西安黄土土性参数随机场模型的适用性探讨

能否用齐次正态随机场模型来模拟土体性质的空间分布特性,其关键在于土性随机场模型是否具有平稳性和各态历经性。国内大多数研究都是在假定土性随机场模型是平稳随机场的条件下研究应用Vanmarcke 模型的。关于黄土的土性参数的空间特性研究亦是如此,未对其土性剖面随机场的平稳性及各态历经性进行检验。本文以西安市曲江某项目29个钻孔的双桥静力触探(CPT)数据为研究样本,首先讨论了关于原始数据的齐次化处理,即趋势分量的消除方法。然后对该场地黄土土性剖面随机场的平稳性及各态历经性进行了检验,检验结果表明:西安黄土梁洼地貌上的Q3黄土层、Q3古土壤层和Q2黄土层其土性随机场模型具平稳性和各态历经性。故Vanmarcke 随机场模型适用于模拟西安黄土土性剖面。     

天津港地区土层剖面随机场特征参数的估计

天然地基或人工地基在形成过程中,不同位置的土由于成因相似,其物理力学特性指标具有空间自相关性,这种空间自相关性可以用随机场理论进行研究。为估计天津港地区土体物理力学性质的空间随机场特性,采用了现场钻孔取样、静力触探等方法获取了大量的描述土体物理力学性质的参数。由于静力触探试验能够连续取样以获得足够多的数据来进行随机场分析,文章主要应用静探数据检验了该地区土性指标的平稳性和各态历经性,指出应用Vanmarcke的随机场模型对土性指标进行分析具有可行性。本文的创新点在于探讨了天津港地区随机场模型的建立方法并应用改进的完全不相关距离方法估计了天津港地区典型土层剖面的随机场特征参数。为随机场理论应用于天津港地区岩土工程可靠度分析打下了坚实的基础。相同的方法可用于其他地区土层随机场特征参数的估计。     

基于孔压静力触探力学分层的土体边界识别方法研究

对于岩土工程设计来说,准确识别均质土层的边界是极其重要的。孔压静力触探(CPTU)测试数据常用于土分类、土层边界识别和岩土工程参数评价等方面。基于CPTU测试数据,利用统计分析方法进行力学分层,可以有效地识别均质土层边界。采用组内相关系数法和修正的Bartlett检验,对CPTU测试数据进行统计分析,生成相应的组内相关系数指标RI和Bartlett统计量。结合R_I和修正的Bartlett统计量临界值,检验土体的均质性,确定均质土层的边界,从而进行力学分层。利用3个场地的CPTU数据进行力学分层,并将其结果与土性分层结果进行对比。结果表明,力学分层结果不仅能分辨出全部主要的土性分层界面,而且还显示更多潜在的次级力学分层界面。     

群桩基础竖向承载力的可靠性分析

由CPT和静载试验结果综合确定钻孔灌注桩竖向极限承载力,以沿深度方向的一维平稳高斯随机场作为桩基土层土性参数的数学模型,利用相关函数法和变异函数法计算土层的相关范围,进而对相同场地各试桩的承载力进行折算后检验其概率分布,并估计有关统计参数;考虑群桩效应,由桩基沉降反算其作用效应,计算单桩及群桩的可靠度指标。并与未采用随机场模型的计算结果相比较,对竖向荷载下桩基可靠性进行了较系统的研究。     

天津港土性相关距离的计算研究和统计分析

相关距离是随机场理论应用于实际工程可靠度分析的一个重要参数。根据随机场理论,对土性参数相关距离的计算方法进行了研究和改进,提出求解相关距离的波动函数法和加权拟合相关函数法,使相关距离的计算更加简便易行,且精度有所提高。结合大量工程地质勘察资料,对天津港地区典型土层的垂直向相关距离及水平向相关距离进行了计算和统计,获得相关距离的地区性代表值,可作为此地区实际工程的参考。同时,对取样间距及土性指标对相关距离的影响进行了分析,提出了当取样间距变化时相关距离的确定原则,并指出相关距离是反映土的空间固有变异性的基本属性,由不同土性指标求得的相关距离值基本相同。     

西安黄土土性相关距离的统计分布特性研究

土性指标概率模型参数的确定是进行岩土工程可靠度分析和设计的基础。为了更好地推行岩土工程可靠度设计,应该首先建立地区土性参数的概率模型。作为反映土性指标自相关特性的相关距离,研究其区域分布特性,建立其概率分布模型是必要的。本文收集了西安黄土的176个钻孔CPT数据,利用其端阻值qc作为样本,采用递推空间法计算了各层西安黄土的相关距离。研究了计算结果的统计特性,并对其均值进行了单侧置信区间估计,提出了各层西安黄土相关距离的代表值。建立了西安各层黄土相关距离的概率模型,对模型参数进行了估计,采用皮尔逊-卡方检验法对模型进行了拟合优度检验,检验结果认为其符合Beta分布。     

西安黄土土性相关距离的统计分布特性研究

土性指标概率模型参数的确定是进行岩土工程可靠度分析和设计的基础。为了更好地推行岩土工程可靠度设计,应该首先建立地区土性参数的概率模型。作为反映土性指标自相关特性的相关距离,研究其区域分布特性,建立其概率分布模型是必要的。本文收集了西安黄土的176个钻孔CPT数据,利用其端阻值q c作为样本,采用递推空间法计算了各层西安黄土的相关距离。研究了计算结果的统计特性,并对其均值进行了单侧置信区间估计,提出了各层西安黄土相关距离的代表值。建立了西安各层黄土相关距离的概率模型,对模型参数进行了估计,采用皮尔逊-卡方检验法对模型进行了拟合优度检验,检验结果认为其符合Beta分布。     

苏中腹地湖相软土土性参数变异性统计描述

基于江苏中部某高速公路工程地质勘察所提供的大量室内试验测试数据,运用随机场理论,将土层剖面模拟为随机场而非传统意义上的随机变量,提出了基于随机场理论、考虑空间趋势分量的土性参数变异性统计方法,系统地统计分析了苏中腹地湖相软土土性参数的变异特性,对比了实验室物理性质指标参数、变形参数和强度参数变异性特征。统计结果表明,该地区软土实验室物理性质指标参数变异性较小,不存在明显的趋势分量,可用传统方法进行统计估计;实验室变形和强度参数存在明显的趋势分量,统计前需对数据进行回归分析和去趋势化处理,从而基于随机场理论进行统计分析。研究不仅提供了土性参数变异性统计的新方法,而且能对苏中地区工程建设提供必要的参考,为区域性软土土性参数随机场模型的建立打下了坚实的基础。     

苏中腹地湖相沉积土层相关距离的统计分析

相关距离是用随机场理论建模土层剖面的一个非常重要的参数,也是利用随机场理论进行岩土工程可靠性分析的关键所在。基于苏中地区某建筑工程原位静力触探测试数据中的锥尖阻力指标,针对粉质黏土层,利用不同取样间距对相关距离进行了统计计算,分析了取样间距对相关距离计算结果的影响及原因,提出了实际应用中基于尺度匹配原则的取样间距确定方法;随后,基于江苏中部某高速公路工程地质勘察所提供的大量原位静力触探测试数据,结合相关距离计算的平均零跨距法、递推空间法和相关函数法,对该区湖相沉积土层土性参数的竖直向和水平向相关距离进行了系统地统计分析。研究成果不仅提供了土性参数相关距离计算过程中取样间距的确定原则,而且获得了相关距离的区域性代表值,为区域性土性参数随机场模型的建立打下坚实的基础,能对苏中地区岩土工程可靠性分析提供参考。     

浅基础沉降可靠性的Neumann随机有限元分析

将随机土性分布参数模拟为随机场，用矩形和任意四边形局部平均随机场单元来离散随机场，对随机场离散技术和自协方差矩阵的组集方法进行了研究，提出了多维相关正态分布随机数的计算机模拟方法，同摄动随机有限元和直接Monte-Carlo随机有限元相比，Neumann随机有限元具有较好的计算精度和计算效率，研制了Neumann随机有限元的程度，考虑荷载变异性和土性分布参数的变异性，用Neumann随机有限元法进行地基沉降和非均沉降的概率分析。     

Von Karman 型自相关函数模拟随机介质

利用Von Karman型自相关函数建立了随机介质模型,对自相关长度、谱指数两个参量分别讨论了模型的特征,分析了不同扰动标准差下模型 中速度的分布和变化情况。结果显示：改变自相关长度及横纵向谱指数,都可以产生横向和纵向上非均匀体尺度改变的随机介质模型;扰动标准差 不同,得到的随机扰动的范围就不同,从而引起模型中速度围绕背景速度上下波动。从模拟结果图显示,随机介质模型能灵活地描述实际介质。     

随机介质模型的模拟与混合型随机介质

讨论了随机介质模型的基本概念及指数型和高斯型椭圆自相关函数所描述的随机介质模型的特点, 并提出了混合型随机介质模型的概念, 该随机介质模型能更加灵活、准确地描述实际介质.通过选择在水平方向和垂直方向上的自相关长度a、b以及粗糙度r, 可以产生出各种不同形式的混合型随机介质模型.模拟结果显示, 混合型随机介质模型能更加灵活地描述实际介质, 具有适应性强, 使用方便、灵活, 能有效地模拟油气藏细节的优点.      

Tests of Significance for Structural Correlations in the Linear Model of Coregionalization

In the linear model of coregionalization (LMC), when applicable to the experimental direct variograms and the experimental cross variogram computed for two random functions, the variability of and relationships between the random functions are modeled with the same basis functions. In particular, structural correlations can be defined from entries of sill matrices (coregionalization matrices) under second-order stationarity. In this article, modified t-tests are proposed for assessing the statistical significance of estimated structural correlations. Their specific aspects and fundamental differences, compared with an existing modified t-test for global correlation analysis with spatial data, are discussed via estimated effective sample sizes, in relation to the superimposition of random structural components, the range of autocorrelation, the presence of correlation at another structure, and the sampling scheme. Accordingly, simulation results are presented for one structure versus two structures (one without and the other with autocorrelation). The performance of tests is shown to be related to the uncertainty associated with the estimation of variogram model parameters (range, sill matrix entries), because these are involved in the test statistic and the degrees of freedom of the associated t-distribution through the estimated effective sample size. Under the second-order stationarity and LMC assumptions, the proposed tests are generally valid.     

Use of indicator variograms for an enhanced spatial analysis

Flat variograms often are interpreted as representing a lack of spatial autocorrelation. Recent research in earthquake engineering shows that nearby field noise can substantially mask a prominent spatial autocorrelation and result in what appears to be a purely random spatial process. A careful selection of threshold in assigning an indicator function can yield an indicator variogram which reveals underlying spatial autocorrelation. Although this application involves use of seismic data, the results are relevant to geostatistical applications in general.     

基于微结构模拟的土体自相关距离分析

土体具有显著的空间变异性,描述土体空间变异性的重要指标是自相关距离。提出基于土体微结构模拟的方法来求解土体的自相关距离。在生成土体的微结构数值模型时,对四参数随机生长法（QSGS法）进行改进,考虑土体的粒径分布信息,使得生成的土体微结构更加合理。改进的四参数随机生长法（MQSGS法）所需的输入参数可以结合土体的扫描电镜试验及粒径分析试验获取。基于生成的土体微结构数值模型,即可计算土体的2点自相关函数,再通过曲线拟合即可求解土体的自相关距离。研究表明：与QSGS法相比,采用MQSGS法生成的土体微结构更加符合自然界的真实土体;基于MQSGS法生成的微结构数值模型计算得到的土体自相关距离略小于QSGS法得出的自相关距离。     

表层土渗透系数空间变异与随机模拟研究

在汉江遥堤典型堤段对堤后200 m?100 m范围内表层土取样进行渗透性试验,基于试验结果分析了土体渗透系数的随机性和结构性的空间变异特征,结果表明细砂渗透系数在水平方向具有各向同性,空间结构可用指数模型描述。采用转向带法进行渗透系数随机场模拟,从基本统计量、空间结构等方面进行的分析表明,转向带法模拟结果保持了原随机场的统计特性,具有较好的收敛性。     

Stochastic analysis of beams on reinforced earth beds

The present study comprises Monte-Carlo simulation assisted analysis of foundations resting on reinforced earth beds using the concept of beams on an elastic foundation, treating the modulus of subgrade reaction (MSR) as a stationary stochastic field characterised by mean, variance, autocorrelation function (ACF) and the autocorrelation distance (ACD). Realisations of the MSR, generated by solving a stochastic differential equation, are fed to a deterministic distributed parameter model to generate realisations of two dependent stochastic fields, namely deflection and bending moment in the foundation beam, and two random variables, namely the location of occurrence of maximum deflection and the bending moment. Subsequently these realisations are analysed to evolve probability distribution functions, variance and ACF of the dependent stochastic fields and the random variables. It is revealed that the ACF of these fields is independent of the ACF of the MSR. Further, variance of deflection is found to increase as the ACD of the MSR increases, implying requirement of a larger factor of safety when random soils display low frequency (macro level) variations. On the other hand, variance of the bending moment is larger at smaller ACDs of the MSR, indicating that for bending moments a larger factor of safety is required when the random soils display high frequency (micro level) variations.     

Response of Euler–Bernoulli beam on spatially random elastic soil

A new method is developed for analysis of flexible foundations (beams) on spatially random elastic soil. The elastic soil underneath the beams is treated as a continuum, characterized by spatially random Young’s modulus and constant Poisson’s ratio. The randomness of the soil Young’s modulus is modeled using a two-dimensional non-Gaussian, homogeneous random field. The beam geometry and Young’s modulus are assumed to be deterministic. The total potential energy of the beam-soil system is minimized, and the governing differential equations and boundary conditions describing the equilibrium configuration of the system are obtained using the variational principles of mechanics. The differential equations are solved using the finite element and finite difference methods to obtain the beam and soil displacements. Four different beam lengths, representing moderately short, moderately long and long beams are analyzed for beam deflection, differential settlement, bending moment and beam shear force. The statistics of the beam responses are investigated using Monte Carlo simulations for different beam-soil modulus ratios and for different variances and scales of fluctuations of the soil Young’s modulus. Suggestions regarding the use of the analysis in design are made. A novelty in the analysis is that the two-dimensional random heterogeneity of soil is taken into account without the use of traditional two-dimensional numerical methods, which makes the new approach computationally efficient.     

一个基于空间自相关性的土工参数推测公式

根据土的空间自相关性,提出一个表达简单且具有一定应用价值的土工参数推测公式,实测资料证明,该公式有比较高的推测精度。