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试验成果整理要求和方法试验成果整理要求和方法 主讲付小敏 成都理工大学成都理工大学 环境与土木工程学院环境与土木工程学院 对各项分散的试验成果进行分析、归对各项分散的试验成果进行分析、归 纳，使他们能更好的反映岩石、岩体的物纳，使他们能更好的反映岩石、岩体的物 理力学性质，揭露其内在规律，提出试验理力学性质，揭露其内在规律，提出试验 最佳值最佳值，为选择计算指标提供依据。，为选择计算指标提供依据。 一、目的和任务一、目的和任务 1、整理内容 根据试验大纲的要求和地质描述资料， 对全部试验资料进行逐项、逐类的检查、核 对、分析试验成果的代表性、规律性和合理 性。发现问题，及时采取弥补或纠正措施， 对于异常的资料数据，应查明原因，予以取 舍，确保各项试验第一性资料准确无误。 二、整理内容、步骤和要求二、整理内容、步骤和要求 2、整理步骤 将试验结果按已划分的工程地质单元进 行分类、归纳，编制单项试验成果表和各 项试验成果汇总表。 3、整理要求 采用适当的成果整理方法，对各项试验 成果进行综合整理，提出各项试验成果的 最佳值。 二、整理内容、步骤和要求二、整理内容、步骤和要求 1、一般特性指标 用于岩石类别的划分，并作为分析力学 性试验成果的辅助和参考资料，室内物理性 试验成果多属此类。 2、工程计算指标 用于工程设计计算的指标，如内摩擦角、 内聚力、变形模量等。 三、试验成果指标的作用三、试验成果指标的作用 通常采用多次测定值的算术平均值作为试验 最佳值； 根据需要，可用数据统计方法计算试验值 的平均值、均方差、偏差系数、绝对误差、精 度指标等统计指标； 观察试验成果的分散程度，算术平均值的 可靠程度，以及比较各种试验指标的统计精度。 四、一般特性指标的整理四、一般特性指标的整理 1、常用统计指标计算公式 1）算术平均值表示总体的平均水平 五、数据分析五、数据分析 X i X N ∑ 式中算术平均值； 指标测定值的总和； 指标测定值总次数； X X i ∑ N 2）均方差（ ）表示测值分散程度，衡量试验值 波动大小，反映绝对波动大小，也称标准差。 式中均方差； 各测定指标值； 总和符号； σ X i ∑ σ 2 1 XX i N σ −∑ − 五、数据分析五、数据分析 3）偏差系数（）表示测值分散程度，衡量试验 值波动大小，反映相对波动大小，也称变异系数。 式中偏差系数； v C v C C X ν σ 五、数据分析五、数据分析 4）绝对误差（），也称算术平均值的平均误差， 表示用算术平均值代替真值时的误差 式中算术平均值的平均误差； x m x m x m N σ 4）绝对误差（），也称算术平均值的平均误差， 表示用算术平均值代替真值时的误差 x m 五、数据分析五、数据分析 5）精度指标（），为使能用于不同因次指标 间的比较，可用精度指标来表示 式中 精度指标； x m x P x P 100 x x m P X 五、数据分析五、数据分析 2、非代表性试验值舍弃标准 i XX gσ−〉 式中 试验值； g （1）采用三倍标准差方法；g3 （2）用Grubbs准则判别， g按下表的规定取值。 i X 五、数据分析五、数据分析 样本数样本数 置信置信概率概率 样本数样本数 置信概率置信概率 样本数样本数 置信概率置信概率 959599999595999995959999 31.15 1.1592.11 2.32152.412.71 41.46 1.49102.18 2.41202.562.88 51.67 1.75112.23 2.48252.663.01 61.82 1.94122.29 2.55302.753.10 71.94 2.10132.33 2.61402.873.24 82.03 2.22142.37 2.66502.903.34 GrubbsGrubbs判别准则中判别准则中g g取值表取值表 五、数据分析五、数据分析 α 为风险率α 为风险率 置信概率1-α（风险率） 置信下限适用于抗剪强度、压缩模量等指标；置信上限适用于含水 量、压缩系数等指标。 五、数据分析五、数据分析 3、试验参数标准值的确定方法 对于相同地质单元中有足够数量的试验值，可以 计算满足给定置信概率条件下的试验参数标准值。根 据给定的置信概率P1-α，标准值可按下式计算 k f式中 试验参数标准值； 统计修正系数，用下式计算。 ks fr X s r 五、数据分析五、数据分析 a t 式中其正负号按不利组合考虑。 置信概率为1－α（ α 为风险率）， 自由度为n-1的t分布单值置信区间系 数值，可按t分布单值置信期间ta系数 表规定取值。置信概率为90和95 时，按下表规定取值。 1 1 a sv t n rC n − 五、数据分析五、数据分析 自由度自由度 n-1 置信置信概率概率自由度自由度 n-1 置信置信概率概率自由度自由度 n-1 置信置信概率概率 909095959090959590909595 31.64 2.3591.381.83151.341.75 41.53 2.13101.371.81201.331.72 51.48 2.02111.361.80251.321.71 61.44 1.94121.361.78301.311.70 71.42 1.90131.351.77401.311.69 81.40 1.86141.351.76601.301.67 t t分布单值置信区间分布单值置信区间ta系数表系数表 五、数据分析五、数据分析 六、数据分析的实例六、数据分析的实例 试件试件 编号编号 12345678910 测试测试 数据数据 2.792.733.212.673.312.512.832.592.922.64 1）进行数理统计（测试数据内聚力c值） （1）算术平均值 2.82 （2）均方差 0.26 （3）偏差系数 0.092 （4）绝对误差 0.026 （5）精度指标 0.88 X σ v C x m x P 2）确定舍弃非代表性试验值 采用三倍标准差方法舍弃非试验值，g3, 3 0.260.78 i XX gσ−〉 试件编号试件编号12345678910 测试数据测试数据2.792.733.212.673.312.512.832.592.922.64 0.030.090.390.150.490.310.010.230.10.18 i XX− 六、数据分析的实例六、数据分析的实例 3）确定试验参数标准值 （1）置信置信概率概率95；； 1 0.15 2.82 ks fr X 1 1 a sv t n rC n − 3.24 k f 2.40 k f （2）置信置信概率概率90；； 1.83 a t 1.38 a t 3.14 k f 2.50 k f 六、数据分析的实例六、数据分析的实例 1 0.114 2.82 ks fr X 置信水平（置信概率）的选取 勘察阶段勘察阶段岩土工程等级岩土工程等级置信水平置信水平 初勘初勘0.90 详勘详勘 一级一级0.99 二级二级0.95 三级三级0.90 六、数据分析的实例六、数据分析的实例 1、变形特性试验的主要成果 应力与应变关系曲线，变形特性指标主要是 弹性模量和泊松比。 七、变形特性指标的整理七、变形特性指标的整理 2、试验成果整理，按工程地质单元进行 1）对不均匀变形反映敏感的某些建筑物； 建筑物的某些关键部位； 可再划分更小单元。 2）取统计范围内可试点变形特征指标的 算术平均值作为试验最佳值； 七、变形特性指标的整理七、变形特性指标的整理 一）直剪强度试验 1、抗剪强度试验的主要成果 1）不同正应力下的剪应力与剪位移关系曲线； 2）剪应力与正应力关系曲线。 2、分析每个试体的试验结果 试体的破坏机制； 破坏面情况； 混凝土试体的质量和软弱结构面的性状； 分析其代表性和合理性，是否参与资料整理。 八、抗剪强度的整理八、抗剪强度的整理 3、抗剪强度特性指标的整理方法 1）将分析后的一组试验成果，点绘在 座标图上，用图解法或最小二乘法求得抗剪强度 值。 将同一工程地质单元内的各组指标，用统计 方法加以综合统计，求得该工程地质单元的抗剪 强度的试验最佳值。 该方法适用试验数据不多的情况。 八、抗剪强度的整理八、抗剪强度的整理 τσ～ 2）将经过分析判断的同一工程地质单元内 全部试验结果，点绘在座标图上，按正 应力分组，用统计方法进行综合统计，求得各级 正应力下的最佳剪应力值，然后用图解法或最小 二乘法求得该工程地质单元抗剪强度的试验最佳 值。 该方法适用试验数据较多的情况。 八、抗剪强度的整理八、抗剪强度的整理 τσ～ 3）图解法 将不同正应力下的最大剪应力（单值或统计 值）点绘在座标图上（纵、横轴比例尺 相同），用目估作通过各点平均直线，使直线尽 可能接近所有点子，按直线的斜率和纵截距确定 抗剪强度指标内摩擦角和内聚力。 八、抗剪强度的整理八、抗剪强度的整理 τσ～ 4）最小二乘法 将对应的不同正应力值及最大剪应力值（原值 或统计值）分别代入下式，计算抗剪强度特性指标 八、抗剪强度的整理八、抗剪强度的整理 111 22 11 2 1111 22 11 NNN iiii NN ii NNNN iiiii NN ii N tg N c N σ τστ ϕ σσ στσσ τ σσ − − − − ∑∑∑ ∑∑ ∑∑∑∑ ∑∑ 4、抗剪强度成果整理取峰值强度和残余强度 尽可能按比例极限（脆性破坏型）或屈 服极限（塑性破坏型）标准分别整理出相应 的抗剪强度值，供选择计算指标时对比参考。 八、抗剪强度的整理八、抗剪强度的整理 5、满足有限元计算 1）各类岩体不同正应力下具代表 性的剪应力与剪位移，正应力与法向位 移的关系曲线； 2）软弱结构面的相应有关资料。 八、抗剪强度的整理八、抗剪强度的整理 二）三轴试验的主要成果 1）不同侧向应力下的轴向应力与 轴向应变关系曲线； 2）轴向应力与侧向应力关系曲线； 3）剪应力与正应力座标上绘制的 莫尔圆和破坏包线。 八、抗剪强度的整理八、抗剪强度的整理 4）三轴试验成果的整理方法 （1）针对一组试验成果  点绘在以1/2 σ1－σ3）为纵坐标，以1/2 σ1＋ σ3）为横坐标）的座标图上，用图解法或 最小二乘法联直线； 在此直线上等距地取6～8个点，得各点相应的值， 以1/2 σ1＋σ3）值为圆心，以 1/2 σ1－ σ3）值为半径，在座标上绘出相应的莫尔圆； 八、抗剪强度的整理八、抗剪强度的整理 τσ～ 作莫尔圆的破坏包线，直线段的斜率 摩擦系数，纵截距内聚力。 将同一工程地质单元的各组指标用统计方 法加以综合统计，求出该工程地质单元的抗 剪强度试验最佳值。 八、抗剪强度的整理八、抗剪强度的整理 （2）针对同一工程地质单元 将经分析的全部试验结果，点绘在以1/2 σ1－σ3）为纵 坐标，以1/2 σ1＋σ3）为横坐标）座标图上，按1/2 σ1＋σ3）分组，用统计方法进行综合统计，求得各1/2 σ1＋σ3）下的最佳1/2 σ1－σ3） ，用图解法或最小 二乘法联直线； 在此直线上等距取6～8个点，得各点相应的值，以1/2 σ1 ＋σ3）值为圆心，以 1/2 σ1－ σ3）值为半径，在 座标图上绘出相应的莫尔圆，作莫尔圆的破坏包线，直线段的 斜率摩擦系数，纵截距内聚力。 八、抗剪强度的整理八、抗剪强度的整理 τσ～ （3）针对同一工程地质单元（计算的方法） 将经分析的全部试验结果，点绘在σ1为纵坐标，以σ3为横 坐标的座标图上，用图解法或最小二乘法联直线，直线段的斜 率m，纵截距σc；用下式计算 八、抗剪强度的整理八、抗剪强度的整理 1sin 2cos 1 1 sin 1 c c m m σφ φ φ − − − 式中 C岩石的内聚力MPa； φ 岩石的内摩擦角（度）； σc－曲线在纵坐标上的截距MPa ； m－曲线斜率。 在各设计阶段的试验工作或某一重要单项试验工 作完成后，应编写阶段试验报告或单项试验报告。 试验报告基本内容应包括 试验目的和任务； 工程概况； 工程地质条件； 主要岩石力学问题； 试验布置方案及试验方法； 试验成果及整理分析； 建议的试验最佳值。 九、试验报告的编写九、试验报告的编写 报告应侧重主要问题的论述，简明扼要， 能用图表说明的，尽量不用文字叙述。 报告附图一般包括 地质平面图（附试验点的位置）； 试洞（坑、槽）展示图，试段、试点地质 描述图； 试验仪器设备安装示意图； 各项试验成果关系曲线图等。 九、试验报告的编写九、试验报告的编写 1、计算指标的确定 由于工程地质条件的复杂性，工程特点 和建筑物设计、施工、运转等条件的不同， 以及试验条件本身的局限性。 对试验所得的最佳值，还应由试验、地质、 设计等专业人员结合试验情况、地质条件和 工程特点加以合理调整，才能作为计算指标。 十、选择主要计算指标时应考虑的因素十、选择主要计算指标时应考虑的因素 2、选择变形特性计算指标时应考虑的因素 1）根据建筑物类型和受荷方式，采用不同试验方法 求得岩体的变形物性指标  当计算建筑物在加荷情况下基岩的变形时，采用变 形模量，试验方法为承压板法； 计算建筑物和基岩在卸荷情况下的回弹变形时，采用 弹性模量，试验方法同上； 计算有压隧道围岩变形时，可采用抗力系数，也可采 用变形模量，试验方法为径向也压枕法或水压法，也可 用承压板法。 十、选择主要计算指标时应考虑的因素十、选择主要计算指标时应考虑的因素 3、选择抗剪强度特性计算指标时应考虑的因素 1）根据工程地质条件和水工建筑物地基以及岩质边 坡等可能的破坏形式，采用不同试验方法求得各种情况 下的抗剪强度特性指标  当核算混凝土挡水建筑物沿地基表面的抗滑稳定性 时，采用混凝土与基岩的抗剪强度试验结果； 当核算混凝土挡水建筑物可能通过岩石本身发生破坏 时，采用岩体本身抗剪强度试验成果； 十、选择主要计算指标时应考虑的因素十、选择主要计算指标时应考虑的因素 2、选择抗剪强度特性计算指标时应考虑的因素  当核算地面水工建筑物基岩或地下建筑物或岩质边 坡沿岩体中某一个或几个软弱结构面的抗滑稳定性时， 采用相应的软弱结构面的抗剪强度试验结果； 当建筑物有一种以上的破坏形式时，须采用与其相应 的抗剪强度试验结果 十、选择主要计算指标时应考虑的因素十、选择主要计算指标时应考虑的因素 2）根据具体情况确定试验最佳值  对于主要建筑物的初步设计和次要建筑物的施工图 设计阶段，视具体情况采用抗剪强度特性指标的算术平 均值或小值平均值作为试验最佳值。 对地质条件复杂，且对工程影响重大的主要建筑物的 施工图设计阶段，在有条件的情况下，建议采用置信概 率95％的抗剪强度特性指标作为试验最佳值。 十、选择主要计算指标时应考虑的因素十、选择主要计算指标时应考虑的因素