土工参数空间概率特性及软粘土地基固结概率分析

由于岩土工程的特殊性和复杂性，可靠性设计理论在岩土工程中尚未达到实 用阶段，许多问题仍在研究和探索之中。土工参数不确定性和土层剖面概率模拟 是岩土工程可靠分析中的关键和难点，直到现在，仍是研究中最主要的方面之一。 本文克服岩土工程现行“定值”分析和设计法的不足，对土工参数空间概率特性 及软粘土地基固结概率分析进行系统全面的研究，这对促进概率分析和可靠性理 论在岩土工程中的应用很有意义。 本文工作表明，通过试验数据的可靠性检验、概率模型的有限比较法拟合优 度检验以及分布参数的推广贝叶斯法估计，可以实现土工参数概率分布在统计意 义上的优化，而优化分析的关键是建立土工参数概率分布的区域资料。 土工参数的自相关距离性状具有明显的横观各向同性。通过静力触探试验曲 线求解土工参数的竖向自相关距离以及通过剪切波速计算水平向自相关距离是有 效的途径。互相关系数分析法和随机因子分析法是评价土工参数试验方法不确定 性的两种有效的方法，而后者适应性更广。本文根据工程勘察资料，建立了太原 粉质粘土和平湖淤泥质粉质粘土的土性指标空间概率特性的区域资料。 固结系数的概率分布一般为对数正态分布或伽玛分布。本文提出了软粘土地 基一维固结概率设计方法。根据齐次随机场和随机积分的概率方法，建立了固结 系数的随机场模型，并研究了软粘土地基固结的空间概率特性。结果表明，软粘 土地基一维固结对于竖向固结系数自相关距离变化的敏感性很弱；砂井地基固结 的可靠性分析必须考虑竖向自相关距离的影响，而水平向自相关距离的影响则可 忽略。 本文研究还表明，砂井地基固结的概率特性对水平向固结系数的不确定性最 为敏感。鉴此，提出了简便实用的能考虑水平向固结系数的不确定性及其分布的 影响砂井地基固结概率分析的简化方法，并推导了砂井地基固结度均值和方差的 计算公式。 砂井地基固结问题可用验算点法和蒙特卡罗模拟法进行可靠性分析。本文给 出了砂井地基固结概率设计的一般步骤，并用算例说明了该法在实际工程中的应 用。