统计分析法在岩体力学参数取值分析中的应用

基于现行规范岩土参数的统计方法分析及应用基于现行规范岩土参数的统计方法分析及应用吴长富, 朱向荣11,2, 刘雪梅3(11浙江大学岩土工程研究所, 杭州310027; 21浙江大学宁波理工学院, 浙江宁波315100;31杭州市勘测设计研究院, 杭州310012)摘要:对现行《岩土工程勘察规范》中岩土参数的统计方法进行了系统的说明, 同时结合工程勘察实践, 讨论了如何利用随机场理论结合土的相关距离来求岩土参数的标准值。

关键词:岩土参数; 参数估计; 随机场理论; 相关距离中图分类号:T U41文献标识码:AAbstract :The statistical method for geotechnical parameters based the of geotechnical engineering , and combining with engineering make use of the theory of random field and the relevant space to parameters are deeply discussed.K ey w ords :geotechnical ; ; of random field ; relevant space 1 前言[1](G B5002122001) 在岩土参数的分析与选用方面对94规范做了修改和补充, 取消了对岩土参数变异性评价的标准, 提出按照随机场理论计算岩土参数的标准值。

为了工程应用方便, 该方法仅停留在书面说明中, 实际岩土参数的标准值的计算方法与94规范并无差异,但相信随着土的相关距离的合理选取等一些基础性工作的完善, 该方法会逐步得到实际应用。

由于新规范对随机场理论和相关距离等一些内容并未系统地进行介绍, 可能会给工程勘察人员带来一些误解, 造成只知其形不知其义, 无法深刻领会该方法的实质和先进性,因此有必要对该方法进行详细而深入的探讨。

浅谈各种数据分析方法在岩土工程中的运用比较1． 1 边界元法的基本原理边界元法，顾名思义，就是只在边界上剖分单元，把边界分方程转变为线性代数方程，从而得出各边界单元处特定的边界值，然后再利用把边界值同域内数值联系起来的解析公式，这样就可以将计算区域内的任何一点的函数值求算出来。

按照边界元法的求算途径可分为两种类型: 直接法和间接法，前者利用具有明确物理意义的变量来建立边界积分方程; 后者却是利用不很明确的变量，一般，边界被加上了虚拟力和虚拟位移，这种虚拟力和虚拟位移是按照一定规律分布的，作为基本数，建立离散化的方程，待求出这些变量后再计算边界域内的位移和应力。

1． 2 边界元法在岩土工程中的应用在深基坑工程支护方式中，土钉墙越来越多得应用于工程中。

一般方法中，人们将主动区视为刚形体，用安全系数数值的大小来判断土钉墙的安全可靠性。

在实际的工作中，土钉墙主动区并非刚性体，它会随着开挖深度等因素的不同而发生大小不同的变形，所以，极限平衡法的应用有一定的局限性。

另外，有限元法也有应用在分析土钉墙稳定性的案例，用位移或应力值的大小来反映它的受力机制和状况。

虽然，在一定程度上，与极限平衡法相比，有限元法要相对合理一些，但是它和在工程中广为应用的安全系数直接联系起来较为困难，加上在计算过程中所需土体参数常规实验不易确定等因素，在工程中的应用也受到了一定程度的限制。

通过分析深基坑工程中土钉墙力学性状和对实际应用的分析，对提出的拥有土钉墙安全系数意义上的弹塑性边界元法的合理性给予了合理性证明。

工程实践证明，边界元法是较为理想的数值分析方法。

2 非线性数值分析在岩土工程中的应用下面本文将以 FLAC 为例对有限元非线性分析法在岩土工程中的应用进行简要分析。

FLAC，即快速拉格郎日差分分析，是力学计算的数值分析方法之一，主要应用于岩体力学中分析计算一般岩石的应力和应变。

它的基本原理类似于离散元的机构，但它使用于多种材料模式与边界条件的非规则区域的连续问题求解。

岩土工程：数值分析在岩体力学中的应用和发展（一）数值分析方法的分类在岩石力学有关领域的数值分析方法应用中，主要使用的方法为有限元法，边界单元，离散单元法，拉格朗日单元法及块体理论等（二）有限元法原理及其应用要点原理：通过变分原理（或加权余量法）和分区插值的离散化处理把基本支配方程转化为线性代数方程，把待解域内的连续函数转化为求解有限个离散点（节点）处的场函数值。

应用要点：1.正确划分计算范围与边界条件2.正确输入岩体参数及初始地应力场3.采用特殊单元来考虑岩体的非连续性和边界效应（三）岩石力学问题的其他数值分析方法1.边界单元法有限元法是对问题的微分近似表达式给出了精确解，它实质上属于微分法。

与微分法相对应的是积分法，积分法所涉及的边界可包围整个问题域，而数值分析的离散化仅在边界上近似。

下图表示了在外部问题模拟时微分法与积分法之间的区别。

2.离散单元法离散单元法完全强调岩体的非连续性。

它认为，岩体中的各离散单元，在初始应力作用下各块体保持平衡。

岩体被表面或内部开挖以后，一部分岩体就存在不平衡力，离散单元法对计算域内的每个块体所受的四周作用力及自重进行不平衡计算，并采用牛顿运动定律确定该岩块内不平衡力引起的速度和位移。

反复逐个岩块进行类似计算，最终确定岩体在已知荷载作用下是否将破坏或计算出最终稳定体系的累计位移。

3.块体理论块体理论就是针对个性各异的岩体中具有结构面这一共性，根据集合论柘朴学原理，运用矢量分析和全空间赤平投影图形方法，构造出可能有的一切块体类型，进而将这些块体和开挖面的关系分成可移动块体和不可移动块体，对几何可移动块体在按力学条件分为稳定块体、潜在关键块体、关键块体。

此外，在计算方法上，还有半解析法、加权残余法以及松弛法中的经松弛法以及上述方法的耦合应用。

岩土体物理力学参数在边坡稳定性定量分析中，岩土体的物理力学参数往往直接控制着稳定系数和支护工程量。

常规的获取参数的方法主要有试验法、经验法、工程地质类比法、反演分析法等。

此外，当边坡稳定受成组结构面和岩桥共同控制时，仍常采用结构面连通率，即采用结构面和岩桥强度进行加权平均来求取潜在滑移面的综合抗剪强度。

以下对两种参数获取方法进行简单介绍。

1.试验法试验法一般可分为室内试验和现场试验两类。

现场试验试件尺寸一般较大，多为（50～70）cm×（50～70）cm，它能保持岩土体的原始状态，并能反映结构面二、三级起伏差对强度的影响，但加工困难，周期长，试验费用相对较高。

室内试验试件一般较小，多为扰动样，存在尺寸效应问题，但取样简单，可以开展各种不同工况下的试验，如三轴直剪试验、饱和固结快剪试验、饱和固结排水剪试验、慢剪试验等。

室内试验由于试验周期短，费用相对较低，可以大量开展。

目前，随着取样技术的发展，已具备取原状样的条件，且可在刚性伺服机上开展试验，能有效地确定有效正应力，控制剪切速度，试验成果较为真实可靠。

2.经验估算法可根据一些经验公式，如利用Hoek-Brown强度准则确定岩体的综合抗剪强度。

一般是在工程前期和缺乏试验的地区应用，该方法存在的问题是岩石强度权重偏大，应用在坚硬和极坚硬岩石中时，确定的抗剪强度常常偏高。

8.5.2 选择原则对于一些不重要或者工程前期缺乏试验资料的边坡，可通过经验法和工程地质类比法，初步确定岩土体的物理力学参数，以此估算边坡的稳定性和支护工程量。

对于一些已经失稳或正在变形的边坡，采用反演分析法来获取岩土体的物理力学参数是一种最有效的办法，但由于此时的抗剪强度已不是常规物理意义上的抗剪强度，而是岩土体抗剪强度参数、边界条件、地下水条件等因素的综合反映，因此，在应用时应严格注意条件的相似性。

同时，应考虑在工程有效期内工作条件的可能变化趋势对强度参数的影响，并适当进行调整。

岩体结构面抗剪强度参数取值方法综述引言：岩体结构面的强度是岩体力学特性中的一个重要参数，它对于岩体的稳定性和工程施工具有重要影响。

岩体结构面抗剪强度参数的准确取值是岩体力学研究中的一个重要问题。

本文综述了近年来关于岩体结构面抗剪强度参数取值方法的研究进展和应用情况。

一、传统取值方法1.刚度比法：该方法是通过测量岩体结构面位移和正常应力的变化，计算结构面的刚度比值。

刚度比值的大小与抗剪强度参数有关。

2.负载试验法：该方法是通过进行室内或现场的岩石试验，测量不同应力下岩体结构面的位移和正应力，根据剪切位移与正应力的关系确定抗剪强度参数。

3.断裂力学法：该方法是基于断裂力学理论，通过对岩体结构面断裂机理的研究，推导出抗剪强度参数的计算模型。

以上三种传统的取值方法都存在一定的局限性，例如需要大量的试验数据和经验参数，且结果的准确性受人为因素影响较大。

二、现代取值方法1.数值模拟法：该方法利用计算机仿真的技术手段，建立岩体结构面抗剪强度参数的数值模型，通过不同工况下的数值模拟计算，得到抗剪强度参数。

2.获取实测数据：该方法通过在实际工程中对岩体结构面进行监测，测量结构面的位移和应力等参数，从而直接获取抗剪强度参数。

3.统计学方法：该方法利用大量的岩体结构面力学试验数据，通过统计学方法对数据进行处理，得到抗剪强度参数的统计特征，并进行参数估计。

现代取值方法相较于传统方法具有更高的精度和准确性。

数值模拟法可以通过模拟不同的工程情况，得到更具代表性的抗剪强度参数。

获取实测数据的方法能够真实反映结构面的实际工况和力学特性。

统计学方法则可以通过大量的数据分析，得到更加可靠的参数估计结果。

与此同时，近年来还出现了一些基于机器学习和深度学习的方法，通过利用大量的数据训练模型，得到更精准的抗剪强度参数预测结果。

这些方法在理论和实际应用中都取得了一定的成功。

结论：岩体结构面抗剪强度参数取值方法多种多样，传统方法和现代方法各有特点。

砂填料桩承式路堤的正交模型试验摘要：正交试验设计法是利用部分试验代替全面试验的方法，通过挑选具有代表性的试验组来进行试验，可全面掌握各因素的影响规律和显著性。

正交设计的数学理论涉及组合数学、有限域、几何和纠错等领域，是一种高效率、快速、经济的试验设计方法。

该试验的分析方法有两种，分别为极差分析和方差分析，通过极差分析可获得各因素在取值范围内变化时对目标值的影响规律，而方差分析则是考察各个因素对目标值的影响的显著程度。

考虑了影响桩承式路堤力学机制的4个关键性因数，包括路堤高度H、陷阱门（桩间土间距）(s-a)、桩体宽度a和粒径d，各因数取4个水平。

以此来探究各个因素对模型的影响，不同水平的数据怎么决定下沉的沉降模式。

关键词：正交试验桩承式路堤土拱演化方差极差分析一试验方案的设计考虑了影响桩承式路堤力学机制的4个关键性因数，包括路堤高度H、陷阱门（桩间土间距）(s-a)、桩体宽度a和粒径d，各因数取4个水平。

选用正交表L16(45)，依据此正交表排出了试验设计表，见表1-1，表中多出的一列用于正交试验的方差分析。

试验中H分别设为150 mm、300 mm、450 mm和600 mm。

a设置为75 mm、150 mm、225 mm和300 mm。

(s-a)分别设置为75 mm、150 mm、225 mm 和300 mm 。

砂料采用表2-1中的II、III、IV和V号砂料，砂箱中砂料的相对密实度控制在85%。

如表1-1中所示，正交试验共16组，每组试验的活动板（陷阱门）宽度(s-a)与固定板宽度a的组合均不相同，挡板的布置见图2。

图2中阴影部分为固定挡板，空白部分为活动挡板，黑色圆形为土压力盒，土压力按照均匀方式布置。

试验步骤如下：（1）根据表1-1中选择调整每次试验时固定挡板与活动挡板的位置；（2）挡板固定调整完毕后，在预定的位置固定微型土压力盒，完成上述过程后安装并固定有机玻璃挡板。

记录一次土压力盒的读数，以此为填料高度为0 mm时的土压力数值；（3）选择表1-2中试验对应的砂料，采用控制每层填料重量的方法控制填砂相对密实度，填入砂料并反复震动夯板，直至将砂料压至预定高度。

摘要：岩石边坡稳定性与多种因素有关，结构面产状是影响岩石边坡稳定性诸多因素中非常重要的一种，传统研究方法中大多只考虑坡体中岩块的强度性质，这导致岩石边坡工程设计不够科学，容易造成边坡失稳或者导致工程上的浪费。

本文首先用赤平投影法对东昌高速公路右肩路堑边坡现场实测结构面产状进行统计，得到优势节理面产状，然后利用单因素方差分析的方法对边坡稳定性关系进行分析，分析结果表明，结构面产状对岩石边坡稳定性有着重要影响，切坡方位与结构面产状大角度相交时，边坡稳定性较好，切坡方位与节理产状一致时，不利于边坡的稳定。

研究结果为岩石边坡工程设计提供新思路和方向，能够保证边坡稳定性的同时尽可能降低建设成本，该成果对实际工程设计具有一定参考价值。

关键词：岩石边坡结构面产状稳定性分析方差分析一问题提出与分析岩体是指在地质历史过程中形成的，由岩石单元体（岩块）和结构面网络组成，具有一定结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体。

节理化岩石边坡是一种常见的边坡类型，产状作为节理的主要要素是确定边坡破坏模式和进行计算的依据[1-2]。

实际工程中一般根据野外实测的节理产状按照赤平投影原理分成若干优势节理面组，各组节理以其等密中心的产状为依据进行边坡稳定性计算。

然而实际上节理的分布及几何性质具有一定随机性，岩石边坡的稳定性受多种因素的的影响，在不同的地质条件下，起控制作用的因素是不同的。

在有些情况下，某一种因素可能对边坡稳定性起控制作用，如岩性、产状、地应力、地下水等；而在另外一些情况下多因素的交互耦合作用优势更加突出。

本文以江西省东乡—昌傅高速公路DCSJ1标段[3]路堑边坡工程为背景，对边坡稳定性影响因素进行研究。

由于该项目穿越地区以砂板岩为主，区内新构造地质作用不突出，岩体较为完整，优势节理面容易调查和统计，地应力较小可以忽略，水文地质条件不是很复杂，因此不考虑多因素交互耦合作用对岩石边坡的稳定性影响。

在考虑单因子对边坡稳定性影响时，由于该地区岩性由地质历史决定，其强度参数如弹性模量E、内聚力c及内摩擦角φ属于不可控因子。

岩体力学参数确定的方法岩体力学参数的确定方法在岩石工程实践中，首先需要了解作为研究对象的工程岩体的力学性质，并确定其特征参数。

岩石力学参数的合理确定一直是岩石力学研究和发展的难点之一。

在应用工程力学领域，如果完整地使用经典理论力学的连续性假设和定义，就会存在理解上的问题。

必须考虑假设的合理使用范围和每个物理量的适用定义。

本文讨论了地下岩体工程中根据不同的重点确定岩体参数的方法。

1、确定岩体参数的传统方法地下巷道、硐室开挖后，围岩产生应力重分异作用,径向应力减少,切向应力增加,并且随着工程不断推进,岩体应力状态不断改变。

巷道、硐室围岩处于“三高一扰动”条件下,岩体表现的力学特性是破坏条件下的稳定失稳再平衡过程。

围岩体处于一种拉压相间出现的复杂应力状态。

该类工程岩体的力学参数的确定要进行岩体的卸荷试验研究,且要依据现场工程实际条件进行卸荷条件下的应力、渗流与温度三场耦合试验研究。

需要进行循环加卸载条件下的岩体力学特性研究,进而获得岩体的力学参数特征。

地下巷道和硐室工程岩体力学参数的确定方法如下：(1)三轴应力状态下的卸荷三场耦合力学试验,获得有关参数;(2)进行岩体流变特性试验研究,获得有关岩体的流变参数。

目前在该领域要进行大量的工作,包括设备仪器的研制等,同时还要利用新的计算机技术才会实现。

二．建立力学模型确定岩体力学参数建立工程岩体力学参数模型主要是解决复杂岩体力学参数的确定问题。

为了确定复杂岩体的力学参数，需要将工程岩体视为一个连续模型。

采用确定岩体力学参数的新方法，建立了层状斜节理岩体的力学模型，并进行了力学试验，确定了岩体的基本力学参数。

1．工程岩体力学参数模型目前，关于岩石的力学性质和划分基本上有两种观点：一种观点认为岩石本身是一种连续的非各向异性材料，另一种观点认为岩石是由多晶系统组成的，存在空洞和裂缝等缺陷，这使得岩石本身的结构表现出各向异性和不连续性。

岩体一般被视为不连续介质，但在一定条件下仍满足连续介质力学的基本假设。

岩石力学参数测量与分析方法引言岩石作为地球上最常见的固体物质之一，在地质、矿产资源开发以及工程建设中起着至关重要的作用。

了解岩石的力学性质和参数，对于地质灾害的预测和工程设计的可靠性具有重要意义。

本文将介绍一些常用的岩石力学参数测量与分析的方法，为相关领域的研究人员和工程师提供参考。

一、应力-应变曲线的测量与分析方法应力-应变曲线是描述岩石在外力作用下的变形行为的重要参数。

常用的测量方法包括压力试验、拉伸试验、剪切试验等。

其中，剪切试验是一种常用的测量岩石力学参数的方法。

在剪切试验中，通过施加一个水平剪切力和一个垂直压力，测量岩石样本在剪切力下的变形情况。

然后，根据变形和应力之间的关系，可以得到应力-应变曲线。

曲线的形状和斜率可以反映岩石的强度和变形能力。

二、弹性模量的测量与分析方法弹性模量是岩石力学中最基本的参数之一，它描述了岩石对外力作用下的弹性变形能力。

常用的测量方法包括静力弹性模量测定和动力弹性模量测定。

静力弹性模量测定方法主要是通过施加不同大小的压力或拉伸力，测量岩石样本的应力和应变关系，得到弹性模量。

而动力弹性模量测定方法主要是通过地震波传播的速度和岩石的密度来计算弹性模量。

三、抗压强度的测量与分析方法抗压强度是岩石力学中评价岩石抵抗外力压缩的能力的重要参数。

传统的抗压强度测量方法是在实验室中进行压力试验。

在压力试验中，岩石样本被垂直施加压力，然后记录岩石破裂的压力值。

除了传统方法外，近年来还出现了一些新的测量方法，如非接触式测量方法和声波测量方法。

这些方法不仅提高了测量的准确性，还能够在线实时监测岩石的抗压强度。

四、剪切强度的测量与分析方法剪切强度是岩石力学中评价岩石抵抗剪切破坏的能力的重要参数。

常用的剪切强度测量方法包括剪切试验和直剪试验。

剪切试验是一种常用的测量剪切强度的方法。

在剪切试验中，岩石样本在剪切力的作用下发生破坏，通过记录岩石破坏的剪切力值和剪切位移，可以计算剪切强度。