環境巖土的不確定性分析及工程勘察風險評估

【摘 要】提高城市現有空間的利用率是在城市土地資源有限的大背景下合理開發和利用城市空間資源的重要途徑，城市建筑建設的地下化和高層化便是提供城市現有空間利用率的具體表現。為了能夠為日后的城市建設提供提供更加可靠的技術支持，需要對城市的環境巖土特性及其條件進行全面地了解，將因為城市環境巖土的不確定性導致的工程勘察風險等級降到最低。本文以環境巖土的不確定性和工程勘察風險的評估原理為基礎，分析和探討了巖土工程勘察風險控制的相關控制方法。

【關鍵詞】工程勘察；城市環境巖土；不確定性分析；風險評估

前言

城市巖土工程是一項高度綜合、非常系統的工作，不論是工程勘察、工程設計、工程監測還是工程施工，均具有非常高的專業性。從巖土工程師的角度來看，怎樣依照地質條件和工程目的來建設符合設計要求、滿足使用標準的優質工程才是他們關心的重要問題之一。因此解決工程建設當中的巖土技術問題的重要性便體現了出來。然而，城市環境巖土存在著諸多的不確定性。導致城市環境巖土不確定性的重要原因主要有兩個方面：巖土自身的不確定性和巖土勘察人員自身認知問水平的限制。為了能夠為日后的城市建設提供提供更加可靠的技術支持，需要對城市的環境巖土特性及其條件進行全面地了解，盡可能降低工程的勘察風險。

1 環境巖土的不確定性以及工程勘察風險

1.1 環境巖土的不確定性

地質體是環境巖土工程勘察的主要對象，它在漫長的地質活動當中逐漸形成的，工程勘察人員無法利用肉眼進行直接觀察或者利用手進行直接觸摸。巖土體的成因不同，導致其不確定性的因素也具有很大差異。導致城市環境巖土不確定性的重要原因主要有兩個方面：首先，巖土自身的不確定性，即自然形成的巖土垂直方向上的變異性以及層面界限的模糊性均是人根本無法進行控制的。其次，巖土勘察人員自身認知問水平的限制。巖土勘察人員在進行勘察時所采用的鉆探試驗方法、樣本抽樣方式、試驗操作、測試以及取值計算等均是隨機分布的，這也導致了環境巖土的不確定性。

因此，巖土工程勘察的不確定性可以總結為以下幾個方面的內容：第一，巖土體本身的空間變異性。巖土體在形成的過程中不僅需要經過長時間的歷史變遷，還需要經受多重的沉積作用，尤其是物理力學作用在空間作用上無規律性，導致巖土體表現出各向異性以及非均質性；另外，巖土工程勘察人員在對巖土體進行工程勘察的過程中，各種誤差和偏差在所難免，也導致了巖土工程勘察的確定性。第二，試驗方式選取的隨機性。巖土試驗的確定由試驗人員及其現有的試驗儀器來確定，其中，試驗人員的主觀性在其中發揮著重要作用，由此的誤差不可避免。第二，計算公式的不確定性。通常為了降低計算的繁瑣程度，在定量分析巖土工程勘察結果時的理論公式、經驗公式以及半經驗公式均是在一系列假定與某些簡化處理之后獲得的，這樣的處理必然導致計算結構和巖土實際情況的差異。

1.2 巖土工程勘察的不確定性評估與風險等級確定

第一，巖土工程勘察的不確定性評估。巖土工程勘察工作需要在地基土層空間的查明工作中確定以下兩個方面的內容：土的類別及其空間變化。首先，土的類別主要是要查明該區域的土是粉細砂、砂質粉土還是粘土。其次，土的空間變化主要是對土類出現變化的具體空間位置進行確定，例如，分層界限的標高、深度等等。為了嚴格有效保證巖土工程勘察的無產能夠被有力控制在有效范圍內，必須要嚴格控制確定土的類別及其空間變化過程中的誤差。影響土的類別確定的準確性的因素主要包括以下方面：土類復雜性、技術水平、勘探方法、室內土的分類指標試驗等；影響土類空間變化的因素主要包括以下幾個方面：技術水平、勘探方法、高程測量精度、定位測量精度、勘探環境、儀器精度、土類土層的差異性等等。巖土工程勘察的不確定性評估具有高度的系統性，因此，只要土的類別及其空間變化（包括下屬的各種因素）的勘測出現問題，便會影響整個巖土工程勘察的不確定性評估精度。

第二，巖土工程勘察的風險等級確定。經過有效解釋風險結果之后，并能夠對風險事故的等級進行確定。判定的依據參考見表1。

觀察上述表格我們知道，風險發生概率等級主要分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ等五個等級，其判斷標準是環境影響程度、經濟損失情況以及人員傷亡等級。如果發生了上述兩種以上（包括兩種）的損失情況，風險發生概率等級的判定則需要采用就高原則。

2 巖土工程勘察風險控制的相關控制方法

第一，在第一類不確定性因素中，即巖土自身的不確定性，由于巖土體自身的不確定性是天然的，問題本身就成為重要的風險管理點。巖土的工程地質問題主要有：巖溶的工程地質問題，黃土濕陷性工程地質問題，河床漫灘相的流砂、潛蝕和砂土液化問題，厚層沉積盆地的軟弱下臥層問題，地震頻發區的場地和地基的穩定性問題，基巖山區的滑坡、崩塌、泥石流問題，巖石地基的軟弱結構面問題，凍土地區的凍融問題，以及軟土地基的人工治理問題等等。不同的場地可能有不同的工程地質問題，也就不同的解決方法。首先提出問題，然后去驗證它，回答是有還是沒有，結合工程實際，解決具體巖土工程問題，提出地基與基礎設計方案，并應滿足工程適用性、安全性、耐久性、經濟性和可持續發展性。

第二，在第二類不確定性因素中，即人的認知程度的不確定性，它的風險控制管理點存在于對有關規范的理解程度和執行水平，不同的人是存在差異的。比如在取樣、運輸、樣品制備、試驗操作、取值、計算等。不同的人會得出不同的結果，甚至同一個人，同一個樣品也會得出不同的結果。巖土參數大多服從正態分布或對數正態分布，用概率統計方法，根據工程需要設置不同參數置信水平，得出不同置信水平的參數統計值。作為巖土工程師，必須做到的，就是認真執行有關規范，盡量縮小人為因素帶來的誤差，就等于最大限度的控制了風險。

3 結束語

城市環境巖土問題主要是指在城市進行大型的巖土工程活動當中造成的環境問題，目前已經成為城市的主要環境問題之一，直接制約著城市的可持續發展。尤其是在城市化進程持續快速發展的今天，城市環境巖土的不確定性對城市發展造成的不利影響越來越大。分析環境巖土的不確定性，并對工程勘察風險進行科學評估，其現實意義重大。

參考文獻：

[1]Shen J，Chen L. A new approach to solving nonlinear programming[J]. Journal of Systems Science and Systems Engineering 2002(01)：102-103.

[2]姜英德，李凱，樊甜芳，張琦，衛星，牛犇. 巖土工程勘察的風險控制[J]. 化工礦產地質，2010，(04)：155-158.

[3]李于輝，張季超，丁曉敏，龔健. 廣州地下空間開發利用的環境巖土工程問題[J]. 地下空間與工程學報，2009，(01)：120-123.

[4]傅煒. 地下空間開發中面臨的環境巖土工程問題的研究及對策[J]. 建筑施工，2004(02)：140-142.

[5]楊銳，阮廣雄，寧培淋，張建同. 采用模糊綜合法評判廣州大學城區域環境巖土工程特性研究[J]. 四川建筑科學研究，2010，36(4)：113-114.