CN108801872A - 一种岩土材料渗流系数相关偏度确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种岩土材料渗流系数相关偏度确定方法，包括步骤：1)岩土层原状土现场取样；2)获取不同层位岩土材料渗流系数；3)统计测试渗流系数数字特征；4)分析局部平均渗流系数数字特征；5)计算局部平均条件下的方差折减系数Г2(L)；6)绘制(1+L2)/Г2(L)‑L3关系曲线图；7)确定岩土材料渗流系数相关偏度。通过获得渗流系数相关偏度的定量值，实现不同复杂地质条件下形成的岩土层渗流系数随机性评价，为岩土结构随机渗流场的计算提供有效依据。该方法实施简单，操作方便，计算准确，实用性强，可广泛应用于不同岩土地层渗流系数随机性评价分析中。
Description
技术领域
本发明涉及一种渗流系数相关偏度确定方法，尤其是一种适用于岩土材料垂直方向渗流系数相关偏度确定方法。
背景技术
岩土体各点参数是确定的(不考虑时间效应)，然而人们无法确切知道参数在每点的数值，只能通过有限样本点去估计未知点。同时，岩土体往往是成层沉积而成，成层状分布。由于在沉积过程中扁平颗粒的取向关系，使得土体在水平面方向和竖直方向的性质存在较大的差异。如何依据已有的岩土资料及工程情况对岩土工程可靠性做出合理的评价是当前工程设计及可靠性评价中遇到的难题，解决该问题的关键在于岩土参数空间变异性的合理评价。Vanmarcke提出的土性参数随机场模型，其实质是用齐次正态随机场模拟土性剖面参数，用自相关函数刻画岩土材料的自相关性，确立了由试验数据求得的点特性过渡到空间平均特性的方差计算方法，能够有效反应空间变异性及相关性特征，建立在该模型上的随机有限元法正成为岩土工程可靠性分析强有力的工具。
然而，在渗流条件下，要想准确描述岩土材料渗流系数的空间变异性，其问题之一是如何确定岩土材料垂直方向渗流系数相关偏度。目前，可准确确定岩土材料渗流系数相关偏度的方法尚不多见，特别是可供一般工程人员确定岩土材料垂直方向渗流系数相关偏度的简便实用方法鲜见报道，因此，亟需一种可以有效确定岩土材料渗流系数相关偏度的分析方法，进而为岩土工程随机渗流场的计算提供有效依据。
发明内容
技术问题：本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种计算可靠、精度较高、有利于工程设计人员使用的岩土材料渗流系数相关偏度确定方法，以解决现有岩土材料渗流系数相关偏度无法有效确定的问题。
技术方案：为实现上述目的，本发明的岩土材料渗流系数相关偏度确定方法，包括以下步骤：
步骤1：岩土层原状土现场取样
采用钻孔法在岩土层垂直深度范围内进行间隔距离Δr的多个原状岩土现场取样；
步骤2：获取不同层位岩土材料渗流系数
将不同层位获得的多组原状岩土分别进行变水头渗透试验，根据公式(1)确定试验原状岩土的渗流系数：
式中：a为玻璃管断面积，l为试样长度，A为试样断面积,Δh1为起始水头差,Δh2为终了水头差，t为渗透时间。
步骤3：统计测试渗流系数数字特征
依据数理统计方法，对试验获取的渗流系数测试值进行样本点统计分析，获取点均值μ及点方差σ2；
步骤4：分析局部平均渗流系数数字特征
沿取样深度范围内选定多个取值间距L，在每个间距L内取样点测试值均值构成一组数据，依据数理统计方法，求出该组数据的局部平均均值μ(L)及局部平均方差D2(L)；
步骤5：计算局部平均条件下的方差折减系数Г2(L)
根据公式(2)确定与不同取值间距L相对应的渗流系数方差折减系数Г2(L)；
式中：L为局部平均范围，D2(L)为局部平均方差，σ2为测试值点方差。
步骤6：绘制(1+L2)/Г2(L)-L3关系曲线图；
以(1+L2)/Г2(L)为横坐标，L3为纵坐标，将渗流系数离散点绘制在该坐标系中；
步骤7：确定岩土材料渗流系数相关偏度；
以一条直线拟合(1+L2)/Г2(L)-L3坐标系中的离散点，直线的斜率即为该场地竖直方向渗流系数相关偏度。
所述的步骤1中，岩土层垂直深度范围为5～15m，间隔距离Δr为0.8～1.2m。
所述的步骤4中，选定取值间距L为实际取样间距的整数倍，即L＝nΔr。
所述的步骤4中，每一组数据由相同取值间距L对应的均值组成。
有益效果：由于采用上述技术方案，本发明计算可靠、精度较高、有利于工程设计人员使用的岩土材料渗流系数相关偏度确定方法，解决了现有岩土材料渗流系数相关偏度无法有效确定的问题。本发明与现有技术相比具有如下优点：
1.本发明通过简单的现场取样、渗透试验、统计分析及直线拟合即可有效确定岩土材料渗流系数相关偏度，整个步骤清晰，物理意义明确，操作方便，实用性强，得到的渗流系数相关偏度可直接应用于岩土结构随机渗流场的计算；
2.本发明的渗流系数相关偏度确定方法不仅仅局限于渗流系数，对于具有空间变异性及相关性特征的其他水力学参数(如扩散系数、比水容)随机场分析同样适用，通用性强。
附图说明
图1为本发明的渗流系数相关偏度确定方法的流程图。
图2为本发明具体实施例的直线拟合图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的描述：
本发明的岩土材料渗流系数相关偏度确定方法包括以下步骤：
步骤1：岩土层原状土现场取样
采用钻孔法在5～15m岩土层垂直深度范围内进行间隔Δr＝0.8～1.2m的多个原状岩土现场取样；
步骤2：获取不同层位岩土材料渗流系数
将不同层位获得的多个原状岩土分别进行变水头渗透试验，根据公式(1)确定试验原状岩土各自的渗流系数：
式中：a为玻璃管断面积，l为试样长度，A为试样断面积,Δh1为起始水头差,Δh2为终了水头差，t为渗透时间；
步骤3：统计测试渗流系数数字特征
依据数理统计方法，对试验获取的原状岩土渗流系数测试值进行样本点统计分析，获渗流系数的点均值μ及点方差σ2；
步骤4：分析局部平均渗流系数数字特征
沿取样深度范围内选定多个取值间距L，在每个间距L内取样点测试值均值构成一组数据，依据数理统计方法，求出该组数据的局部平均均值μ(L)及局部平均方差D2(L)；选定取值间距L为实际取样间距的整数倍，即L＝nΔr；每一组数据由相同取值间距L对应的均值组成；
步骤5：计算局部平均条件下的方差折减系数Г2(L)
根据公式(2)确定与不同取值间距L相对应的渗流系数方差折减系数Г2(L)；
式中：L为局部平均范围，D2(L)为局部平均方差，σ2为测试值点方差；
步骤6：绘制(1+L2)/Г2(L)-L3关系曲线图；
以(1+L2)/Г2(L)为横坐标，L3为纵坐标，将渗流系数离散点绘制在该坐标系中；
步骤7：确定岩土材料渗流系数相关偏度
以一条直线拟合(1+L2)/Г2(L)-L3坐标系中的离散点，直线的斜率即为该场地竖直方向渗流系数相关偏度。
具体的：
某岩土层原状土的10组渗流系数离散点绘制在(1+L2)/Г2(L)-L3坐标系中，结果如图2所示，渗流系数的拟合直线斜率为1.46，由此可确定该岩土材料竖直方向渗流系数相关偏度为1.46m。
Claims (4)
1.一种岩土材料渗流系数相关偏度确定方法，其特征是：包括以下步骤：
步骤1：岩土层原状土现场取样
采用钻孔法在岩土层垂直深度范围内进行间隔距离Δr的多个原状岩土现场取样；
步骤2：获取不同层位岩土材料渗流系数
将不同层位获得的多组原状岩土分别进行变水头渗透试验，根据公式(1)确定试验原状岩土的渗流系数：
式中：a为玻璃管断面积，l为试样长度，A为试样断面积,Δh1为起始水头差,Δh2为终了水头差，t为渗透时间；
步骤3：统计测试渗流系数数字特征
依据数理统计方法，对试验获取的渗流系数测试值进行样本点统计分析，获取点均值μ及点方差σ2；
步骤4：分析局部平均渗流系数数字特征
沿取样深度范围内选定多个取值间距L，在每个间距L内取样点测试值均值构成一组数据，依据数理统计方法，求出该组数据的局部平均均值μ(L)及局部平均方差D2(L)；
步骤5：计算局部平均条件下的方差折减系数Г2(L)
根据公式(2)确定与不同取值间距L相对应的渗流系数方差折减系数Г2(L)；
式中：L为局部平均范围，D2(L)为局部平均方差，σ2为测试值点方差；。
步骤6：绘制(1+L2)/Г2(L)-L3关系曲线图
以(1+L2)/Г2(L)为横坐标，L3为纵坐标，将渗流系数离散点绘制在该坐标系中；
步骤7：确定岩土材料渗流系数相关偏度
以一条直线拟合(1+L2)/Г2(L)-L3坐标系中的离散点，直线的斜率即为该场地岩土竖直方向渗流系数相关偏度。
2.根据权利要求1所述的一种岩土材料渗流系数相关偏度确定方法，其特征在于：所述的步骤1中，岩土层垂直深度范围为5～15m，间隔距离Δr为0.8～1.2m。
3.根据权利要求1所述的一种岩土材料渗流系数相关偏度确定方法，其特征在于：所述的步骤4中，选定取值间距L为实际取样间距的整数倍，即L＝nΔr。
4.根据权利要求1所述的一种岩土材料渗流系数相关偏度确定方法，其特征在于：所述的步骤4中，每一组数据由相同取值间距L对应的均值组成。
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