多源工程勘察数据统计特征与插值方法研究

Multi-source geotechnical survey technologies especially in situ testing are widely used in geotechnical engineering,but the current research about spatial cross correlation and multi-source information integration of geotechnical parameters is less concerning,the lacking of an effective statistics and interpolation method, which makes difficult to build multi-source geotechnical survey spatial database. .Therefore, the application focus on spatial cross correlation,information fusion method and random field interpolation studing, which is based on New Shanghai World Expo project as well as information entropy and spatial statistical variogram theory..The main content would be in the following different aspects of work: multi-source spatial statistical characteristics of geotechnical parameters and research on interpolation methods based on different spatial geotechnical survey position, or different reconnaissance objects acquisition; another research ramification is based on different geotechnical survey technologies, or different geotechnical survey data accuracy; moreover,the local singularity of statistical characteristics of the geotechnical random field would be discussed.Whether the research method is adaptive through the data across test and engineering supplementary exploration work, R & D of random field application program is aiming to explore the engineering survey data in the space based on the spatial cross correlation and multi-source information fusion theory, establish an effective interpolation method in soft soil area..Results of the project would be guiding role to application of multi-source survey technical means, to build comprehensively integrative geotechnical survey spatial database.

多源勘察技术手段尤其是原位测试技术在岩土工程领域中应用日益广泛，但是目前国内外对岩土参数空间互相关性和多源勘察信息融合理论研究尚少，缺乏一种较为有效的统计和插值方法，难以建立综合勘察空间信息库。因此，本项目依托上海世博园区后续再开发建设工程，在信息熵论和空间统计学变异性理论成果的基础上，研究不同勘察位置、不同勘察对象获取的多源岩土参数的空间统计特征与插值方法，以及探讨不同勘察手段、不同勘察精度获取的多源岩土参数的空间信息融合与插值方法，进一步确定岩土参数空间统计特征的局部奇异性。通过数据交叉试验和工程补勘试验检查理论方法的可靠性，研发随机场应用程序，旨在探索工程勘察数据之间的空间互相关统计特征和多源信息融合理论，掌握软土地区的多源岩土参数随机场规律，建立一种有效的空间插值方法。项目研究成果将对相关地区应用多源勘察技术手段，建立综合勘察空间信息库具有借鉴和指导作用。

基于概率的岩土工程分析对岩土参数提出了精细化的要求，不能满足于单一勘察对象、单一勘察数据和单一工程阶段所获得的观测数据。比如，多源勘察技术手段如精密室内试验技术、原位测试技术和工程监测技术在岩土工程领域中应用日益广泛。然而，国内外对多源勘察数据融合理论和岩土参数空间统计特征研究尚少，尚缺乏一种较为有效的统计方法体系。比如，同一勘察场地不同岩土参数的空间统计特征与估值的问题，同一岩土参数不同勘察数据精度的融合问题，以及岩土参数统计特征随工程进展的动态更新问题。. 研究报告从地统计学的角度出发，将岩土参数视为空间随机场，针对其随机性、结构性和局部奇异性的统计特征，重点在以下关联衔接的四个方面进行了研究：. （1）引入协克里金模型，重点研究了多个岩土参数之间互相关性的空间统计特征，并进行了随机场的估值分析，与单一岩土参数的估值结果进行了对比讨论。. （2）地统计学的核心元素变差函数能够很好描述随机场的整体随机性和结构性，但是不能描述复杂地质作用下引起的局部奇异性，联合多重分形理论和克里金方法将有利于描述这一重要的随机场尺度特性。. （3）多源勘察技术手段提供了同一岩土参数不同精度的勘察数据，基于贝叶斯理论的数据融合技术将勘察数据划分为硬数据和软数据。在随机场空间估值的过程中，综合考虑未知点的先验知识，硬数据和软数据的局部不确定性，与克里金方法不同之处在于，空间贝叶斯模型将提供未知点的后验概率密度函数曲线。. （4）获取岩土参数的数据是一个动态的过程，如工程勘察阶段的直接勘察数据，工程施工阶段的间接监测数据。随机场贝叶斯反演模型将采用岩土力学随机模拟技术，融合工程勘察和施工监测数据，动态更新岩土参数随机场整体结构参数和局部锚点分布。. 研究工作报告以上海地区软土浅部持力层为研究背景，重点研究了内摩擦角、黏聚力和压缩模量之间的空间统计特征、随机场估值和局部奇异性；并以压缩模量为对象，融合分析钻孔取样试验数据和原位静力触探数据，进行了随机场的贝叶斯估值分析。另外，以一个浅埋盾构隧道为例，融合工程勘察数据和施工监测数据，对周边土体的变形模量的横观各向同性随机场特征进行了动态更新。. 多源岩土参数随机场理论是随机岩土力学计算的基础，以上工作将推广至岩土构造和多个岩土参数的研究，为基于概率的岩土工程分析提供数据支撑。