巖土工程的可靠度研究淺述

縱 雷

（無錫市勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 無錫 214000）

一、前言

在巖土工程當(dāng)中，傳統(tǒng)的分析方法就是定值分析法，但是由于工程中各要素的不確定性，采取定值分析法分析出來的各項(xiàng)數(shù)據(jù)和實(shí)際情況都存在差別，所以出現(xiàn)了一種新的方法：可靠度分析法。可靠度分析法從產(chǎn)生以來不斷地發(fā)展，并在定值分析法的基礎(chǔ)上，不斷吸取經(jīng)驗(yàn)，完善自身。在本文中，筆者也會(huì)對(duì)可靠度分析法的特點(diǎn)，以及各個(gè)計(jì)算方法的適用和優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行剖析。

二、傳統(tǒng)巖土工程的概述

在用傳統(tǒng)的方法計(jì)算巖土工程的時(shí)候，一個(gè)重要的參照指標(biāo)就是安全系數(shù)，其所有的參照的數(shù)值比如巖土的物理學(xué)指標(biāo)還有巖土所承受的壓力都是確定的，所以經(jīng)過一系列的計(jì)算，其最終得到的結(jié)果也是相對(duì)確定的。這種方法是傳統(tǒng)上的計(jì)算方法，它有著一個(gè)很大的弊端，就是沒有考慮到各個(gè)參數(shù)在實(shí)際施工當(dāng)中是有變化的，每個(gè)工程的性質(zhì)不一樣，安全系數(shù)對(duì)于它們來說意義也都不一樣。換句話說，安全系數(shù)有多高對(duì)整個(gè)工程的安全程度來說，并不是全部的指數(shù)。大家都知道，土體自己是在不斷變化的，其測(cè)量的指標(biāo)也是不確定的，所以所測(cè)量的物理力學(xué)指標(biāo)就有一定的離散性；并且，巖土所承受的重量是不一定的。因此，這就造成了土體響應(yīng)的不確定性。通過公式計(jì)算出來的數(shù)據(jù)只是針對(duì)一種或者某一類響應(yīng)的估測(cè)，和實(shí)際的結(jié)果可能會(huì)存在出入。因此，人們開始逐漸摒棄了傳統(tǒng)的定值分析法，產(chǎn)生了新的分析方法--可靠度分析法，并不斷發(fā)展。

三、可靠度的概述

通過上文所述可以看出，在一個(gè)工程在原先設(shè)計(jì)的時(shí)候，所參考的各項(xiàng)因素都是會(huì)隨時(shí)變化的，所以對(duì)于結(jié)構(gòu)物來說，它的設(shè)計(jì)具有不確定性，按照原本的設(shè)計(jì)所建造出來的結(jié)構(gòu)物，我們不能保證其絕對(duì)的安全，這是大家都知道的。但是傳統(tǒng)意義上的計(jì)算方法采取的是定值法，它的意思就是說，只要設(shè)計(jì)時(shí)各項(xiàng)指標(biāo)都符合標(biāo)準(zhǔn)，理論上，按照該設(shè)計(jì)建出來的構(gòu)造物是肯定安全的。但是，如果用可靠度的理念來分析這個(gè)問題，得出的結(jié)論就是不一樣的。它強(qiáng)調(diào)的是按照這項(xiàng)工程的設(shè)計(jì)，建造出來的結(jié)構(gòu)物一定是有風(fēng)險(xiǎn)的，只是風(fēng)險(xiǎn)有大有小。可靠度分析法是在常規(guī)的定值分析法上面建立的，其在解題思路和計(jì)算方法上都有很大的飛躍。因此，該種方法在近20年當(dāng)中飛速地發(fā)展，在建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候得到了很大的應(yīng)用。同時(shí)，可靠分析法和定值分析法是相輔相承的，二者并不矛盾，前者是在完善后者的基礎(chǔ)上建立起來的，后者為前者提供了發(fā)展所需的資料。在可靠分析法當(dāng)中，重要的因素就是經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，這些在定值法中都可以找到。定值法是衡量工程質(zhì)量安全以及優(yōu)異程度的統(tǒng)一指標(biāo)，同時(shí)也可以對(duì)工程中多變的因素進(jìn)行定量分析。

四、可靠度分析的特征

1 在用可靠性分析法分析時(shí)，所采取的計(jì)算方法、解題技巧都和傳統(tǒng)意義上的計(jì)算方法、解題思路不一樣，而且比傳統(tǒng)的解題方法更加符合實(shí)際，所以更科學(xué)、合理。

2 在運(yùn)用可靠度分析法的時(shí)候，其度量有一個(gè)統(tǒng)一的指標(biāo)，該指標(biāo)是關(guān)于結(jié)構(gòu)的安全的，對(duì)于會(huì)出現(xiàn)的各種多變的因素，都會(huì)對(duì)其進(jìn)行定量的考慮，使整個(gè)建筑物在設(shè)計(jì)的時(shí)候更加的可靠和安全。

3 早期是先由定值設(shè)計(jì)法，經(jīng)過多定值設(shè)計(jì)法中存在的各項(xiàng)弊端不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和改正，發(fā)展出了可靠度分析法，可靠度分析法是新出來的一種分析方法，必須依靠定值法做提供的一些資料參考，才可以不斷地完善自身。

五、幾種常見的計(jì)算方法的比較

可靠度分析的計(jì)算方法很多，一般運(yùn)用比較多的就是蒙特卡羅法、一次二階距法、JC法、高次高階矩法等等，通過分析研究，可以得出的結(jié)論是，在運(yùn)用一次二階距法的時(shí)候，一定要對(duì)變量進(jìn)行當(dāng)量正態(tài)化，因?yàn)樵趲r土工程當(dāng)中，對(duì)數(shù)正態(tài)分布對(duì)于那些不確定的因素影響很大。但運(yùn)用一次二階距法的時(shí)候，運(yùn)算量很大，并且過程復(fù)雜冗長(zhǎng)，計(jì)算出來的結(jié)果和實(shí)際會(huì)存在很大的差距。在可靠度的失效概率比較小的時(shí)候，就不要用蒙特卡羅法，因?yàn)椴贿m合；Duncan法是對(duì)上述兩個(gè)方法的完善與改進(jìn)，是最常用的一種可靠度的分析方法，它計(jì)算比較準(zhǔn)確而且也不復(fù)雜，受人們歡迎。

六、可靠度分析法的發(fā)展

相對(duì)于傳統(tǒng)的定值分析法來說，可靠度分析法無論是在解題方法、計(jì)算公式還是在概念上、最終結(jié)果的表示上都遠(yuǎn)勝于定值分析法，它要比前者更加的精確和科學(xué)，所以在土木工程當(dāng)中，我們會(huì)看到可靠度分析法越來越多的被運(yùn)用。但是在巖土工程中，可靠度分析法發(fā)展的還不是很快，還要有很長(zhǎng)的一段時(shí)間。在國(guó)外，很多巖土工程都采用了可靠度分析法，并且也取得了一定的成功，給我們提供了很好的案例。但是，在巖土工程的領(lǐng)域，很多工程師對(duì)可靠度分析法還是有自己一些不一樣的看法，還有一點(diǎn)是因?yàn)楹芏嗟墓こ處煵⒉皇煜じ怕式y(tǒng)計(jì)的理論，對(duì)如何使用可靠度分析法還存在著疑惑，但是就可靠度分析法本身來說，其還不是完美的，還存在著各種各樣的問題，有待專業(yè)人士的解決。就算專業(yè)人士對(duì)這些問題作出了解答，但是對(duì)于工程師來說，其還是不能完全地理解與接受。這就對(duì)從事可靠度研究的專業(yè)人士提出了要求，要使得理論能夠更加通俗易懂，并且方法也能更加簡(jiǎn)便易行。就中國(guó)的實(shí)際情況，可靠度分析法在巖土工程當(dāng)中還沒有廣泛運(yùn)用，只是處在萌芽的時(shí)期，只要有正確的發(fā)展對(duì)象和發(fā)展方法，通過自我的不斷完善，還是有不斷提升的空間的。

結(jié)語

我國(guó)巖土工程的可靠度研究還是處在發(fā)展階段，其計(jì)算方法、解題思路較定值分析方法來說已經(jīng)進(jìn)步了很多，但分析其自身，還是會(huì)發(fā)現(xiàn)很多的問題，這就要求各方人士共同努力，解決這些問題，簡(jiǎn)化計(jì)算方法，使得可靠度分析方法可以在巖土工程當(dāng)中得到越來越廣泛地運(yùn)用。

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