[发明专利]一种岩基抗剪强度统计参数计算方法

说明书

本发明基于概率数理统计理论，推导提出了由试块抗剪试验数据(σ₁,τ₁)，(σ₂,τ₂)，…，(σ_n,τ_n)直接计算f′、c′统计参数的新公式，并通过随机模拟方法的测评，从理论和数值上论证了本文新计算公式的正确性。本发明克服了传统分组法不能反映各组内试块抗剪强度的离散性和分组样本数少等缺点，扩增了统计样本数，使得计算结果更具有参考性和实用性。

技术领域

本发明属于岩基强度技术领域，具体涉及一种岩基抗剪强度的统计参数计算方法。

背景技术

岩基抗剪强度参数是岩基水电工程建筑物进行抗滑稳定审核的重要设计指标。研究确定岩基抗剪强度参数的均值、变异系数与概率分布等概率特性对工程抗剪强度参数设计值的合理取定、结构安全可靠度分析甚至是将来进一步可以推进的工程风险分析以及设计规范修编都是至关重要的，是一项基础性研究工作。

长期以来，人们对岩基材料的抗剪强度参数的确定进行了大量的研究工作。迄今，现场原位抗剪试验因其较室内中小型直剪试验能反映更多的岩体结构特征，剪切断面较大,试验结果可靠性较高，仍然是工程确定岩基材料抗剪强度参数的主要方法。由于岩基材料为天然材料，试块抗剪试验结果存在较大的离散性，由抗剪试验结果确定抗剪强度参数的概率分布及均值、变异系数等概率特性的方法归纳主要有：

(1)传统分组法：该法是工程设计人员、众多研究者采用的主要方法。

由于材料强度试验的不可逆性，岩基任一部位试块的抗剪断试验只能作一次，所得结果只有试块剪切面上的一对正应力与剪应力。而根据莫尔—库伦准则，试块抗剪强度参数有摩擦系数与凝聚力两个，对岩基一个部位的摩擦系数与凝聚力的确定，如果按现有的方法理解去套做的话，理论上需对该部位试块作两次以上的强度试验，但这在实际上又是不可能的。为了确定摩擦系数与凝聚力两个抗剪强度参数，在目前水电工程中，常见的做法亦即传统分组法是将不同抗剪试块试验数据分为若干组(每一组不少于5个试块)，按莫尔—库伦准则回归得到各组的摩擦系数与凝聚力值，然后再把不同组的摩擦系数与凝聚力结果按常规统计方法分析摩擦系数与凝聚力的概率分布与均值和方差等统计参数。这种分组法存在若干问题或不足：一是因为分组摩擦系数与凝聚力值是由各组试块抗剪强度的平均值求得的，传统分组法(计算得到的摩擦系数与凝聚力值方差)不能反映或者说抹去了各组内试块抗剪强度的离散性。二设想当各分组内的试块数逐渐增多时，由于各试块来自同一地质单元，亦即可认为来自同一概率母体，根据概率论，各组试验所得的抗剪强度平均值一定趋于相同，也就是各分组摩擦系数与凝聚力值从理论上是趋于相同的，没有离散性。如此再由它们来确定摩擦系数与凝聚力的概率分布与均值和方差等统计参数，从理论来上讲显然是不合适的。传统分组法存在的第三个问题是，在水利水电工程中，因混凝土/岩体、岩体软弱和硬性结构面及岩体本身的现场原位抗剪断试验成本高，试验条件困难，一个工程中做的试验数据往往相当少(中、小工程一般不做上述试验)，再加上分组法一组的试块数要求不少于4块，工程可得到的分组摩擦系数与凝聚力的样本数是少上加少(一般为2～5组)，样本数往往难于满足统计计算精度要求。

(2)试块法：由试块抗剪试验数据——剪切面正应力和剪应力直接计算摩擦系数与凝聚力的均值、方差等统计参数的方法。因一个试块就是一个样本，相对于传统分组法，该法的最大优点是扩增了抗剪强度参数统计分析的样本数。