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水 利 学 报

2022年5月 SHUILI XUEBAO 第 53卷 第5期

文章编号：0559-9350（2022）05-0608-13

小样本条件下砂砾石坝料级配特征参数的贝叶斯估计方法

刘 彪 ，赵宇飞 ，陈祖煜 ，王 毅 ，王文博 3
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（1. 中国水利水电科学研究院 流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 100038；
2. 中国水利水电第八工程局有限公司，湖南 长沙 410007；3. 中国水利水电第六工程局有限公司，辽宁 沈阳 110179）
摘要：筑坝材料干密度具有强烈的级配相关性，受 P5 含量、最大粒径、曲率系数等级配特征参数的影响尤为显
著。然而在实际工程中，坝料级配参数通常是在大坝碾压施工结束后采用筛分法对质量检测试坑挖取的坝料进
行筛分得到的。对于某一填筑单元工程而言，碾压区域的挖坑检测数据极少，导致目前大坝碾压智能监控系统
中的土石方压实质量评估模型并未能够有效地考虑级配特征参数对压实质量的影响。鉴于此，为构建大坝填筑
材料级配特征参数的总体分布，本文以大石门水利枢纽沥青混凝土心墙砂砾石坝的坝壳料碾压质量挖坑检测得
到的小样本级配数据为研究对象，通过拟合优度检验确定以威布尔分布为小样本数据的分布模型，并利用参数
化 Bootstrap 方法和非参数核密度估计法确定了小样本数据条件下待估参数的先验分布。进而利用贝叶斯理论结
合现场某一碾压单元质量检测挖坑试验数据对先验分布加以修正得出了待估参数的后验分布。最后采用混合
Gibbs抽样方法对后验分布进行模拟仿真求解，给出了基于贝叶斯理论的两参数后验威布尔分布估计结果，为大
坝填筑施工过程中实时准确评估砂砾石坝料的压实特性提供了重要的数据支撑。
关键词：级配特征参数；小样本数据；威布尔分布；贝叶斯方法；混合Gibbs抽样
中图分类号：TV41 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20210799

1 研究背景

砂砾石料作为一种无黏性的粗粒土材料，因其压实后具有较高的强度和变形模量，且对不同的
地基条件具有良好的适应性等优良工程特性而在水利工程中得到了广泛的应用。新疆南疆地区地域
辽阔，河床覆盖层厚，天然砂砾石料广泛分布于河床和戈壁沙漠，储量丰富。当地砂砾石坝因筑坝
材料就地取材、结构简单、变形适应性好、施工工序少等优点，成为该地区水利水电开发过程中普
［1］
遍选用的坝型 。在砂砾石坝的填筑施工过程中，准确把握施工过程中碾压参数和筑坝材料的级配
特征参数是保证大坝填筑施工质量的关键。近年来随着大坝智能化建设水平的提升，大坝碾压智能
监控系统实现了对碾压施工参数的全过程、精细化控制，为我们准确把控施工过程中的碾压参数提
供了便利 ［2-3］ 。而对于筑坝材料的级配特征参数而言，由于坝料的级配特性受母岩特性、产生原因、
空间分布等不确定因素的影响，当前采用试验方法仍然是确定其参数最直接、最可靠的方法，也是
大多数理论和经验估值的重要依据 。已有研究表明，筑坝材料的压实质量（用干密度作为控制指
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标）具有强烈的级配相关性，受P5含量、最大粒径、曲率系数等级配参数的影响尤为显著 。准确把
握填筑单元坝料的级配特征参数不仅有助于研究筑坝材料物理力学特性（渗透系数、强度参数及变形
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特性参数） ，而且有助于确定筑坝填筑标准及施工质量控制。
在实际工程中，筑坝材料的级配特征参数常采用筛分法进行确定，这种试验方法存在采样率低，

收稿日期：2021-09-01；网络首发时间：2022-03-24
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网络首发地址：https：/kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20220322.1329.001.html
基金项目：中国水科院三型人才专项项目（GE0145B022021）
作者简介：刘彪（1992-），博士生，主要从事大坝施工质量智能监测与评估研究。E-mail：lbiwhr@163.com
通讯作者：赵宇飞（1979-），博士，正高级工程师，主要从事岩土工程研究。E-mail：zhaoyf@iwhr.com.
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