岩土工程的可靠度研究

摘要：岩土工程可靠度分析就是确定工程的失效概率来度量工程可靠性，并进行可靠度分析与优化设计。目前的岩土工程可靠度计算方法主要有一次二阶矩法、高次高阶矩法、数值模拟法、模糊可靠度分析及人工智能方法。各方法的计算原理、精度和效率差异较大，有各自的应用条件。

关键词：岩土工程可靠度 研究

中图分类号：D911文献标识码： A

前言

在传统的岩土工程计算中，人们习惯以安全系数作为岩土工程的评价指标，将岩土的物理力学指标和作用在岩土体上的荷载都作为确定性值来处理，因此得到的结果也是确定性的。这种计算方法，未能考虑设计变量中任何客观存在的变异性，某个一定的安全系数值，对于不同的工程未必具有同样的意义。也就是说，安全系数的大小并不能完全确切地表征工程的安全程度。众所周知，岩土体的物理力学指标存在离散性，这种离散性是由土体本身的变异性和测定指标的不确定性造成的；同时，作用在岩土体上的荷载，也常常带有不确定性。显然，岩土体的响应并不是确定性的。计算的结果只是人们对于某种响应的一种估计，计算结果与实测结果之间存在着一定的差异。”

一、常规的定值设计法及其不足

众所周知，工程的设计是在大量的不确定性和存在某些未知因素的情况下进行的。长期以来，工程技术人员将各种设计条件、吾种指标和参数都定值化．并选用一定的计算模式来进行计算。而把那些未知的、不定的因素都归结到一十单一的安全系数上。这就是常用的所谓定值设计法。然而安全系数的确切意义是什幺，它与建筑物的安全性到底有什幺联系，它如何取值等一系列问题都不是根清楚。在我们现实的工程问题中+常常台出现这样的情况．两种建筑物的安全系数相同，但其安全程度并不一样．甚至安全系数大者．安垒程度反而低．困此常规的定值设计法在安全度方面没有统一的度量标准。而且在引凡安全系数的同时，还引入了一十新的不确定性。诚然，工程技术人员凭借长期积累的经验和娴熟的判断不确定性的能力。也常常做出成功的设计来，但这到底还是不得己而为之．因为科学的发展在当时前没有给工程技术人员提供更好的理论和方法。

二、可靠度设计方法的兴起

由于常规定值方法的不足，使得工程技术人员对于建筑物中存在的不确定性分析得不够透彻，常常会使得工程造价过高，造成很大的浪费。近年来，随着可靠度分析的发展，为改善这种状况提供了一个有希望的前景。

三、可靠度分析的概念

可靠度分析最本质的一点是力图定量考虑工程中的各种不确定性。这种不确定性是工程勘测、试验、设计计算，以及施工的每一个环节都存在的，因此可靠度分析的概念也要贯穿在工程的各个环节当中去。

四、可靠度分析的特点

1可靠度分析在概念上，解题的思路和方法上，计算成果的表达上均与常规方法有很大的不同，而且它比常规方法更加合理。

2既然结构物的设计是在许多不确定的情况下进行的，因此很难说设计出的结构物是绝对安全的或绝对不安全的。因为可靠度设计法承认设计出的建筑物都有风险．只是风险大小而已，风险大的设计，破坏的可能性大，破坏损失也大，但工程投资较小；反之，则投资较大而破坏损失小。但对于定值设计法来说，只要满足要求的安全系数．则设计出的结构物就是安全的。从两个方法的比较可以看出．可靠度分析的方法比较符合实际，因此也比较科学。

3可靠度方法中有一个统一的度量工程结构安全程度的标准，而且能对各种不确定性分别地加以某种形式的定量考虑，这就使得工程结构物设计得更为安全和经济。

4可靠度分析方法是在定值设计方法的基础上发展起来的，所以在可靠度分析应用的初期阶段，还必需凭借常规定值设计法所积累的经验和资料．才能使可靠度分析方法发展和逐步完善。

五、岩土工程的特点及其不确性来源

1、岩土工程常常包含一个巨大的天然和人工土体。天然土体的工程性质因地质起源、地质历史及环境条件而变化，常常存在地区上和地层上的差别。人工土体的工程性质也因填料选用、填筑方法和填筑质量的不同而不同。因此土体的工程性质只能在勘察设计或者填筑期间通过对有限个测试点或有限个试样的测试结果的概率统计分析来判断，远不象其它工程材料那样．可以按统一的规格和严格的工艺进行系列化生产，其工程性质的随机变化可以较容易地用长期积累的大量测试数据和概率统计方法进行比较精确的预估。

2、岩土工程性质测试中需要控制的边界条件、初始条件和加荷条件都比较复杂，实施起来比较困难+其与实际的差别就可能比较大．因此测试结果常常不能比较确切地反映真实情况

3、岩土工程中的各种力学计算方法不及其它工程结构的完善和成熟，由于计算方法不精确所可能引起的误差比较难于精确估计，所以进行岩土工程实例的分析研究就比其它工程结构更加困难。所有这些特点，造成了岩土工程可靠性设计中的一些特殊困难。需要通过不断实践和不懈的努力才能逐步加以解决。

六、可靠度分析方法在岩土工程中的应用前景

由于可靠度设计途径在概念上、方法上和成果表达上都比定值更为明确和合理，故它在结构工程中的应用日趋广泛。但在岩土工程中还有一些问题需要解决．还有一段路要走。国外岩土工程的可靠度的实用方面已有一些成功的实例。然而在岩土工程界。对可靠度分析的应用仍有不同的看法，这一方面与岩土工程师对概率统计理论和可靠度分析方法不熟悉有关，但是方法本身的不够完善．有些问题尚未解决，或者有些问题虽然解决了但尚未简化到工程师可以接受的程度有关。这就要求从事可靠度研究的岩土工作者们要加倍努力．争取使可靠度分析方法更加完善和合理，理论上既要正确，方法上又要简便。

就目前来论，岩土工程可靠度的研究工作虽还没有达到广泛被接受阶段，但我们可以认为．它的方向是对的，具有生命力，随着方法的完善和使用经验的积累，可靠度分析方法必将在岩土领域中推广。事实上国际上近几年来编制的一些标准和手册开始列入此方面的内容。如加拿大的“岩土工程手册”中，给出了总安全系数方法和建筑物在概率理论基础上的分项系数方法。欧州规范的地基基础设计规范采用极限状态设计法，并用分项系数描述设计表达式。正在编制的“国际岩土工程标准”中给出了不同安全等级岩土工程的可靠性指标建议值。我国《建筑地基基础的设计规范》中有关承载力方面．承载力采用标准值及引入变异系数的概念，这些都是岩土可靠度分析走向实用的一些标志。

结束语

影响一个建筑物的安全性的因素都不同程度地存在不确定性。传统的定值设计法采用一个总的安全系数笼统地来考虑这种不确定性。可靠度设计方法是企图定量地研究这种不确定性，并估计它对建筑物的安全性的影响，其特点之一是采用分项系数，分别研究各个影响因素，而且可以随着技术的进步，及时修改相应的分项系数，以获得更大的工程效益。电子计算机的出现绐科学技术的发展带来了奇迹般的变化。这其中也包括可靠度设计方法的发展。岩土工程领域可靠度设计方法，由于本身问题的复杂性其发展较结构工程稍晚一点 不过，自60年代末以来，可靠度方法在岩土工程中的应用正日益广泛。在某些不确定性较大的岩土工程领域已获得较大发展。目前，逐步形成了一条与定值法平行的独立的设计途径。

参考文献

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