公路地基土試驗統(tǒng)計分析

崔 健

(西南交通大學土木工程學院，四川成都 611756)

0 引言

地基作為路堤結(jié)構(gòu)的承載體，其性質(zhì)好壞直接影響路堤的穩(wěn)定和沉降特性，因此，在對路堤結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時，我們必須首先對地基土進行勘探試驗，了解掌握其性質(zhì)，同樣，對路堤結(jié)構(gòu)進行可靠性分析和設(shè)計，也必須首先了解掌握地基土性的概率特征。而地基可靠度設(shè)計與計算，首先遇到的問題，便是土的物理性指標和抗剪強度等指標的統(tǒng)計方法，所以物理指標、變形指標和抗剪強度等指標的統(tǒng)計與分析，是地基可靠度的基礎(chǔ)。

1 統(tǒng)計分析的原則

地基是自然歷史的產(chǎn)物，其物理性指標、變形指標和抗剪強度等指標的統(tǒng)計分析有時是很復雜、很困難的。這是因為地基土有很多不確定因素存在。這些不確定因素主要有:

1)地基是一種天然形成的材料，其性質(zhì)具有明顯的區(qū)域性特點，即使是同類土，也會因為其沉積年代、沉積方式和過程以及歷史上受過的應(yīng)力作用而存在差別，其結(jié)構(gòu)成分、形成條件、顆粒組成等都相當復雜，這與人工構(gòu)造的材料如混凝土、鋼材等顯著不同。

2)地基情況復雜，即使有一定的成層規(guī)律性，但土層有厚薄變化，有尖滅，有局部夾層和大小不一的透鏡體。每層土的性質(zhì)又因生成不同而千變?nèi)f化。

3)地基土是空間分布的，其尺寸很大，各項指標大多具有相關(guān)性，這給指標的統(tǒng)計分析帶來了較大困難。

4)地基土的各種指標不僅隨土性而變，而且隨受力條件變化，同時取樣、試驗過程中對土的擾動，以及試驗設(shè)備條件、試驗方法、操作技術(shù)水平、指標取值等，對試驗所得指標也有很大影響。取樣的代表性更是影響指標的重要因素。因而確定一個反映實際的指標，尤其是力學性能指標，難度很大。

由于這些不確定因素的存在，地基土各項指標的變異性，一般要比人工材料的變異性大得多，這是顯而易見的。因此，我們不能人為改變其性質(zhì)，只能根據(jù)其具體情況加以分析，獲得較能正確反映其性質(zhì)的參數(shù)。地基土性的這種區(qū)域特點決定了參數(shù)的統(tǒng)計分析必須針對具體的段落展開。

由于各類地基土形成的情況不同，反映其性質(zhì)的各指標也具有不同的側(cè)重面，有的土類或有的指標與深度可能具有較為密切的關(guān)系，在統(tǒng)計分析中，必須考慮這一性質(zhì)，否則得到的結(jié)果將嚴重偏離實際情況。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 物理指標、變形指標和抗剪強度指標的均值和變異系數(shù)統(tǒng)計分析

從幾條公路的地基土看，多為低液限粉土和低液限粘土，當不考慮沉積的年代和軟硬狀態(tài)時，可得到兩種土類的物理指標、變形指標和抗剪強度指標的均值和變異系數(shù)，變化范圍分別如表1～表4所示。

表1 低液限粉土物理指標均值和變異系數(shù)變化范圍

表2 低液限粘土物理指標均值和變異系數(shù)變化范圍

從表中結(jié)果可以看出如下規(guī)律:

1)雖為同類土名，但由于沉積年代、軟硬程度不同，各指標的均值和變異系數(shù)均有較大變化，說明地基土具有較強的場地特性，對某一工程必須針對具體所處的場地展開分析。

表3 低液限粉土變性指標和抗剪強度指標均值、變異系數(shù)變化范圍

表4 低液限粘土變性指標和抗剪強度指標均值、變異系數(shù)變化范圍

2)物理指標的變異性普遍小于變形和強度的變異性。在物理指標中，尤以比重、容重的變異性較小。變性指標和抗剪強度指標的變異性在同一水平上。

3)低液限粉土的含水量、飽和度、壓縮系數(shù)、內(nèi)聚力均值普遍小于低液限粘土，但是其內(nèi)摩擦阻角均值卻普遍大于低液限粘土。

2.2 物理指標、變形指標和抗剪強度指標的概型分析

地基土各參數(shù)各種分布的百分比例見表5。

表5 地基土各參數(shù)各種分布的百分比例

表5列出了各指標概型檢驗情況，從中可以看出，除比重G較符合韋泊分布、孔隙比較符合極值Ⅰ型分布、壓縮系數(shù)較符合韋泊分布外，其余各指標均較符合正態(tài)分布。在檢驗中發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)指標不拒絕接受正態(tài)分布，為計算方便，在巖土工程的可靠性計算中，國內(nèi)外對土性參數(shù)大都采用了正態(tài)分布假設(shè)。結(jié)合試驗結(jié)果以及國內(nèi)外情況，認為對山西省的地基土性參數(shù)可采用正態(tài)分布概型。