馮明月

（河北省交通規(guī)劃設(shè)計院，河北 石家莊 050011）

黃土在我國北方分布較廣泛，山西、陜西、甘肅、河北、河南、內(nèi)蒙、遼寧等省份在內(nèi)的諸多地區(qū)都有黃土的存在，承德至赤峰高速公路圍場支線場區(qū)位于河北東北部地區(qū)，接近黃土邊緣地區(qū)。

該區(qū)地形地貌為低山丘陵，地處半干旱半濕潤大陸性季風(fēng)氣候帶，年降雨為500～650mm，降雨主要集中在6～8月，年蒸發(fā)量在1 800mm左右。該區(qū)黃土主要為次生黃土，厚度一般在3.5～12m，局部可達(dá)22.6m，地貌上表現(xiàn)為天然邊坡陡立、V型沖溝發(fā)育等特點，具有垂直節(jié)理及大孔隙發(fā)育、富含碳酸鈣等黃土特征，局部含有水平條帶狀碎石或礫石。根據(jù)線路工程地質(zhì)勘察和土工試驗，該地區(qū)黃土濕陷性程度為輕微～中等，多具有Ⅰ～Ⅱ級非自重濕陷性，局部具自重濕陷性。

1 土性參數(shù)的不確定性

在巖土工程的設(shè)計過程中，土性參數(shù)的統(tǒng)計分析是基本內(nèi)容之一，其結(jié)果的可信性直接影響工程的可靠性。

土性參數(shù)對確定的時空而言是一個確定值。但是，它的大小只能通過有限的室內(nèi)或現(xiàn)場試驗的量測或觀察去了解，其測值是變化的，而且離散性很大，具有很強(qiáng)的不確定性。

巖土體的形成方式及組成材料具有明顯的多樣性。受各種復(fù)雜因素的影響，巖土體呈現(xiàn)明顯的非均勻性和各向異性等特征。所測得的巖土參數(shù)與其真實值都會存在差異，這就是巖土參數(shù)的不確定性，其通常來源于土的固有變異性和系統(tǒng)的不確定性。

系統(tǒng)的不確定性包括實驗不確定性和統(tǒng)計不確定性。對于系統(tǒng)的不確定性，可以通過取樣方法的改進(jìn)、實驗數(shù)量的增加、實驗技術(shù)水平的提高等等來加以解決。而土固有的變異性，是巖土體的客觀特性。土性參數(shù)在測量、統(tǒng)計過程中表現(xiàn)出隨機(jī)分布的特點；同時由于受到巖土體形成和后期改造過程中各種宏觀規(guī)律的控制，導(dǎo)致空間不同點的巖土參數(shù)之間又存在某種程度的相關(guān)性，因而必須對實際土體進(jìn)行統(tǒng)計分析才能掌握。

本文主要以承赤高速圍場支線某段濕陷性黃土為例，介紹了各項物理力學(xué)指標(biāo)的統(tǒng)計分析結(jié)果，并重點探討了各項指標(biāo)本身固有的變異性及其隨深度的變化情況，從而得到更準(zhǔn)確的統(tǒng)計土性參數(shù)。

2 物理力學(xué)指標(biāo)的統(tǒng)計及空間分布特性

2.1 對承德至赤峰高速公路圍場支線K62＋400～K64＋380段濕陷性黃土物理力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計分析，統(tǒng)計方法按《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（JTG C20—2011）第3.9條，統(tǒng)計內(nèi)容包括均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)值，并對各項物理力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行檢驗，經(jīng)檢驗可知，均符合正態(tài)分布及對數(shù)正態(tài)分布，各項物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計成果見表1。

表1 物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計表

2.2 土性指標(biāo)在空間上不同點之間存在的這種相關(guān)性稱為土的自相關(guān)性。它是天然土體固有的特點。下面主要探討濕陷性黃土各項物理力學(xué)指標(biāo)隨深度的變化及其與深度的相關(guān)系數(shù)。

濕陷數(shù)據(jù)同樣來自承赤高速圍場支線K62＋400～K64＋380段，按深度（1.0m，2.0m，3.0m，…12m）統(tǒng)計表1中各項物理力學(xué)指標(biāo)的均值，繪制指標(biāo)隨深度的變化圖（見圖1～圖12）。

圖1 含水量隨深度變化圖

圖2 天然密度隨深度變化圖

圖3 干密度隨深度變化圖

圖4 飽和度隨深度變化圖

圖5 孔隙比隨深度變化圖

圖6 液限隨深度變化圖

圖7 塑限隨深度變化圖

圖8 壓縮系數(shù)隨深度變化圖

圖9 濕陷系數(shù)隨深度變化圖

圖10 濕陷起始壓力隨深度變化圖

圖11 粘聚力c隨深度變化圖

圖12 摩擦角φ隨深度變化圖

計算各項物性指標(biāo)與深度的相關(guān)系數(shù)，具體如下：

表2 各項物性指標(biāo)與深度的相關(guān)系數(shù)表

通過物性指標(biāo)隨深度變化圖及表2，可以看出隨著深度的增加，含水量、飽和度、液限、塑限、濕陷起始壓力逐漸增大；壓縮系數(shù)、濕陷系數(shù)逐漸減?。惶烊幻芏?、干密度和孔隙比、粘聚力、摩擦角的變化不太明顯。

含水量、飽和度、濕陷系數(shù)、自重濕陷系數(shù)以及濕陷起始壓力與深度的相關(guān)系數(shù)較大，隨深度呈線性變化較明顯，屬于相關(guān)型；粘聚力屬于非相關(guān)型；其他指標(biāo)介于相關(guān)型和非相關(guān)型之間。

相關(guān)型的指標(biāo)隨深度統(tǒng)計是非均勻的，在工程應(yīng)用時應(yīng)分層統(tǒng)計；天然密度、孔隙比、粘聚力和摩擦角與深度的相關(guān)性較弱，可近似看成是均勻的；液限、塑限和壓縮系數(shù)雖然與深度相關(guān)性不強(qiáng)，但有一定的相關(guān)性，還是應(yīng)該分層統(tǒng)計，以免造成誤差過大。

3 結(jié)語

濕陷性黃土各項物理力學(xué)指標(biāo)隨深度的變化的空間特性是不同的，與深度的相關(guān)性也有差異。因此進(jìn)行土性參數(shù)統(tǒng)計時各項物理力學(xué)指標(biāo)要分層統(tǒng)計，區(qū)別對待。

[1]吳長富，朱向榮.基于現(xiàn)行規(guī)范巖土參數(shù)的統(tǒng)計方法分析及應(yīng)用[J].工程勘察，2004，（3）：5－7.

[2]張征，劉淑春.巖土參數(shù)空間變異性分析原理與最優(yōu)估計模型[J].巖土工程學(xué)報，1996，（4）：40－47.