基于岩土空间变异性的勘察与土工参数可靠性定量研究

摘 要：岩土工程的质量和岩土空间变异性勘察效果、土工参数的可靠程度密切相关，提高勘察技术和研究技术是当务之急。本文主要结合实例论述了岩土空间变异性勘察策略和土工参数可靠性定量分析方法，以期能够为相关的实践提供些许理论参考。

关键词：岩土空间；变异性勘察；土工参数定量研究

岩土空间变异性的准确勘察以及获取土工参数的可靠性对提高岩土工程质量有着舉足轻重的影响，若勘察工作和参数分析工作没有做到位，不仅会增大岩土工程基础设计的成本支出，也会给岩土工程在投入使用后埋下诸多安全隐患。因此在经济条件允许的情况下，应当提高对岩土空间变异性的勘察力度，也要提高土工参数获得的准确性，这是岩土工程师应当履行的职责，切实增强岩土工程勘察参数的有效性。

1 基于岩土空间变异性勘察与土工参数可靠性定量研究意义

通常情况下，岩土工程师在设计时都会遇到一个问题，也即如何更加准确地获得岩土工程基础部分建设过程中所需要的、精准程度较高的施工现场数据资料，并且要充分确保获得的数据资料具有很强的代表性。但是，实际情况却不尽人意，在大多数条件下，勘察的数据总会由于各种原因而出现一系列的问题，有些是勘察的数据存在些许缺失，有些数据本身比较完整，却不具备充分的代表性，有些数据的获取途径科学性不足，存在一定程度的主观性和片面性，这些原因归根结底是因为对岩土工程参数的空间变异性分析不足所致，故在实际的操作中，需对岩土工程的勘察范围和具体位置的选择作出周密的部署与安排，这样才能达到预期的目的。例如在对垂直钻孔方向的相关数据进行采集时，或者对采样的距离进行合理规划时，不仅要根据工程的需要设定最佳的钻孔间距，同时也要充分考虑岩土勘察工程本身的场地情况，做最为适宜的采样与测试安排，在提高工程安全效益的同时也要注重勘察工程的经济投入。传统的勘察方案总是较少考虑过程的有效性，因此获得的土工参数在科学性和准确性方面都存在着不足，以后的设计方案要着重考虑勘察的有效性，尤其是要注意采取合理的措施，对岩土工程性质的空间变异性以及不稳定性作出比较准确的评价，充分确保数据采集的效率，同时也可以最大限度提高岩土工程设计的可靠性和稳定性，为工程的效益奠定坚实的基础。

现行《岩土工程勘察规范》GB50021-2001对详细勘察采取土试样只作了定性及部分定量的规定，但这是对每个岩土工程勘察项目的最低要求。如规范规定每个场地不少于3个取样孔，每一主要土层不少于6件土试样等。它常常不能满足对复杂多变的岩土性质的评价。在实际工作中，单个取样钻孔中取样的垂直间距也往往简单化，常规定主要持力层为1～2m，其它土层为2～3m，缺乏空间分布的科学性，会出规该取样的部位不取样，而本可少取的部位又重复取样的浪费现象，从而也影响了对整个场地进行岩土评价的准确性。所以在对具一定规模的工程项目勘察纲要编制时，宜进行场地的岩土空间变异性与土工参数可靠性定量研究，以确定最佳的取样方案。

2 基于岩土空间变异性勘察与土工参数可靠性定量研究实践

以某岩土工程为例来说明基于岩土参数的空间变异性的勘察方案的制定策略。该岩土工程施工范围内的土层类型包括粘土层、粉质粘土层、含粘土砂层以及砂土层，厚度分别为14m、20m、9m、12m。在设计勘察方案时，将率先采集的数据进行了归纳，重新设立了新的岩土工程勘察数据库，为工程参数的设计提供科学的依据。

根据相关的实践研究可知，在岩土工程特性设计方面，对其设计参数的准确性影响最大的因素主要包括岩土参数空间变异性、参数统计结果的不确定性以及测量中产生的误差。岩土参数空间变异性是重点研究的因素。在不同的自然环境条件下，同一时期形成的岩土性质会发生变化；从一个特定的位置，转移到另一个特定的位置后，纵然处于同样均匀的土层之中，岩土的性质也会产生显著的变化；这与岩土长期形成的物理性质的改变密切相关，岩土性质发生的变异现象就被称作是岩土空间变异性。位置的不同会导致岩土性质的不同，同理可知在空间位置非常接近的条件下，则岩土工程沿途的性质也会呈现出明显的相似性，随着空间距离的逐渐增大，差异性也就逐渐显现出来。

实际勘察过程中，先是要科学把握岩土参数空间变异性的概率特点，通过大静力触探试验方式，计算出岩土空间变异性的土体参数值，包括平均值、变异的系数，并求出在垂直方向和水平方向上的相关距离大小等，然后综合考虑各种因素，对岩土工程的采样和勘察方案进行合理的分析，选出最佳的垂直间距和水平距离，不断完善勘察的方案，从而最大限度降低工程勘察的可变性因素，提高勘察与分析研究的准确性。

在设定勘察方案时，最关键的研究指标就是相关距离，也是比较实用的指标，借助该指标可以判断取样的具体距离，为保证样本采集过程中的独立性，就要依据相关距离的特点，小于相关距离的取样，会导致样本性质的趋同性，数据的采集工作就显得比较多余，这是因为在距离较近的范围内，土体的性质大概保持一致。所以根据不同的需求来确定采样或者勘察的距离，若是为了获得较为合理的勘察方案，采样的距离要比相关距离稍大，若是为了进一步判断土工特性之间的相互关系，则要求采样的距离小于相关距离，这样可以更加准确地获得土体强烈的相关性。在该岩土工程中，根据计算可得，粘土层的垂直相关距离为0.48m，水平相关距离则为130m；在粉质粘土层中，垂直相关距离为0.44m，水平相关距离则为125m；含粘土砂层中，垂直相关距离为0.32m，水平相关距离则为122m；而在砂土层中，垂直相关距离为0.35m，水平相关距离则为98m。依据勘察的原则，可以将粘土层的勘察间距设定为0.5m，粉质粘土层的采样间距可以设定为0.45m，含粘土砂层和砂土层的间距都为0.35m，在钻孔的过程中，各个土层都要受到钻孔的影响，因此只要选定一个水平间距即可达到勘察工程所需的效果，水平间距可以设定为小于130m。

一般的岩土工程中，包括很多类型的土性参数，有些参数和岩土工程整体结构的稳定性能有着很大的关系，诸如砂土的摩擦角大小、粘土不排水性能和其产生的剪力强度值等，上述的土工参数均可以在实验室中获得，也可以通过原位试验获得，或者是通过相关的公式计算获得。在实际的操作过程中，由于岩土工程中还有着许多尚未确定的影响因素，导致这些参数在实际应用过程中的精准程度很低，因此要对土工参数的可靠性进行定量的分析与研究。当前，在原位测试法应用基础上，形成了对岩土工程参数的进一步调研与分析，这些测试可以为岩土工程项目提供更多的参考数据，且测试的成本比较低，但是这种测试方式和分析方案通常是采用相关的公式，将测量中获得的数据作为岩土工程的设计参数来应用，而土体本身固有的空间变异性以及公式转换过程中的不确定性，使得分析与应用过程也充满着很多的不确定因素。因此在该工程中，可以通过检验不排水剪力强度来判断土工参数，将其不确定性进行量化分析。

3 结 语

综上所述，岩土工程基础设计过程中，影响施工质量的因素包括岩土空间变异性勘察效果和土工参数的可靠性定量分析效果，为了加强岩土工程的施工质量，必须采取相关的措施，增强现场勘察的力度和效率，不断提高土工参数的分析研究精准程度，以便为岩土工程的施工提供切实可靠的数据，为优化资源配置奠定良好的基础，同时也可以有效提高工程建设的整体质量，将经济效益与社会效益有机统一起来。

作者简介：杨定国 （1958-），男，汉族，浙江诸暨人，水文地质与工程地质专业，高级工程师，现任浙江省岩土力学与工程学会理事、浙江土力工程勘测院院长，主要从事岩土工程与地基处理方面的研究工作。