[发明专利]一种多层土静力触探参数的非平稳随机场实现方法

说明书

本发明提供了一种多层土静力触探参数的非平稳随机场实现方法，属于土体参数随机场分析技术领域。该方法包括获取静力触探测试的静力触探数据及其分层信息、提取多层土静力触探参数的概率分布模型、划分随机场域为子随机场域并计算广义刚度矩阵和广义质量矩阵、计算Karhunen‑Loève展开法中非平稳随机场的特征值和特征函数，实现多层土静力触探参数的非平稳随机场。该方法不仅能够模拟静力触探参数沿深度方向上均值、标准差和自相关函数的非平稳性，且能够以较少的随机变量来模拟非平稳随机场，从而为考虑土体的不确定性提供便利，有利于后续基于静力触探参数的岩土结构的可靠度分析。

技术领域

本发明涉及土体参数随机场分析技术领域，具体是一种多层土静力触探参数的非平稳随机场实现方法。

背景技术

由于土体形成过程中的复杂的地质作用、环境作用以及物理化学作用，土体具有显著的空间变异性。大量现场调查表明，土体的空间变异性对岩土结构安全性有重要影响，如基础沉降、边坡稳定性和隧道开挖等。土体的空间变异性可分为不同土体类型间的层间变异性和相似土体类型内的层内变异性。为合理地表征土体的空间变异性，通常需要执行大量的原位测试或室内实验，这意味着需要花费大量的人力和物力来获取有效数据。幸运的是，原位测试中的静力触探测试能够以较低的成本提供沿深度方向上的连续的静力触探数据，这些数据不仅可应用于估计土体的不排水抗剪强度和内摩擦角等重要的土体参数，而且为合理地表征土体的空间变异性提供数据丰富的基础。在过去，基于静力触探数据的静力触探参数通常建模为沿深度方向的一维平稳随机场，这意味着静力触探参数的均值和标准差不随深度的变化而变化，且任意两个深度处的静力触探参数之间的相关性仅与深度的相对位置有关。

例如：文献1《闫澍旺，贾晓黎，郭怀志，邓卫东，土性剖面随机场模型的平稳性和各态历经性验证，岩土工程学报，1995，17(3)，1-9》中对静力触探数据进行了分析，发现同一类型土体中的静力触探参数具有平稳性和各态历经性。文献2《杨勇，范文，张海峰，任义坤，姜桂春，西安黄土土性参数随机场模型的适用性探讨，工程地质学报，2013，21(3)，358-360》中证明了平稳随机场模型可适用于描述西安黄土的静力触探参数。

然而，由于岩土结构所处场地往往有多种类型土体的存在，现场测试所得的静力触探参数展现出不可忽视的非平稳性，即静力触探参数的均值、标准差以及相关性均随深度发生变化。例如，文献3《Cafaro F.，Cherubini C.， Large sample spacing inevaluation of vertical strength variability of clayey soil， Journal ofGeotechnical and Geoenvironmental Engineering，2002，128(7)，558-568(Cafaro F.，Cherubini C.，大样本间距在黏性土的垂直强度变异性中的估计，岩土工程和地质环境工程杂志，2002，128(7)，558-568)》中来自于意大利南部的塔兰托的钻孔数据展示出地下20米深度内存在两种类型的土体，上层土为黄色黏土，下层土为灰色黏土，两层土在氧化程度、力学行为和变异性上所有不同，这导致两层土体中的静力触探数据的均值、标准差以及自相关函数显著不同。