實現巖土工程可靠性設計的路徑

陳爭玉

摘要：通常來說，建筑工程施工前期需要巖土工程對施工現場的巖體以及土質進行檢測分析，掌握施工現場中的不確定因素，以保證項目工程在整個施工階段的安全性。另外，為滿足社會金融經濟發展的需要，巖土工程逐漸在項目施工中扮演著穩固地基的角色。換句話說，巖土工程的施工質量直接影響了整個建筑工程的項目施工質量。因此，加強巖土工程的可靠性設計對于提高工程的施工質量，保證施工階段的安全性具有重要的意義。本論文從巖土工程可靠性設計的實現方面出發，闡述了巖土工程可靠性發展的歷程，說明了當前階段巖土工程可靠性設計中存在的問題。同時對我國巖土工程可靠性的現狀以及勘察需要遵守的原則進行了介紹，最后論述了巖土工程可靠性設計的具體運用。

關鍵詞：巖土工程；可靠性設計；發展歷程；存在問題；具體運用

通常來說，巖土工程的施工階段主要依靠于有限的且相互獨立的各種參數進行工程項目的實現，這種運作模式與當前階段建筑工程中的結構工程比較相似。由于巖土工程的施工特征，即在不確定性的施工環境進行項目地基的穩固，因此，在巖土工程的設計階段，需要建立非確定性的數學模型以及數學概率統計學進行數據信息的處理。

與傳統巖土工程項目施工設計相比，當前階段的巖土工程在設計階段改善了傳統設計中利用安全系數來表示施工安全度的問題，并在設計階段引入物理力學的相關理論，加強了巖土工程對于施工現場巖體以及土質結構承載能力的檢測效率，提高了巖體工程的項目設計質量，減少了建筑項目施工中的安全隱患。

1.巖土工程可靠性的發展歷程

1.1 可靠性理論的發展

可靠性理論最早出現在第二次世界大戰期間，在當時軍事專家在進行軍事器材檢測的過程中，為提高對軍事器材各個運作原理以及相應的結構零件進行深層此的了解以及研究，保證士兵在作戰過程中能夠高效的使用軍事武器打擊敵人，軍事專家參考當時的數學統計學以及概率學中的相關理論知識，創造性提出了檢測士兵軍事元件可靠性的方法，大大加快了軍事專家研究軍事器材的效率。

當第二次世界大戰結束以后，人們在處理日常生活中的問題時，逐漸發現了可靠性分析對于提高其工作效率的重要作用，于是出現專業的人才加強了可靠性理論的研究工作。隨著人們對于可靠性理論的不斷發現以及完善，可靠性理論逐漸成為了一種新型的研究性理論學科，即可靠性工程學。在1950年左右，人們逐漸將可靠性理論運用到進行建筑施工的土木工程領域，至此可靠性理論與巖土工程之間建立了一定的聯系。

1.2 我國巖土工程可靠性的研究

與西方國家相比，我國巖土工程可靠性理論的引進以及相關研究晚了將近20年。自巖土工程可靠性理論研究至今，我國巖土工程可靠性理論形成了獨居特色的發展特征。

盡管我國巖土工程可靠性的研究起步階段較晚，但是我國可靠性理論是上世紀七十年代，而我國改革開放政策的提出也是在七十年代。因此，為促進我國金融經濟的發展，我國城市化規模的建設在當時處于高頻時期，對于巖土工程可靠性理論在實踐中的檢驗提供了良好的環境。巖土工程可靠性理論發展至今，巖土工程可靠性理論的內容在一些方面已經能與國際先進理論比齊。當然，我國巖土工程可靠性理論的研究也存在諸多問題。例如，研究人員在巖石結構、巖土動力學、巖石力學物理機制與可靠性之間的關系等方面的研究仍不全面，因此，現階段仍然存在眾多的研究領域需要研究人員進行深層次的分析了解。

在近四十年的研究過程中，我國巖土工程可靠性理論獲得了一定的成績。其中較為突出的相關理論是建筑工程中沉降概率分析和巖土參數統計規律和滲透問題等方面。同時，我國根據自身的國情，加強了對樁基質量課題的研究，而在國際相關研究中，樁基理論的研究程度與我國存在一定的差距。

2.巖土工程可靠性設計面對的問題

在巖土工程可靠性設計階段，相關人員需要面對許多問題進行解決。例如，對巖土工程施工現場巖體結構、巖土的相關屬性、施工現場周邊的自然環境以及巖體與巖土承載能力等進行數據的收集，并且根據收集的數據進行相關參數的統計并作出預測。在施工現場進行勘測和采樣，并且進行模擬實驗。值得注意的是，設計人員應根據巖土工程的不確定性以及工程造價之間設計科學合理的決策方案。

3.巖土工程可靠性的現狀

3.1 我國巖土工程可靠性的現狀

當前階段，我國的結構設計是基于概率法以及極限狀態的基礎上運用分項系數設計進行項目工程的實施設計。而與結構設計相比，我國的巖土工程設計仍處于落后的狀態。在我國以樁基結構設計理論作為巖土工程的可靠性理論的引領，對于帶動我國巖土工程其他方面的理論發展具有重要的意義。

3.2 巖土工程運作時的主要特征

通常來說，巖土工程在實際運作階段，主要擁有三個特征，即天然性、巖土性能不確定性以及巖土屬性數據獲取較難。

相比結構工程的混凝土、鋼筋等認為設計的材料，巖土工程的材料主要是更多利用天然的巖石或者巖土，人們無法根據具體所需對巖石等天然性的材料進行元素結構的改造。由于我國國土面積廣闊，因此我國擁有多樣化的地質地貌。不同區域的巖石屬性通常存在較大的差異。同時在同一區域，隨著深度的不斷增加，巖土的性能也會存在變化。這種現象為施工團隊確定施工現場巖石土質的功能性質造成了一定的難度。一般來說，巖石或者巖土的各項屬性都是通過各種相關實驗獲取的各種屬性參數確定，并且參數獲取的過程要比結構工程屬性參數的獲取過程要更難。因此，巖土工程在試驗中花費的時間與經費要遠大于屬性分析與計算方面。

3.3 巖土工程勘察需要遵守原則

由于巖土工程在實施階段的三個特征，因此在根據《巖土工程勘察規范》在極限狀態和數學概率統計問題方面進行一些處理原則的規定。例如，巖土工程施工階段如果需要進行定量分析時，通常需要施工定值法進行數據的定制。在巖土工程的勘察結果文檔當中，應當根據施工現場不同的地質環境提供相應巖土的屬性參數值。

4.巖土工程可靠性設計的具體運用

傳統巖土工程在施工設計階段通過計算得到的可靠性系數與施工現場實際的可靠性系數存在差異。造成這種現象的主要原因是由于傳統巖土工程在進行可靠性系數計算時，僅僅考慮了整個巖土工程的安全系數，對于巖體以及巖土的相關荷載能力和物理力學進行忽視。所以，為得到更為精確的巖土工程系數，需要將安全系數和荷載以及物理力學進行有機的結合。

公式中的P代表了單樁豎向的承載能力，S代表了樁基頂部受到的豎向集中荷載效應，則與之對應的功能函數就可以表現為：Z=P-S。當且僅當P和S為對數正太分布的隨機變量是，則的相關技術公式則可以表示為：

其中U代表了樁基的橫面的周長，n代表了施工現場土層的厚度，li代表了承臺局面或底面沖刷下各個土城的厚度，Ti代表了與li對應的各個土層與樁基壁之間的極限摩擦力，A代表了樁底橫截面的面積，σR代表了樁尖處的極限承載力。

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