地质统计学在地层岩土参数分布规律研究中的应用-建筑与土木工程专业论文.docx

Master Dissertation of Suzhou University of Science and Technology Applications of Geostatistics to research on the distribution of the geotechnical parameters Master Candidate: Cai Hao Supervisor: Prof. Sun Hongquan Major: Architecture and Civil Engineering Suzhou University of Science and Technology Department of Civil Engineering June,2015 苏州科技学院硕士学位论文摘要 苏州科技学院硕士学位论文 摘要 摘 要 随着改革开放的日益深入，房地产业在市场经济中占据着日趋重要的地位， 并长期受到全社会的广泛关注。尤其近几年来，城市建设的步伐不断加速，高层 超高层建筑越来越多，旧城改造新建楼房也是见缝插针。建筑业的蓬勃发展也带 动了相关领域工程技术的不断进步，如基础勘测、基坑工程、地下工程、地基处 理等等。加强对地层空间不确定性因素与确定性因素的研究是实现工程建设稳步 进行的根本途径。在我国经济富庶的东南沿海地区，地层土壤空间分布规律是制 约土地规划和工程建设的重要因素，同区域环境一起影响着该区土地利用和经济 发展。在区域尺度下，对于整个研究区域地块内地层岩土参数空间分布特征及其 影响因素进行系统而科学地认识，是工程顺利实施的有力保证，对区域单元上的 宏观决策问题具有重要的指导作用。 本论文以典型的滨海相沉积地层为研究区域，旨在摸清现阶段主要地层参数 的整体变异状况，明晰其空间变异特征及空间分布格局，并揭示不同尺度下地层 岩土参数与相关环境因素之间的关系。本论文岩土参数取自《江苏省阜宁县向阳 花苑 1#～22#楼勘探报告》，主要研究地层有第 3 层淤泥质粉质粘土层，计有 43 个勘探孔；第 8 层粉质粘土层，计有 43 个勘探孔，层厚 4.0～5.3m；第 9 层粘土 层，计有 29 个勘探孔。采用经典统计学(整体特征变异、方差比较、均值分析等)、 地质统计学(变差函数、克里格空间插值)、状态空间数值模拟等方法，对各主要 研究地层岩土参数的空间变异特征、空间数值模拟及预测、不同研究尺度下的相 关影响因素进行了细致的分析，现将主要研究结果列示如下: （1）研究区域地层岩土参数的含量整体变化水平在本区域处于中等偏弱变 异水平。地质统计学分析表明，淤泥质粉质粘土层岩土参数液限、塑限、液性指 数为中等变异参数，块金系数小于 0.25；粉质粘土地层参数表现为中等变异的有 孔隙比、压缩模量，块金系数在 0.25～0.75 之间；粘土层地层岩土参数表现为中 等变异的有压缩模量，X 方向与 Y 方向块金系数在 0.25～0.75 之间。变异函数 分析比较发现，各主要地层岩土参数在区域勘测尺度上无明显各向异性。 （2）本文研究了地层岩土参数间的空间相关性规律：淤泥质粉质粘土地层 含水率与孔隙比存在强正相关关系，相关系数 0.9410，压缩系数与压缩模量存在 强负相关关系，相关系数- 0.9450；含水率、孔隙比、液性指数、压缩系数等参 数指标在不同方向上存在较好的空间协相关性，X 方向变程 a 接近于 5.7m，Y 方向变程 a 接近于 7.1m；含水率和孔隙比自相关性较好，全局变程值范围设为 7m。粉质粘土地层含水率与孔隙比、液性指数为强正相关关系，相关系数大于 0.73，压缩系数与压缩模量为负相关关系，负相关系数为- 0.9527；含水率与液性 指数、压缩系数指标在不同方向上存在较好的空间协相关性，其相互协相关性变 程值均接近于 5 m；液限、塑限、压缩模量存在着较强的空间自相关性，其全局 变程值可设为 7 m。粘土地层含水率与孔隙比、液限、塑限间存在较强的正相关 关系；液限与塑限、塑性指数间存在较强的正相关关系；粘土地层含水率与孔隙 比、液限、塑性指数、液性指数等参数指标在不同方向上的变化有着较好的空间 协调性，其协相关性变程值可确定为 5.5 m；含水率、液限、塑限、塑性指数、 液性指数有着较强的空间自相关性，其全局变程值可设为 6 m。 （3）相关地层岩土参数尺度下的研究及最优尺度的选择分析表明，含水率、 液性指数、压缩系数的变差函数模型，在不同的尺度下不具有可比较性。含水率、 液性指数、压缩系数的空间变化对各个尺度的响应各不相同；含水率与压缩系数 的空间最优尺度设为8 m为宜，液性指数设为10 m为宜。 （4）对研究区域内不良地层的研究，重点阐述了地质统计学在勘测设计与 施工中的应用。分析表明，淤泥质