2.4　渤海SZ36－1油田地基土性剖面的随机场模型

2.4.1　地基土特性指标的统计和分析

在收集和整理渤海SZ36－1油田现有的勘察钻孔资料的基础上，建立起包含钻孔信息、土性指标及力学指标的数据库系统。对于黏性土包括重度、干重度、含水量、塑限、液限、比重、抗剪强度等；对于砂土包括重度、干重度、含水量、比重、摩擦角等；对于桩基包括桩端摩阻力和桩侧摩阻力等。

应用该系统对各项指标进行数理统计和分布检验，以确定其均值、方差、变异系数和概型分布。

2.4.1.1　渤海SZ36－1油田工程地质数据库简介

渤海SZ36－1油田工程地质数据库由两部分组成：①包含全部设计、勘查信息的数据库部分；②对已有数据信息进行调用、分析的系统功能实现部分。

渤海SZ36－1油田工程地质数据库拥有良好的人机交互界面（图2.4.1），用户可以在屏幕提示及系统帮助下很快地熟悉系统组成及功能，并可以轻松、直观、简便地完成对数据库的访问，如，对数据记录的查询、添加、修改、删除、计算分析、绘图等。

渤海SZ36－1油田工程地质数据库具有以下功能（图2.4.2）：

（1）对数据库的基本操作：添加、修改、查询、删除记录等（图2.4.3）。

（2）对数据库中钻孔记录的查询功能：包括按钻孔编号查询和按土层分布查询（图2.4.4）。

（3）可以在用户的参与下按要求完成对指定字段（土性参数、土层特性等）、既定土层范围内数据的统计工作。比如求平均值、标准差、变异系数等。用户可方便的在屏幕提示及对话框的引导下，完成计算和查询计算结果的操作。并且可以按照要求直观地看到被统计字段的数据分布条形图（图2.4.5）。

（4）实现了对被统计数据的分布进行分布检验的功能（图2.4.6）。

1）以条形图的方式显示数据的分布规律，从图形纵坐标可知数据分布在各区间的个数。

2）用正态分布、对数正态分布、极值Ⅰ型分布对条形图进行拟合。给出拟合曲线图。

（5）根据数据库中的钻孔资料绘出全部钻孔平面图，并根据用户在平面图中的选择绘制出相应的钻孔柱状图、土层剖面图（图2.4.7）。

（6）系统配置了详细的帮助文件。

渤海SZ36－1油田工程地质数据库的研制是以服务于海工结构物地基可靠度分析为目的的。这一系统的建立实现了对数据资料的快速、高效管理。实践证明，这一系统的应用对确定土性参数的概型分布和极限状态方程等地基可靠度研究起到了积极的作用。

2.4.1.2　渤海SZ36－1油田部分物理力学指标的统计分析

根据数据库的资料和数据库所具备的统计分析功能，对SZ36－1油田的勘察钻孔揭示的物理力学性质指标进行了分析统计。图2.4.8至图2.4.15给出了部分统计的结果。根据需要可对任何钻孔、任何深度的某项指标进行统计，只要数据库中有足够数量的样本。

在收集并整理渤海SZ36－1油田地区地质勘察资料的基础上，开发了渤海SZ36－1油田地区地质数据库管理系统。应用建立的数据库系统，对渤海SZ36－1油田地区的工程地质剖面的各项指标进行数理统计和检验，为今后扩大和完善渤海SZ36－1油田地区的工程地质信息资料库及可靠度分析奠定了基础。

2.4.2　平稳性和各态历经性检验

2.4.2.1　平稳性的检验结果

将SZ36－1油田的工程钻孔资料进行整理，应用编制的数据库系统，选择有代表性的土性指标进行平稳性检验。检验步骤如2.1节所述。绘出μY（zj）－zj和RY（zj，zj＋Δz）－zj关系曲线，如图2.4.16～图2.4.20所示。图中纵坐标为被检验的土性参数数值，横坐标为取样深度。从图中可以看出，被检验的土性指标μY（zj）和RY（zj，zj＋Δz）基本都在一条与X轴平行的直线上轻微摆动，说明它们在概率意义上不随深度z变化。所以可以认为被检验的各项土性指标构成的土性剖面随机场是平稳的。

2.4.2.2　各态历经性的检验结果

将SZ36－1油田的工程钻孔资料进行整理，应用编制的数据库系统，选择有代表性的土性指标进行各态历经性检验。检验步骤如2.1节所述。绘出μY（zj）－xj和RY（zj，zj＋Δz）－xj关系曲线，如图2.4.21～图2.4.25所示，由于篇幅所限这里只给出部分结果图。图中纵坐标为被检验的土性参数数值，横坐标为钻孔的相对位置坐标。经比较证明，被检验随机场的各样本函数的深度平均值都依概率1等于随机场均值，各样本函数的深度相关函数都依概率1等于该随机场的相关函数，所以可以认为被检验的各项土性指标构成的土性剖面随机场都具有各态历经性。

2.4.3　相关函数表达式的确定

上一节中已经对SZ36－1取样数据的平稳性和各态历经性进行了检验，检验结果表明：该组数据构成的土性剖面随机场同时具备平稳性和各态历经性，能够使用Vanmarcke的随机场理论对其进行分析计算。故根据上述步骤对其相关函数进行了理论曲线的拟合。由于原始数据中土体的su、δ、呈明显的随深度变化的趋势，首先对原始数据进行标准化处理，使得y（z）＝［y0（z）－u（z）］/σ（z）。其中，u（z）是y0（z）的均值，σ（z）是y0（z）的标准差。标准化后的数据可以视为“统计上的均值”，即均值为零，方差为1，协方差函数与原始数据相同而后确定相关函数表达式。图2.4.26为钻孔编号是SZ36－1－19D钻孔沿深度方向的相关函数拟和曲线图，其他数据的分析结果与此类似。经拟和其相关函数为指数余弦型，即ρ（Δz）＝e－b｜Δz｜cos（ωΔz）。其中b＝0.25；ω＝0.76。

将所有钻孔数据相关函数的计算结果总结见表2.4.1。

由计算结果可以看出土体的su的相关函数为指数余弦型，即ρ（Δz）＝e－b｜Δz｜cos（ωΔz）。其参数值为b＝0.16；ω＝0.51。

2.4.4　相关距离的统计分析

图2.4.27为钻孔编号是SZ36－1－2D钻孔沿深度方向su的折减函数拟和曲线图。经拟和其折减函数为其中δu＝1.2m，Δz0＝1.0m。图2.4.28为钻孔编号是SZ36－1－19D钻孔沿深度方向su的折减函数拟和曲线图。经拟和其折减函数为Γ（i）＝其中δu＝0.8m，Δz0＝1.0m。其他钻孔数据的分析结果与此类似。

将采用改进递推空间法一与改进相关函数法一计算相关距离的计算结果总结见表2.4.2。

由计算结果可知相关距离δu≈1.05m。