公路工程地质勘察的特点及常见问题课件

1、试验检测数据处理第一节 抽样检验一、总体与样本总体：又叫“母体”是指要分析研究对象的全体。可以是一个过程，也可以是这一过程的结果即产品。 组成总体的每个单元（产品）叫做个体。 总体中所含的个体数叫做总体含量，也称总体大小。通常用N表示。b. 样本:样本也叫“子样”。它是从总体中随机抽取出来，并且要对它进行详细研究分析的一部分个体。样本中所含的样品数目，一般叫样本容量或样本大小。通常用n表示。样本中所含的每一个个体叫样品。 二、抽样及抽样方法抽样： 抽样：是指从总体中随机抽取样本的活动。随机性：是指要使总体中的每一个个体（即产品）都有相同机会被抽取出来组成样本的特性。在质量管理过程中，常用抽取样

2、本并通过样本检测所得到数据来预测总体质量状况的这种手段b.抽样方法一般随机抽样法；顺序抽样法；分层抽样法；整群抽样法。 一般随机抽样法抽取样品是随机方法：将全部产品编号后可用抽签、抓阄儿、查随机数表或掷骰子等办法抽取样品。优点：抽样误差小缺点：较复杂 顺序抽样法又称等距抽样法、系统抽样法、或机械抽样法。方法：先将全部产品编号，用随机抽样法产生一个抽样起点，每隔相同数据间隔而抽取的个体样本方法。优点：操作简便缺点：偏差性可能会很大 分层抽样法（又称类型抽样法）方法：总体可分为不同的子总体（也称层）时，按规定的比例从不同层中随机抽取样品（子样）来组成样本时的方法。常用于产品质量的验收优点：抽样误差

3、较小缺点：较一般随机抽样还要繁锁整群抽样法（又称集团抽样法）方法：将总体分成许多群，每个群由个体按一定方式结合而成，然后进行随机抽取若干群，并由这些群中所有个体组成样本。优点 ：实施方便缺点：代表性差、误差大 二、 数值修约进舍规则 （1）拟舍弃数字的最左一位数字小于5时，则舍去，即保留的各位数字不变。例l：将13.2476修约到一位小数，得13.2。 例2：将13.2476修约成两位有效位数，得13。 （2）拟舍弃数字的最左一位数字大于5；或者是5，而且后面的数字并非全部为0时，则进1，即保留的末位数字加1。 例l：将1167修约到“百”数位，得12102（特定时可写为1200）。 例2：将

4、10.502修约到“个”数位，得11。（3）拟舍弃数字的最左一位数字为5，而后面无数字或全部为0时，若被保留的末位数字为奇数（1，3，5，7，9）则进1，为偶数（2，4，6，8，0）则舍弃。 例1：修约间隔为0.1（或10-1）。 拟修约数值 修约值 2.050 2.0 0.150 0.2（4）负数修约时，先将它的绝对值按上述三条规定进行修约，然后在修约值前面加上负号。 例1：将下列数字修约至“十”数位。 拟修约数值 修约值 -255 -2610（特定时可写为-260） -245 -24l0（特定时可写为-240）第二章 试验检测数据处理第三节 数据的统计特征表示差异性、质量波动性：极差、标准

5、差、变异系数等。表示规律性：算术平均值、中位数、加权平均值等。一、算术平均值 算术平均值是表示一组数据集中位置最有用的统计特征量，经常用样本的算术平均值来代表总体的平均水平。总体的算术平均值用表示，样本的算术平均值则用 X 表示。如果n个样本数据为x1、x2、xn，那么，样本的算术平均值为： 二、中位数 在一组数据x1、x2、xn中，按其大小次序排序，以排在正中间的一个数表示总体的平均水平，称之为中位数，或称中值，用X表示。n为奇数时，正中间的数只有一个；n为偶数时，正中间的数有两个，则取这两个数的平均值作为中位数，即： 三、极差 在一组数据中最大值与最小值之差，称为极差，记作R： R=xma

6、x-xmin四、标准偏差 标准偏差有时也称标准离差、标准差或称均方差，它是衡量样本数据波动性（离散程度）的指标。在质量检验中，总体的标准偏差一般不易求得。样本的标准偏差S按下式计算：（恒为值）五、变异系数 标准偏差是反映样本数据的绝对波动状况，当测量较大的量值时，绝对误差一般较大；而测量较小的量值时，绝对误差一般较小，因此，用相对波动的大小，即变异系数更能反映样本数据的波动性。 变异系数用Cv表示，是标准偏差S与算术平均值的比值，即：第二章 试验检测数据处理第四节 可疑数据取舍 在一组条件完全相同的重复试验中，个别的测量值可能会出现异常。如测量值过大或过小，这些过大或过小的测量数据是不正常的，

7、或称为可疑的。对于这些可疑数据应该用数理统计的方法判别其真伪，并决定取舍。 常用可疑数据的取舍方法有： 拉依达法 肖维纳特法 格拉布斯法一、拉依达法 当试验次数较多时，可简单地用3倍标准偏差（3S）作为确定可疑数据取舍的标准。当某一测量数据（xi）与其测量结果的算术平均值之差大于3倍标准偏差时，用公式表示为： 则该测量数据应舍弃 这是美国混凝土标准中所采用的方法，由于该方法是以3倍标准偏差作为判别标准，所以亦称3倍标准偏差法，简称3S法。 包含因子为3时包含面积99.73%，2时包含面积95.45%，1时包含面积68%。三、格拉布斯法 假定测量结果服从正态分布，根据顺序统计量来确定可疑数据的取

8、舍。 进行n次重复试验，试验结果为x1、x2、xi、xn、而且xi服从正态分布。 为了检验xi（i=1，2，n）中是否有可疑值，可将xi按其值由小到大顺序重新排列，得： x（1）x（2）x（n） 根据顺序统计原则，给出标准化顺序统计量g： 当最小值x（1）可疑时，则： 当最大值x（n）可疑时，则： 根据格拉布斯统计量的分布，在指定的显著性水平下（一般=0.05），求得判别可疑值的临界值go（、n）查表2-2，格拉布斯法的判别标准为： 当 gg0（、n） 测量值x（i）是异常的，应予舍去。 利用格拉布斯法每次只能舍弃一个可疑值，若有两个以上的可疑数据，应该一个一个数据地舍弃，舍弃第一个数据后，试

9、验次数由n变为n-1，以此为基础再判别第二个可疑数据，每次均值和标准偏差要重新算，在决定能否取舍。质量特性值通常表现为各种数值指标，即质量指标。测量或测定质量指标所得的数值，即质量特性值，一般称为数据。质量特性值可分为计数值和计量值两大类。a.计数值可进一步区分为计件值和计点值。对产品进行按件检查时所产生的属性(如评定合格与不合格)数据称为计件值。每件产品中质量缺陷的个数称为计点值。如棉布上的疵点数、铸件上的砂眼数等。b.计量值。当质量特性值可以取给定范围内的任何一个可能的数值时，这样的特性值称为计量值。如用各种计量工具测量的数据(长度、重量、时间、温度等)，就是计量值。常用质量管理手法分为：

10、一、排列图法 二、直方图法三、控制图法 四、散布图法 五、因果图法 六、其他如：调查表法、分层法等一、排列图（帕累拉图） ：将质量改进项目从最重要到最次要进行排列而采用的一种简单图示技术。排列图不良率与累计不良率计算1：不良率 P=单项不良数/总不良数2：累计不良率 Np=P1+P2+P3+P4二、直方图： 用一系列宽度相等，高度不等的矩形表示数据分布的图。直方图统计收集一组数据计算数据的变化范围（极差R)确定组数（样本大小n, 组数k）计算组距h, h一般取整数确定组边界计算频数，例如唱票法计算频率绘制频数分布表绘制频数直方图，纵轴为频数绘制频率直方图，纵轴为频率进行分析直方图分析a：正常形

11、，对称，是一般稳定生产状态的正常情况直方图分析b.右偏峰型。由于某种因素使下限受到限制时多出现此型，如清洁度近于零，缺陷数近于零，孔加工尺寸偏小等。直方图分析d.双峰型。常常是两种不同的分布混合在一起时多出现此型，如两台设备或不同原料所生产的产品混在一起的情况。 d直方图分析e.平峰型。常常是由于在生产过程中有某中缓慢的倾向在起作用时多出现此型，如刀具的磨损，操作者的疲劳等。e直方图分析f. 高端型。当工序能力不足时为找到适合标准的产品而做全数检查时多出现此型，也就是说用剔除不合格产品的产品数据作直方图时易出现此型。另外，在等外品超差返修时或制造假数据等情况易出现此型。f直方图分析g. 孤岛型

12、。当生产条件的明显变化，如一时原料发生变化或者在短期内由不熟工人替班加工时易出现此型；另外在测量有误时易出现此型。g直方图分析h.折齿型。如分组不当，级的宽度没有取为测量单位的整数倍时多出现此型。另外，测量方法或测量用表读数有问题时也容易出现此型。h与公差界限比较分析理想型：直方图的分布中心与公差中心重合，其分布在公差范围内，且两边有余量偏向型：直方图的分布在公差范围内，但分布中心和公差中心有较大偏移工序稍微变化都易出现不合格无富余型：直方图的分布在公差范围内，两边的分布均没有余地工序稍微变化都易出现不合格能力富余型：直方图的分布在公差范围内，两边有过大的余地不经济能力不足型：实际分布超出公差

13、范围已出现不合格陡壁型：实际分布中心严重偏离公差中心，但作图时已剔除了不合格三、控制图 将一个过程定期收集的样本数据按顺序点绘成的一种图形技术，用于判断过程正常或异常的一种工具。控制图的原理当质量特性的随机变量x服从正态分布时，则x落在3 的概率是99.73%。根据小概率事件可以“忽略”的原则：如果出现超出3 范围的x值，则认为过程存在异常所以，在过程正常情况下约有99.73%的点落在在此控制线内。观察控制图的数据位置，可以了解过程情况有无改变。公差界限与控制界限的区别 公差界限： 区分合格品与不合格品 控制界限： 区分正常波动与异常波动控制图的原理中心线（CL): X上控制线/限（UCL):

14、 X+ 3 下控制线/限（LCL): X- 3 右转90度3 3 99.73%x+ 3 x- 3 x控制图类型计量型数据X图， 单值图计数型数据P 不合格品率控制图 X-R单值和极差图Pn 不合格品数控制图X-R 均值和极差图C 缺陷数控制图 X -R 中位值和极差图 U 单位缺陷数控制图X-均值和标准差图X-Rs 单值移动极差图 控制图的选择方法确定要制定控制图的特性是计量型数据吗？否关心的是不合格品率？否关心的是不合格数吗？是样本容量是否恒定？是使用np或p图否使用p图样本容量是否桓定？否使用u图是是使用c或u图是性质上是否是均匀或不能按子组取样例如：化学槽液、批量油漆等？否子组均值是否能

15、很方便地计算？否使用中位数图是使用单值图X-MR是接上页子组容量是否大于或等于9？是否是否能方便地计算每个子组的S值？使用XR图是否使用XR图使用X s图注：本图假设测量系统已经过评价并且是适用的。控制图的作用能及时发现生产过程中的异常现象和缓慢变异,预防不合格品发生,从而降低生产成本和提高生产效率;2:能有效分析判断生产过程工序质量的稳定性,从而可降低检验、测试费用；3：可查明设备和工艺手段的实际精度，以便作出正确的技术决定；4：使工序的成本和质量成为可预测的，并能以较快的速度和准确性测量出系统误差的影响程度；控制图的分析分析数据点，找出不稳定的证据（一个受控的控制图，落在均值两侧的点的数量

16、将几乎相等）超出控制限的点 a 超出极差上控制限的点通常说明存在下列情况中的一种 或几种： 1、控制限计算错误或描点时描错 。 2、测量系统变化（如：不同的检验员或量具）。 3、过程恶化。 b 低于控制限之下的点，说明存在下列情况的一种或多种： 1、控制限或描点时描错。 2、测量系统已改变或过程性能已改进。控制图的分析控制界限内异常点a 出现高于均值的长链或上升链（7点），通常表明存在下列 情况之一或两者： 1、测量系统的改变（如新的检验人或新的量具 2、过程性能已恶化b 低于均值的链或下降链说明存在下列情况之一或全部： 1、过程性能已改进 2、测量系统的改好 c 多点出现在一侧：11/10,

17、14/12,17/14,20/16等d 连续几点出现在控制界限附近e 点子出现周期性波动四、相关图（散布图）散布图：是研究成对出现的两组数据之间存在的关系及其相关情况的图示方法。作图方法：1、数据收集30组以上 2、坐标设计：原因X轴，结果Y轴 3、标点 4、说明相关图分析強正相關弱正相關強負相關弱負相關YXYXYXYX0000相关图分析1：强正相关：X变大，Y也显著变大；2：弱正相关：X变大，Y也大致变大；3：不相关：X和Y 之间没有相关关系；4：强负相关：X变大，Y显著变小；5：弱负相关：X变大，Y大致变小；6：非线性相关：X变大，Y与X不成线性变化五、因果图因果图：又称石川图、要因图、鱼

18、刺图等，是以结果为特性，以原因为因素。在它们之间用箭头联系起来。作图方法：1、明确要管理的特性2、划出特性（结果）与主干3、选取影响特性的要因先画大枝（大分类的要因）对大枝细究，一层一层，形成中枝、小枝、细枝，直到找出可采取措施的原因为止4、检查要因是否有遗漏5、对特别重要的要因附以标记6、几点注意事项：结果（特性）要具体一个特性（结果）一张图要因的分析应尽可能深入细致，穷追到底大原因不一定是主要原因！因果图（鱼骨图）对策表对策表：当利用鱼刺图确定了问题产生的主要原因后，有必要采取措施去消除这些原因，以达到质量改进的目的。这时，可以采用对策表的方法。对策表的目的：用以针对质量问题产生的原因制定

19、对策或措施，作为实施时的依据。六、其他统计方法调查表：用来系统地收集资料和积累数据确认事实并对数据进行粗略整理和分析的统计图表。分层法：按照一定的标志把搜集到的大量有关某一特点主题的统计数据加以归类、整理和汇总的一种方法。一公路工程地质勘察所执行的主要技术标准1公路工程地质勘察所执行的主要规范、规程公路工程地质勘察规范（JTJ06498）；公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ02485）；公路路基设计规范（JTJ013-95）；公路软土地基路堤设计与施工规范（JTJ017-96）；公路隧道设计规范（JTG D70-2004）；公路工程抗震设计规范（JTJ004-89）；公路土工试验规程（JTJ0

20、51-93）；公路工程石料试验规程（JTJ054-94）；公路工程水质分析操作规程（JTJ056-84）。建筑抗震设计规范（GB50011-2001）岩土工程勘察规范（GB50021-2001） 公路工程地质勘察是为公路设计施工服务的，因此，所执行的规范主要是一些本行业的规范、规程和一些相关的国标。在此我想说明的是公路隧道设计规范，从2004年11月1日起开始实行新规范。这本规范中将原规范的“围岩分类”按照国家标准工程岩体分级标准的规定改为“围岩分级”。分级方法与国家标准一致，岩石隧道围岩稳定性等级由好至坏分为I级、II级、III级、IV级、V级。将松软的土体围岩定为VI级。而原来的围岩分类为

21、IVI类，I类最差，VI类最好。目前的公路工程地质勘察规范还没更新，因此，在隧道勘察时，要按公路隧道设计规范（JTG D702004）中的要求去获取地质资料，否则就不能满足隧道设计和施工的要求。2公路工程地质勘察所用规范的特点 在此，我主要讲讲公路工程地质勘察所用规范与其他规范不同之处。土的分类与定名桥 涵 规 范公路土工试验规程土名塑性指数土名塑性指数分类符号亚砂土17低塑性粘土2CL粉质低塑性粘土2CLM粉土2MLMI亚粘土717中塑性粘土10CI粉质中塑性粘土10CIM粘 土17高塑性粘土26CH极高塑性粘土40CE粘粒土（细粒土）的塑性指数表 表1 从表1中可以看出粘性土的分类和定名与

22、国标是不同的，而且桥涵规范与公路土工试验规程中的定名也不一致，这是因为缺乏按公路土工试验规程分类的地基土承载力，所以桥涵土的分类和定名还是按原规范执行，而路基土的分类和定名是按公路土工试验规程执行的。桥涵规范中土的液限值是指76g锥下沉10cm含水率，而路基土的液限值是指100g锥下沉20cm的含水率，两者相差较大。试验表明，100g锥下沉20cm测得的含水率作为液限与美国ASTM D423碟式仪测得液限时土的强度（平均值一致）。两者的关系如下：（-76g锥求得的液限，；-碟式仪求得的液限，。） 碎石类土的分类，桥涵规范的分类方法与国标一致，而公路土工试验规程中卵、砾石的分界粒径为60mm（国

23、标为20mm）。粘性土状态的分类粘性土的状态按液性指数划分表 表2分级液性指数（）坚硬、半坚硬状态0可塑状态硬 塑00.5软 塑0.51.0流塑状态1.0表2是桥涵规范中粘性土状态划分表，从表中我们可以看出与国标的不同。国标石按液性指数5分的，而桥涵规范4分。国标0.250.75定位可塑状，而桥涵规范是以液性指数0.5为界划为硬塑和软塑。岩石的风化程度风化程度风化系数（）野 外 特 征微风化0.8岩质新鲜，表面稍有风化迹象弱风化0.40.81 结构未破坏，构造层理清晰。2 岩体被节理裂隙分割成块碎状（2040cm），裂隙中冲填少量风化物。3 矿物成分基本未变化，仅沿节理面出现次生矿物。4 锤击

24、声脆，石块不易击碎，不能用镐挖掘，岩心钻方可钻进强风化0.20.41 结构已部分破坏，构造层理不甚清晰。2 岩体节理裂隙分割成块碎状（220cm）。3 矿物成分已显著变化。4 锤击声哑，碎石可用手折断，用镐可以挖掘，手摇钻不易钻进全风化0.21全部破坏，仅外观保持原岩状态。2风化裂隙分割成散体状。3除石英外，其他矿物均变质成次生矿物。4碎石可用手捏碎，手摇钻可钻进岩石风化程度表 表3从桥涵规范岩石风化程度表（表3）中我们可以看出其与国标中岩石风化程度的划分是有区别的。在风化程度的划分中桥涵规范比较注重岩体的完整性。二.公路工程地质勘察阶段的划分 公路工程地质勘察阶段的划分是与公路的设计阶段相匹

25、配的，分以下几个阶段：1可行性研究工程地质勘察预可行性研究工程地质勘察目的：根据国民经济与社会发展规划、公路网规划和公路建设规划等要求，通过现有资料的分析研究，从工程地质条件论证工程方案的可行性与合理性，为编制预可行性研究报告（项目建议书）提供必要的工程依据。任务：收集现有地质资料，重点研究影响拟建工程方案的特殊性岩土、不良地质条件及重点工程（大桥、隧道）处的地质环境；概略了解拟建公路走廊带内的地形地貌、水文、气象、地质、地震等自然条件，沿线筑路材料分布状况与采运条件等对工程的影响程度；提供编制预可行性研究报告所需的地质资料。采用的勘察方法：本阶段的工作主要以收集资料和遥感、工程地质调查为主。

26、成图比例尺一般采用1：5000001：100000。可行性研究工程地质勘察目的：了解本公路所在地的工程地质特征各工程方案的一般地质条件与控制工程方案的主要地质问题，为拟定路线走向、桥位工程方案的比选及编制可行性报告（立项，工程量和投资估算）提供地质资料。任务：研究区域地形地貌、水文、气象、地层岩性、地质构造、地震、不良地质、水文地质条件及其与工程的关系，对工程所经地区的工程地质条件作出初步评价；对控制路线方案的大桥桥址、隧道在了解其工程地质条件的基础上，提出桥址的比选意见和隧道的比选方案；对控制路线方案的不良地质、特殊性岩土地段，了解其类型、性质、范围及其发生和发展情况、评价其对公路工程的影响

27、程度，并提出防治意见。采用的勘察方法：本阶段的勘察在收集资料的基础上以遥感、工程地质调查为主，并辅以重点地段的勘探。此时的调查主要是对沿线及重大工程进行调查，发现并研究关键性的工程地质问题。成图比例尺一般采用1：100001：50000。初步设计工程地质勘察目的：在工程可行性研究的基础上进一步做好地质选线工作，为优选路线及路基方案、桥位方案、隧道位置、洞口位置及编制初步设计文件（路线方案比选，工程量和投资概算）提供必要的工程地质依据。任务：查明拟建公路场地的区域地质、水文地质、工程地质条件并作出评价；初步查明不良地质、特殊性岩土的类别、范围、性质评价其对工程的危害程度，提供避绕或治理对策的地质

28、依据；初步查明路基、桥梁、隧道的工程地质条件及主要地质问题，为各方案比选论证提供必要的地质依据；提供编制初步设计文件所需的地质资料。采用的勘察方法：本阶段采用工程地质调查与测绘、物探、钻探、原位测试、室内试验等综合勘察勘察的方法。工程地质调查与测绘工作主要在本阶段进行。勘探工作重点是对路线走向方案、线位影响较大的不良地质、特殊性岩土及重大构造物地段，对地质条件简单的一般路段，间隔一定距离也应有勘探点控制。工程地质调查测绘手图比例尺一般采用1：2000，工程地质平面图比例尺一般采用1：100000，但对路基、桥梁、隧道工点和不良地质地段，另绘比例尺1：2000。施工图设计工程地质勘察（详勘）目的

29、：是根据已批准的初步设计文件中所确定的修建原则、设计方案、技术要求等资料，有针对性地进行工程地质勘察工作，为确定公路路线、桥梁、隧道等工程构造物的位置和编制施工图设计文件（工程量和投资预算），提供准确、完整的工程地质资料。任务：在初勘基础上 进一步查明场地的工程地质条件，最终确定公路路线和构造物的布设位置准确提供工程和基础设计、施工所必需的地质参数；对初勘拟定的不良地质、特殊性岩土防治的方案，具体查明其分布范围、性质，提供防治设计必需的资料和参数。采用的勘察方法：本阶段采用的方法和初勘阶段是一致的，只是在初勘的基础上作进一步的补充。此时的工程地质调查与测绘工作也是对某些专门性的工程地质问题或初勘时遗漏的的问题进行必要的补充。勘探工作的重点布设在不良地质和特殊性岩土路段及构造物位置。成图比例尺一般1：2000，隧道进出洞段1：500。三公路工程地质勘察中常见的问题1公路工程地质勘察中常见的不良地质问题 崩塌、滑坡易引起路堤、桥基、路堑边坡、 隧道进出洞口仰坡失稳。 随着山区高等级公路建设速度加快，大量在建或待建的公路将穿越不良地质条件区，滑坡灾害的危害性