關(guān)于巖土工程的可靠度研究

摘要：隨著社會市場經(jīng)濟的發(fā)展，我國的工程建設(shè)規(guī)模及建設(shè)數(shù)量在不斷的提升，同時其相關(guān)技術(shù)也有了較大的進(jìn)步與發(fā)展，在巖土工程建設(shè)過程中，做好其可靠度分析是非常必要的，其對于巖土工程建設(shè)規(guī)劃過程中的經(jīng)濟性、合理性、科學(xué)性的提升都具有非常重要的作用，本文就主要對巖土工程中可靠度分析的概念及相關(guān)計算方法進(jìn)行了簡單分析，對于可靠度分析方法在巖土工程中應(yīng)用范圍的擴大具有積極的作用。

關(guān)鍵詞：巖土工程；可靠度；研究

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展過程中，表現(xiàn)出了高度分化與高度綜合的特點，由于學(xué)科之間的相互交叉及相互滲透的發(fā)展，使得在此過程中產(chǎn)生了一系列的分支學(xué)科與邊緣學(xué)科，土力學(xué)學(xué)科在此過程中也出現(xiàn)了一系列的變化與發(fā)展，逐漸發(fā)展出來一些新的分支，如：計算土力學(xué)、土動力學(xué)的形成，另一方面，土力學(xué)發(fā)展的一個重要分支就是研究土的亞微觀結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計規(guī)律及應(yīng)用概率的方法來對土的形狀及行為變異的不確定性進(jìn)行研究的方法，在其發(fā)展過程中，逐漸形成了統(tǒng)計土力學(xué)這個學(xué)科分支，本次研究中的巖土可靠度分析就是屬于統(tǒng)計土力學(xué)的范疇。

一、巖土工程常規(guī)定值設(shè)計方法中存在的不足之處

在實際的應(yīng)用中，工程設(shè)計是一項系統(tǒng)性的工程，并且通常工程量較大，持續(xù)周期長，受到各種未知的、不確定性因素的影響比較嚴(yán)重，在長期的研究過程中，相關(guān)工程技術(shù)人員積極的將各種設(shè)計參數(shù)、指標(biāo)及設(shè)計條件予以定值化，并應(yīng)用固定的計算模式來進(jìn)行計算，并將大量的不確定因素及未知因素歸結(jié)于一個單一的安全系數(shù)之上，這種工程設(shè)計方法就是定值設(shè)計法，在這種設(shè)計方法中，并沒有對安全系數(shù)、其與建筑物的安全性之間的關(guān)系等問題予以明確。但是在實際應(yīng)用中，即使兩個建筑物具有相同的安全系數(shù)，其安全程度也具有較大的差別，有時會出現(xiàn)安全系數(shù)較大的建筑物安全性小于安全系數(shù)較小的建筑物的情況，這就使得常規(guī)的定值設(shè)計法難以在安全度上形成一個統(tǒng)一的衡量標(biāo)準(zhǔn)，并且將安全系數(shù)引入到安全度的分析中，又引入了一個新的不確定性，僅靠工程技術(shù)人員自身的經(jīng)驗，是難以對工程設(shè)計工作中大量的不確定因素有一個正確的判斷的，這使得這種設(shè)計方法難以很好的滿足現(xiàn)代社會的工程設(shè)計要求。

二、可靠度分析的概念及特點

由上文中的分析中可以看出，常規(guī)定值設(shè)計方法中存在較多的不足之處，這會導(dǎo)致工程技術(shù)人員難以對建筑物中的大量不確定因素有一個透徹的分析，很容易導(dǎo)致設(shè)計工作中出現(xiàn)相應(yīng)的錯誤，有時會導(dǎo)致設(shè)計出的建筑物中具有嚴(yán)重的浪費現(xiàn)象，可靠度分析方法的提出，對于改善工程設(shè)計中的這一缺陷具有非常重要的作用。

首先對可靠度分析的概念進(jìn)行簡單分析，其本質(zhì)是應(yīng)用力圖對工程設(shè)計中的各種不確定因素進(jìn)行定量的考慮，這中不確定性存在于工程的勘測、試驗、設(shè)計計算及施工的各個階段，所以在實際的工程應(yīng)用中，如果要應(yīng)用可靠度分析方法，就要將其應(yīng)用于工程的各個階段中。

結(jié)合可靠度分析方法的基本概念，對其主要特點進(jìn)行簡單分析，主要表現(xiàn)為：（1）與傳統(tǒng)的定值設(shè)計方法相比，可靠度分析方法的概念、解題方法及解題思路具有很多差別，并且其計算成果的表達(dá)與傳統(tǒng)的定值設(shè)計方法具有很大不同，其各種分析思路明顯的優(yōu)于傳統(tǒng)的定值設(shè)計方法；（2）工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，面臨著大量的不確定因素，在其設(shè)計的過程中，整個過程中都伴隨著相關(guān)的不確定因素，這就很難保證所設(shè)計出的結(jié)構(gòu)是絕對的不安全或者絕對的安全，在可靠度設(shè)計方法中，其對設(shè)計出的結(jié)構(gòu)中的風(fēng)險性予以了承認(rèn)，但是不同的設(shè)計中的風(fēng)險大小是不同的，如果設(shè)計出的建筑物具有較大的風(fēng)險，其遭到破壞的可能性就大，在遭到破壞之后其損失就會越大，但是通常其具有較小的工程投資。但是在定值設(shè)計理論中，其認(rèn)為只要建筑物能夠滿足相關(guān)的安全系數(shù)的要求，其所設(shè)計的建筑物就是絕對安全的，由此可見，在這兩種設(shè)計方法中，可靠度設(shè)計方法更具科學(xué)性，也與工程實際相符；（3）在定值設(shè)計方法中，對于建筑物的安全度沒有一個統(tǒng)一的衡量標(biāo)準(zhǔn)，而在可靠度分析方法中，其具有統(tǒng)一的衡量工程結(jié)構(gòu)安全度的標(biāo)準(zhǔn)，并且其能夠采用某種方式對各種不確定性因素予以定量的分析，這對于工程設(shè)計過程中經(jīng)濟性及安全性的提升具有非常重要的作用；（4）可靠度分析方法的出現(xiàn)是在定值設(shè)計方法之后，其提出及廣泛應(yīng)用的主要原因是因為定值設(shè)計方法難以很好的滿足實際的工程設(shè)計需求，在可靠度分析方法應(yīng)用的初期，還需要積極的借鑒與應(yīng)用定值設(shè)計方法中所積累的大量的資料與經(jīng)驗，這對于可靠度分析方法的快速發(fā)展與完善是非常必要的。

三、巖土工程的可靠度計算

在可靠度分析法中，將結(jié)構(gòu)破壞的可能性稱為失效概率，應(yīng)用Pf來進(jìn)行表示，另一方面，結(jié)構(gòu)不會遭到破壞的概率就稱之為可靠度，應(yīng)用Ps來進(jìn)行表示，并且Ps+Pf=1，將可靠度分析法應(yīng)用于工程設(shè)計中，其主要的目的是為了對建筑物的失效概率進(jìn)行計算，并將失效概率的值控制在合理范圍中，保證建筑物的安全，這就需要在開始可靠度計算之前，先對建筑物結(jié)構(gòu)面的功能要求予以明確，對可靠度與失效之間的界限予以明確規(guī)定，當(dāng)建筑物結(jié)構(gòu)處于該界限中時，認(rèn)為其處于極限狀態(tài)中，應(yīng)用功能函數(shù)對其進(jìn)行表示，其極限狀態(tài)方程可以表示為：Z=g（x1，x2，……，xn）=0，其中g(shù)（x1，x2，……，xn）表示的含義是：功能函數(shù)；Z表示的含義是：功能；xi表示的含義是：描述各個功能的自變量。失效概率指的是Z<0的概率，其值可以應(yīng)用下式來進(jìn)行計算：

在實際的應(yīng)用中，應(yīng)用上式來進(jìn)行求解是比較困難的，這主要是因為各個隨機變量的概率分布及其聯(lián)合分布的求解都具有較大難度，在多維積分的求解中更是具有很大難度，實際應(yīng)用中，為了方便計算，通常會將上式進(jìn)行數(shù)學(xué)簡化，其可靠度的計算廠應(yīng)用一次二階矩法來進(jìn)行求解，這能夠大大的簡化計算，對于其計算效率的提升具有非常重要的作用。

四、巖土工程的主要特點

對巖土工程的主要特點及其不確定因素的主要來源進(jìn)行簡單分析，主要表現(xiàn)為：（1）巖土工程中通常包含有巨大的人工及天然的土體，天然土體的工程性質(zhì)很容易隨著環(huán)境條件變化、地質(zhì)歷史、地質(zhì)起源等進(jìn)行變化，并且其存在地層上與地區(qū)上的差別，人工土體的性質(zhì)也會隨著填筑質(zhì)量、填筑方法、填料選用等出現(xiàn)一定的變換，所以在實際的土體工程性質(zhì)的判斷只能依據(jù)勘察設(shè)計階段或者是填筑期間的有限個試樣或者是測試點的測試結(jié)果的概率統(tǒng)計結(jié)果來進(jìn)行，這與其他工程材料具有較大的差別，其他一些工程材料可以應(yīng)用統(tǒng)一的生產(chǎn)工藝來進(jìn)行加工與生產(chǎn)，巖土工程的工程性質(zhì)的隨機變化需要應(yīng)用大量的、長期積累的測試數(shù)據(jù)及概率統(tǒng)計結(jié)果來進(jìn)行預(yù)估；（2）巖土工程的性質(zhì)測試工作中，需要控制的加荷條件、初始條件、邊界條件都具有一定的復(fù)雜性，測試結(jié)果通常與實際情況具有較大的差別，這導(dǎo)致測試結(jié)果難以很好的反映巖土工程的實際情況；（3）巖土工程中的各種力學(xué)計算方法的發(fā)展都不夠成熟，這種計算方法不精確的現(xiàn)象的存在，很容易引起計算結(jié)果的誤差，導(dǎo)致在實際的分析、設(shè)計工作中，不能對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行精確的估計，這使得巖土工程的實例分析與其他工程結(jié)構(gòu)相比，更加的困難。

五、可靠度分析法在巖土工程中的應(yīng)用

由于傳統(tǒng)的定值設(shè)計方法中存在較多的不足之處，使其難以很好的滿足現(xiàn)代巖土工程設(shè)計的需求，而可靠度設(shè)計方法在概念、方法及成果表達(dá)上具有諸多的優(yōu)點，與定值設(shè)計方法相比，其科學(xué)性更強，因此，隨著可靠度分析概念的提出及應(yīng)用，其在巖土工程設(shè)計中具有很好的應(yīng)用效果，巖土工程設(shè)計是一項復(fù)雜的、系統(tǒng)性的工程，其在實際的應(yīng)用中，還存在較多的問題有待解決，目前國際上已經(jīng)有一些可靠度分析方法在巖土工程中應(yīng)用的成功實例，取得了較好的應(yīng)用效果，但是由于一些巖土工程師對可靠度分析方法及概率統(tǒng)計理論的應(yīng)用還不夠熟練，并且該方法本身還存在一些不完善之處，其中還存在一些有待解決的問題，這使得可靠度分析方法在巖土工程中的應(yīng)用還不夠廣泛。

但是該種方法具有強大的生命力與應(yīng)用性能，在未來的發(fā)展過程中，隨著各項知識經(jīng)驗的積累，其各種分析方法會更加的合理與完善，其計算方法也會得到進(jìn)一步的簡化，其在巖土工程設(shè)計中具有非常廣闊的發(fā)展前景，其應(yīng)用范圍將會越來越廣。

結(jié)束語

巖土工程設(shè)計是一項復(fù)雜的、系統(tǒng)性的工程，其中的不確定性影響因素眾多，采用傳統(tǒng)的定值設(shè)計方法難以很好的滿足其實際需求，可靠度分析方法由此產(chǎn)生，本文就對可靠度分析方法的概念、特點、計算方法等進(jìn)行了簡單介紹，對于可靠度分析方法在巖土工程中的應(yīng)用具有一定的促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)

[1]張高寧.巖土工程的可靠度研究淺述[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2012（1）.

[2]楊海菲，楊仕教，曾晟.巖土工程可靠度計算方法研究[J].水利與建筑工程學(xué)報，2011（6）.

[3]趙志勇，霍新雯.巖土工程可靠度計算方法研究[J].華章，2011（11）.