巖土設計中可靠性分析的應用

嚴偉洋

摘要：伴隨著經濟社會的不斷發展，巖土工程的發展需求也在不斷提高，而我國的巖土工程設計在實踐過程中，存在著許多的不穩定因素，使得設計工作當中存在著諸多變量，造成巖土工程建設過程受到了阻礙，容易造成工期的延誤。因此，為了提升巖土工程設計的設計質量和設計水平，需要通過具有較高可靠性的分析方式來保障巖土工程設計階段具有足夠的準確性。本文簡單介紹了巖土工程中容易遇到的不確定因素，并分析了巖土工程設計中的可靠性分析方法及其應用，希望廣大巖土工作者在巖土工程設計中能夠從中有所收獲。

關鍵詞：巖土設計;可靠性分析;應用

前言

在我國的長期的巖土工程建設實踐當中，由于經常遇到各種各樣的不穩定因素，將其造成的影響進行了簡單總結，不穩定因素一般都會導致設計中的大多數材料以及技術的詳細參數無法得到有效的控制，從而影響整個巖土工程設計工作，造成了整個工程的推進和建筑質量都會受到不良影響，針對這一情況的存在，相關巖土工程設計人員必須要在工程設計和建設中選取可靠的分析方法，通過提高設計決策的準確性和可靠性，確保巖土工程建設中的各項參數得以有效掌握。

1巖土工程設計中存在的不確定性

巖土工程設計過程中出現的不確定因素一般出自以下兩個方面，即自身方面和人為方面。首先，自身方面即是巖土工程自身存在各種變量，在實際工程建設過程中，容易出現與設計參數就有較大差別的情況;人為方面即是在巖土工程的設計階段，技術人員的個人工作素養不足或者計算失誤造成了設計方案本身存在著嚴重的問題。對于這兩種不確定因素的成因，巖土工程的設計工作者要在設計工作當中保持嚴謹和科學性。在選擇設計團隊組成人員的過程中，要認真篩選高素質的技術人員，要對工程建設所涉及的多種數據進行嚴格、系統的分析，掌握巖土自身變異的規律，再根據各種巖土參數進行工程可靠性評估，從而確保工程建設的有效實施。在我國傳統的巖土工程設計中，相關設計人員首先需要根據巖土樣本，進行一些物理力學方面的試驗，通過試驗及相關公式計算，掌握巖土相關參數，再根據參數判斷巖土工程建設的科學與否。由于該種方法摻雜較多的人為因素，即相關試驗操作人員及計算人員的誤差，最終導致判斷依據和實際存在較大差別。因此，為了有效避免上述問題的發生，目前多采用概率方法進行巖土工程設計可靠性的評估，由于該方法可以極大地彌補傳統方法中存在的不足，所以在巖土工程設計評估中得到了較為廣泛的應用[1]。

2巖土工程可靠性設計現狀分析

2.1我國巖土工程可靠性分析現狀

隨著我國不斷深入的設計工作，在結構設計這一方面上，已能十分熟練地將分項系數設計運用于極限狀態以及概率法的基礎之上。但是在巖土工程的具體設計方面，進展還有待提高。和國外的巖土工程設計水平相比較，我國的樁基的研究設計較為領先[2]。

2.2巖土工程的特性

2.2.1巖土工程的天然特性

巖土工程不同于傳統的結構工程，材料基本源于需要進行實際分析的天然元素，因此只能通過常規的具體分析手段才能夠獲得準確的數據，不同于數據簡單易得的建筑材料，不同建筑場景的巖土材料在參數上也存在著巨大的差異。

2.2.2巖土工程的地域特性

處于不同場地的巖土工程材料在性質上存在著很大的差別，并且即使所處位置位于同一場地，但是土層位置不同，也可能存在巨大的差別。但是這一特性在實際的工程中，影響性已經逐漸被剔除。

2.2.3巖土屬性參數獲取困難

巖土屬性參數的獲過程需要通過各種實驗才能夠獲得，不同于結構工程僅需要通過計算和簡單的試驗和分析。巖土的試驗需要借助各種特殊設備，并且花費不菲才能夠完成，耗時耗力[3]。

3巖土工程設計中的可靠性分析方法

3.1蒙特卡洛模擬法

在實際的巖土工程設計工作當中，蒙特卡洛模擬法是最為常用的檢測方法，同時，根據其實際應用方式也可以被稱為隨機抽樣法，其具體操作方法是通過抽取大量的會對可靠性產生較大影響的樣本，并且將這類樣本列入可靠性的計算公式當中，通過將計算公式進行反復的運算，從而進一步保障最終得出的巖土工程具有足夠的可靠性。而如今伴隨著我國的互聯網技術和計算機技術的發展，各種更加高效的計算機和算法開始為巖土工程設計的計算工作提供強大的助力，使得利用蒙特卡洛模擬法變得更加穩定和準確[4]。

3.2一次二階矩法

除了蒙特卡羅模擬法以外，一次二階矩法同樣是一種重要的可靠性分析方法，該方法的主要原理如下：在巖土設計中隨機變量分布不明的情況下，將功能函數在某點用泰勒級數展開，只取一次項參數，最終用隨機變量的均值和標準差計算出實際的可靠性指標。一次二階矩法主要包括中心點法和驗算點法，而目前應用最多的是中心點法。中心點法中功能函數的一般形式如圖1[5]：

4巖土工程設計中可靠性分析的應用

4.1巖土工程設計中土坡穩定性分析

在巖土工程的建筑過程中，土坡的穩定性是最受到關注的重點問題，即使是在對突破穩定性的計算方式上有了很大進步的如今，擁有相當純熟計算方法的現在，在進行巖土工程的實際建設過程中，依然會出現土坡不穩定的情況，嚴重時還會引發安全事故。究其原因，我國的巖土工程設計當中雖然應用到了精準的計算法方式，但是在設計過程中，缺少了對隨機性的考慮，計算方式只能夠將建設場地的固定情況和參數進行分析和考慮，對于潛在的隨機性無法有效的進行分析。該問題在如今又有了進一步的突破，誕生出了更多的能夠對潛在風險和隨機性都有所考量的計算方法，并且在實際的應用當中也逐漸開始發揮更大的作用，為我國的巖土工程設計可靠性帶來了新的提升[6]。

4.2巖土工程設計中地基穩定性分析

地基一直都是工程建設領域當中的重點內容，在巖土工程建設當中也不例外，在進行巖土工程的設計工作當中，地基設計的的穩定性分析是必須要應用到可靠性分析的，可靠性分析得出的結論對可以應用到對巖土工程整體進行的可靠性分析。現階段的技術條件下，地基設計不能夠超過地基的承載能力，以滿足整體工程的穩定性需求。而可靠性分析方法得出的結論能夠計算出地基的設計是否滿足這一依據，用以保障整體工程的安全性和穩定性。

結語

我國的巖土工程建設工作已經有了較長時間的實踐實踐，在長期的實踐過程中發現，設計階段往往需要提高對自身的要求，才能夠滿足整體工程的需求。在過去，由于技術和設備的制約，巖土工程建設的設計工作往往較為缺乏，導致了在工程建設中容易因為各種不確定因素導致事故。可靠性分析法的應用在長期的實踐中都有著很大的幫助，因此，我國的巖土工程設計工作上，可靠性分析是具有極高的應用價值的，本文對可靠性分析的應用做了簡單粗略的講解，希望能夠幫助可靠性分析在我國的巖土工程建設當中進行更大的普及和研究，使我國的巖土工程建設能夠更加安全穩定高效。

參考文獻

[1]鄭坤，陳延偉.巖土工程勘察與巖土設計的關系[J].建材與裝飾，2019（06）：217-218.

[2]姜大偉.淺談巖土設計行業現狀與發展趨勢[J].低碳世界，2018（05）：177-178.

[3]黃文龍.巖土工程勘察方法及其與巖土設計的關系初探[J].河南建材，2018（02）：337-338.

[4]周小明，馬艷秋.巖土設計中可靠性分析的應用[J].工程建設與設計，2018（02）：67-68.

[5]于帥賓.巖土設計行業的現狀與發展趨勢分析[J].山西建筑，2017，43（14）：70-71.

[6]高大釗.關于巖土設計參數標準值計算公式的討論[J].工程勘察，1996（03）：5-8+16.