又由于岩土工程中参数测定的不确定性比较 大，也需要通过不同的方法进行印证与检验 。 l有时由于某些试验的条件比较困难或者费用 比较昂贵，希望用比较方便、简单的测试结 果，通过经验公式得到需要的参数。 蚌 植 杉 胆 并 市 嚣 呸 挑 毯 闯 志 嘉 关 谦 沛 际 新 鸣 娥 俯 越 信 娩 而 僵 检 屿 辙

44、爷 舱 鸣 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 统计经验公式所依据的数据 是对比试验的资料 l为什么要强调这个问题？ l是因为出现了对计算结果统计经验公式 的案例。 l这涉及统计方法应用的一个最基本的概 念和原则问题。 l必须明确这个原则，不能允许出现假的 经验公式。 螟 仿 床 蛾 舔 并 贿 镊 孜 擂 嗡 佬 拧 鲤 并 线 屈 畜 翻 驱 握 咎 万 呕 耳 对 叼 罚 拟 蝎 尉 蹄 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6

45、 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 l例如，基于对比试验资料统计地基承载 力和原位测试数据之间经验公式，对比 试验是指对同一个场地，既做载荷试验 ，又做原位测试。当然原位测试的土层 、测定的标高和位置都与载荷试验点是 匹配的，这样得到的数据组是一一对应 的，积累了许多试验之后，就能得到地 基承载力与静力触探比贯入阻力或标准 贯入击数之间的数据系列。 称 澜 眼 恬 允 哟 锄 梧 铆 双 讯 盆 想 拘 轿 杆 堰 柯 碌 烈 菇 赦 贮 照 窄 绍 少 茵 疫 磨 旱 派 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上

46、 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 l 将这样的对比试验数据画成散点图，可 以根据散点群的趋势以分析地基承载力 与原位测试指标之间存在什么样的相关 关系。 l对于自变量与因变量一一对应的数据， 可采用解析法建立经验公式；但对于离 散性的数据，则只能采用统计的方法求 解经验公式中的回归系数。 干 救 破 构 税 佑 秋 项 鸯 瞥 沿 迅 杏 秒 膛 孩 纬 掠 纫 籽 阅 仗 炭 梗 裔 杆 世 擒 仟 趣 陨 沤 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价

47、 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 域 纹 竟 肪 孝 煌 拭 盼 惶 闸 讽 旧 蕊 昭 赠 赏 衍 岂 起 寿 皿 奢 铂 椎 骗 嗡 囊 川 睦 弦 洁 荔 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 Ko1sin 宽 散 朽 丈 侠 啪 蜂 肯 毅 臻 繁 纸 奈 镜 箔 喉 络 憾 名 刘 缚 时 办 雨 旨 僳 蛙 坛 蚜 镁 笺 具 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程

48、评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 l岩土参数之间的关系可能是线性的，也 可能是非线性的，这需要通过分析来选 用线型。 l最简单的方法是将试验数据画在直角坐 标图上，用图解法分析变量之间呈什么 样的关系，对有些参数之间的经验关系 可以根据专业知识判定线型。 蹭 咽 庐 棒 护 岂 碾 讳 亲 鸿 罗 筹 宝 凯 芦 窍 筑 醇 炙 检 魂 解 拆 衰 遍 替 邻 盖 绳 壳 误 涟 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 l岩土工程中常

49、用的经验公式在直角坐标 图上有如图所示的三种类型：第一种类 型是当自变量增大时，因变量逐渐减小 ；第二种类型是当自变量增大时，因变 量随之增大，但斜率逐渐减小并趋于常 量或减小到零；第三种类型是当自变量 增大时，不仅因变量随之增大。而且斜 率也不会减小。 篓 砸 恕 萎 禾 绵 寄 洗 坷 翅 筐 擦 镶 墅 馋 鼻 颈 过 寨 茎 爸 命 狄 彻 赋 比 湘 乌 闭 妄 届 陈 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 三种类型的非线性经验公式 lx y x y x y l dy/dx dy/dx lb 0 b0 0 b 1 b1 b 1 括 辑 奠 旱 证 祟 晶 负 绕 万 亿 熔 累 帜 聊 舜 矛 匹 耕 慈 枕 络 铲 国 教 窥 捕 庙 箩 脱 音 腺 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 岩 土 工 程 评 价 与 设 计 讲 座 之 一 ( 上 ) 2 6 1 8 9 将非线性化为线性