岩土参数的分析中变异系数选定的辨析

摘 要：变异系数是为了评价岩土参数的变异特点引入的无量纲参数，在《岩土工程勘察规范》（GB 50021-94）中给出了该参数变异性大小的评价标准，但在《岩土工程勘察规范》（GB 50021-2001（2009年版））中取消了上述评价标准。评价标准取消后，对于变异系数的评价出现了新问题：一是如何判断变异系数的大小；二是变异系数较大时如何处理。本文针对上述新问题进行了辨析，并通过实例分析了三种粗差处理方法的特点。

关键词：岩土参数分析；变异系数；标准差；离散程度

1 绪论

岩土工程勘察中物理力学参数的分析与取值是勘察内业工作中很重要的组成部分。在勘察过程中，影响岩土物理力学参数准确性的因素较多，包括岩土体自身的不确定性和原位测试、取样等环节中的偶然性，这些因素都会影响到物理力学参数最终取值是否合理的问题。如何定量的分析物理力学参数是否准确就成为岩土工程勘察人员关心的问题。

岩土参数应根据工程特点和地质条件选用，并按离散程度对其适用性和可靠性进行评价。标准差是岩土参数中评价离散性的重要指标，但由于该参数是有量纲的指标，因此不适用于不同参数之间离散性的比较。在工程实践中通常采用无量纲的变异系数对岩土参数进行评价。当地貌单元、地层分布划分正确，在标准试验方法的条件下，变异系数能够反应岩土指标的固变异特征。文献[1]中曾给出了对变异系数的评价，见表1。

在实际应用中，很多人将表1中变异系数的大小作为判别物理力学指标合格与否的标准。但变异系数高并不能说明这个试验就不合格，例如天然重度的变异系数一般很小、渗透系数的变异系数一般很大，变异系数不能简单地作为评价勘察试验质量的标准。基于上述误解，文献[2]在修订时取消了上述评价标准。

2 变异系数变化的范围

关于变异系数的变化范围，文献[3]中给出了国外一些研究成果，见表2。

作者对宁夏境内12个变电站和升压站场地内土层的变异系数进行了统计结果见表3。

表2和表3的统计结果表明，变异系数受土的类别、土层划分、试验方法等因素的影响，是个变化的范围值，而且变化范围很大，通常力学指标的变化范围大于物理指标的变化范围。把表2、表3与表1进行对比，表1的评价标准能够适用于多数参数平均值的评價，但是对于固结系数、标贯击数等变异性本身较大参数是不适用的。对参数的变异性分析，可综合表1～表3的结果进行判断，当变异系数平均值超出了0.3以及表2、表3中的数值时，就应该引起重视，并分析原因了。

3 变异系数较大时的处理方法

作者在工程实践中发现，通常造成变异性较大的原因主要有：①未能按物理力学性质的差异对同一土层进行细分，并分层统计参数；②在参数的统计过程中未进行粗差处理，或选择的粗差处理方法错误。

对于原因①，在统计参数前，应根据密实程度对同一土层进行划分，把土层划分为松散、稍密、中密和密实，并按密实程度对岩土参数分层统计，分层统计后变异系数一般均会下降。

对于原因②，一方面必须要进行粗差处理，另一方面应选择合适的处理方法。粗差处理方法主要有3倍标准差法、狄克松检验法以及戈罗伯斯检验法。对于3倍标准差法，当试验指标的数量小于10时，不能剔除任何粗差。对于狄克松检验法，当试验指标数量较小时性能较好，试验指标数量接近30时性能开始变差，因此，试验指标数量小于30时建议使用狄克松检验法。对于戈罗伯斯检验法，试验指标数量≥6时，处理效果较好。

4 实例计算与分析

对表4中的土工试验数据的未进性粗差处理和采用粗差处理后的的变异系数进行计算，结果见表5。

表5计算结果表明，采用三种粗差剔除方法处理后，仅有3倍标准差法和狄克松检验法处理后的内摩擦角的变异系数发生了变化，且用三种方法剔除粗差后，同一岩土参数会给出不同的结果。因此在同一个工程中建议只采用一种粗差处理方法。另外，狄克松检验法在应用时难度相对较大。

5 结论

根据以上分析，可以归纳以下几点：

（1）变异系数变化范围很大，可根据规范要求结合国内外和本地区经验综合分析确定。

（2）在试验条件相同的情况下，变异系数较大时应分析岩土层划分是否合理，是否进行了粗差处理以及粗差处理方法是否正确。

（3）在同一个工程中建议只采用一种粗差处理方法。

参考文献：

[1]岩土工程勘察规范（GB 50021-94）.92.

[2]岩土工程勘察规范GB 50021-2001（2009版）.313.

[3]工程地质手册（第五版）.334-335.

[4]电力岩土工程勘测资料整编技术规程.90-93.

作者简介：杨超（1983-），男，硕士，2009年毕业于西安理工大学水利水电学院岩土工程专业，工程师，主要从事电力行业岩土工程勘察工作。