巖土工程的可靠性分析

聶祝送

摘 要：隨著我國經濟的飛速發(fā)展，作為我國國民經濟的支柱產業(yè)之一的建筑業(yè)，也發(fā)生著日新月異的變化。伴隨著建筑業(yè)的快速發(fā)展，對于建筑物的安全性的要求也越來越高。而巖土工程作為建筑工程項目中的重要組成部分，它的可靠性與否，必然備受關注，并且正處在機遇與挑戰(zhàn)的市場環(huán)境之中。

關鍵詞：巖土工程；可靠性；分析

一個建筑物的安全可靠性的影響因素有很多，并且這些影響因素存在著各種不確定性。如何解決這種不確定性問題，這將是一個重要的問題。以前通常是靠一個總的安全系數來確定安全與否，現在則初步形成了一種相對科學的解決方法。通過采用分項系數，對影響因素進行一一分析，探索出它們的具體特點，進而運用可靠度設計方法來評估不確定對巖土工程的安全性的影響。隨著科技的不斷進步，這種設計方法能夠更加及時的修正相應的分項系數，所以已經被廣泛應用，并且為巖土工程帶來了更大的效益。

1 地層資料的概率分析

在巖土工程評估可靠性的過程中，必須要對地層資料的概率進行合理有效地處理，地層資料的概率處理是這一過程中的關鍵。這是因為這種概率處理方法對解決地質分析中的不確定因素十分有效。并且地質資料內容非常豐富，這里將主要談談如何對場地巖土材料進行鑒別與如何推斷空間地質特征以及如何判別異常地質點。

1.1 場地巖土材料的鑒別與空間地質特征的推斷。巖土工程中之所以存在著諸多的偶然性與不確定性，最主要的原因是鉆孔資料與相應的地質信息都十分有限，整個場地的地質情況都要依靠工程師的判斷，這就必然帶來許多誤差。例如對土層的區(qū)分錯誤，誤把粘土當成砂土。但是如果采用對地層資料的概率進行處理的方法來判別土層則會減少甚至杜絕這種誤判現象。圖1為某處根據鉆孔和靜力觸探試驗所繪出的海底下一定深度處出現粘土層的概率圖，鉆孔共8 個，在擬建的建筑物附近，兩孔為粘土，一孔為砂土，等值線表示發(fā)現粘土的概率P。

概率方法除了可以鑒別場地的巖土材料外，還可以進一步的對鉆孔之間的抵著特征進行推斷以及對地層進行科學的劃分。曾經有人用常規(guī)方法和概率法分別對一個水壩的地基地層進行試驗研究，通過研究層面所得出的通過地層的滲透量，結果證明，采用概率法則更適合，因為它基本上可以為整個過程解決所有可能會出現的問題。

1.2 異常地質點（帶） 的判別。地層中包含著像粒狀土中的軟弱帶、粘土中的砂透晶體、土層、巖土中的空穴以及軟弱夾層等這樣的異常地質點（帶），因此我們在施工過程中一定要先弄清楚這些異常地質點（帶）存在的可能性、大概位置、尺寸以及位置，因為它們的出現將會給巖土工程產生諸多不利影響。

2 土性參數的概率分析

在巖土建筑物的設計中，影響巖土可靠性的還有一個不可忽視的因素就是土性資料，因為在對土性資料進行研究分析的過程中，也會出現不確定因素。據專家分析，土性資料的不確定性主要表現在土性參數的變異系數可達0.29，無法想象它比計算機模型的變異性影響還要大。這就要求我們對土性參數的變異性進行仔細研究。

2.1 土的空間平均特性和土性的相關性問題。土的空間平均特性主要表現為巖土工程的可靠性與否是由一定空間范圍內土的平均特性所控制。

土層具有不穩(wěn)定性特質，空間分布的土層會隨著空間的變化而變化。這也就是說，決定巖土工程性狀的是土的空間特性，對土性參數的概率分析問題實質上是一個隨機場問題。除此之外，不同的土層還具有區(qū)別性與相關性，土層會因空間分布而產生的沉積條件、沉積歷史和埋藏條件等聯系這種聯系會使土層之間產生一定的相關性，有了相關性，必然又相應的產生了一種相關距離。巖土在相關距離之內土性具有相關性，如果超過了這個距離范圍則土性不具備相關性。這里所說的相關性都是針對同一個參數而言的，也被稱為土的自相關性。與此相對的是，如果是兩個參數之間的相關性的話，則叫做互相關性。相關性與距離之間呈反比例關系。距離變大，相關性衰減；距離變小，相關性增強。如果用數學中的函數關系來模擬距離與相關性之間的關系的話，如圖2和圖3所示，它們?yōu)樽韵嚓P系數隨距離的變化曲線。可以看出，指數型與指數余弦型（取第一周期正值）都可以作為自相關函數用來描述土的自相關特性。

2.2 相關距離的研究。在巖土可靠度隨機理論中，可以說，巖土的相關距離是其中的一個重要參數，所以在巖土施工過程中要對相關距離進行認真求取與研究。除了應用上文所提到的利用數學關系與相關函數進行求取外，有關人與正在大力研究心得計算相關距離的方法。

土性的相關距離的影響因素有土的成分、沉積條件以及手和條件等等，從另外一個角度來看，土性的相關距離的因素由自然條件決定，就可以把土性的相關距離看作是土的一個屬性。所以，不同的土性參數應該有同一個相關距離，當然如果出現計算出錯、誤差以及其他因素的話，不同土性的相關距離也可能不一樣。例如以下幾個例子：某港化肥碼頭，土層為亞粘土，用相關函數積分法和空間遞推平均法求得深度方向相關距離為26 cm；武漢某倉庫貨棚工程，粘性土，用空間遞推平均法求得相關距離為30 cm ；深圳機場跑道，淤泥質亞粘土，用相關函數積分法得相關距離為26.25 cm。

2.3 土性的概率模型。土性的概率模型是判斷整個巖土工程可靠度中相當比較復雜的問題，但同時也是比較關鍵的問題，所以需要我們認真謹慎的對待。一般認為巖土特性參數的概率模型大都服從正態(tài)或對數正態(tài)分布，也有一些服從β分布或極值I 型分布的。例如長江某碼頭的亞粘土及粘土層的密度γ、凝聚力C 和內摩擦角φ均為對數正態(tài)分布，不排水強度q 為極值I 型分布。可以指出，當失效概率不特別小時，概率模型不同引起可靠度分析結果的差異并不很大。

3 結語

隨著改革開放以來，我國知識文化水平與科技水平不斷取得進步。伴隨著建筑業(yè)中巖土工程的快速發(fā)展，巖土工程的可靠性便成了整個工程的重點。通過對巖土工程的分析，了解到概率在巖土工程中的應用不斷得到推廣與應用，并且已經初步形成了一條獨立的設計途徑，它對處理某些不確定性較大的巖土工程有著十分重大的影響，能為巖土工程帶來較大效益。另外，定值設計法也是業(yè)內人員一直較推崇的方法，因為它也有一定的優(yōu)越性。總而言之，巖土工程的可靠性對整個工程來講是重中之重，我們一定要共同努力，相信在不久的將來，可靠性分析法在巖土工程中的應用會更加成熟，我國的巖土工程發(fā)展的會更加迅速。

參考文獻

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