岩土工程的可靠度研究浅述

岩土工程的可靠度研究浅述

李琼

辽宁省冶金地质勘查局水文地质大队辽宁省鞍山市114000

摘要：可靠度分析方法最本质的一点就是力图定量地考虑工程中的各种不确定性。但由于岩土工程与结构工程不同，地基土成因复杂，变异性大。虽然我国岩土工程的可靠度研究还是处在发展阶段，其计算方法、解题思路较定值分析方法来说己经进步了很多。

关键词：岩土工程：计算方法：可靠度分析

1、综述

城市道路、管线等基础设施老化及其安全的维护（地面、地基塌陷与防治）已经成为全球性的问题，也成为土木工程界的关注焦点和行业发展三大热点领域之一。岩土工程的可靠度分析可大大减少中断城市交通、规避路面破坏与恢复，有关工程物探技术在城市管线周边和道路下部地基的疏松塌陷隐患勘察中的应用受到业界的更大关注。但是，由于影响探测结果及其正确解译的因素繁多，如地形、附近振动、土的含水量以及灯杆、过街天桥等地物的存在，常导致探测结果的多解性，使得目前很多探测工作的质量不高甚至不可信，必须坚持深入的研究并通过实践积累经验。针对可能存在的不同影响因素，Franco等采用探地雷达（GPR）的不同装置和电法，对试验研究场地的不同区域进行探测，分析对不同路面、路基材料与土层的适用性，认为两种方法具有很好的相关性，而地下水和黏土层的存在以及不合适的数据采集装置对探测结果均有不利影响

2、可靠度的概述

通过上文所述可以看出，在一个工程在原先设计的时候，所参考的各项因素都是会随时变化的，所以对于结构物来说，它的设计具有不确定性，按照原木的设计所建造出来的结构物，我们不能保证其绝对的安全，这是大家都知道的。但是传统意义上的计算方法采取的是定值法，它的意思就是说，只要设计时各项指标都符合标准，理论上，按照该设计建出来的构造物是肯定安全的。但是，如果用可靠度的理念来分析这个问题，得出的结论就是不一样的。它强调的是按照这项工程的设计，建造出来的结构物一定是有风险的，只是风险有大有小。可靠度分析法是在常规的定值分析法上面建立的，其在解题思路和计算方法上都有很大的飞跃。因此，该种方法在近70年当中飞速地发展，在建筑物进行设计的时候得到了很大的应用。同时，可靠分析法和定值分析法是相辅相承的，二者并不矛盾，前者是在完善后者的基础上建立起来的，后者为前者提供了发展所需的资料。在可靠分析法当中，重要的因素就是经验和数据，这些在定值法中都可以找到。定值法是衡量工程质量安全以及优异程度的统一指标，同时也可以对工程中多变的因素进行定量分析。

3、可靠度分析的特征

3.1在用可靠性分析法分析时，所采取的计算方法、解题技巧都和传统意义上的计算方法、解题思路不一样，而且比传统的解题方法更加符合实际，所以更科学、合理。

3.2在运用可靠度分析法的时候，其度量有一个统一的指标，该指标是关于结构的安全的，对于会出现的各种多变的因素，都会对其进行定量的考虑，使整个建筑物在设计的时候更加的可靠和安全。

3.3早期是先由定值设计法，经过多定值设计法中存在的各项弊端不断总结经验和改正，发展出了可靠度分析法，可靠度分析法是新出来的一种分析方法，必须依靠定值法做提供的一些资料参考，才可以不断地完善自身。

4、几种常见的计算方法

可靠度分析的计算方法很多，一般运用比较多的就是蒙特卡罗法、一次二阶距法、Jc法、高次高阶矩法等等，通过分析研究，可以得出的结论是，在运用一次二阶距法的时候，一定要对变量进行当量正态化，因为在岩土工程当中，对数正态分布对于那些不确定的因素影响很大。但运用一次二阶距法的时候，运算量很大，并且过程复杂冗长，计算出来的结果和实际会存在很大的差距。在可靠度的失效概率比较小的时候，就不要用蒙特卡罗法，因为不适合；Duncan法是对上述两个方法的完善与改进，是最常用的一种可靠度的分析方法，它计算比较准确而且也不复杂，受人们欢迎。

可靠度的计算结构破坏的可能性称之为失效概率，以Pf表示。相反，成功的概率称之为可靠度，以Ps表示

且有Ps=1-Pf

在工程可靠度的分析当中，其主要任务是要计算出各种结构物的失效概率，并使该失效概率限制在合理的范围之内，要完成这样的任务，首先明确结构面的功能要求，规定“可靠”与“失效”之间的界限，当结构处于这个界限时，就认为它处于极限状态，若将功能以函数形式表示，则极限状态方程式为：

其中Z为功能；g（x1，x2………xn）称为功能函数；xi是描述功能的各个自变量。Z<0的概率即为失效概率Pf，并可用下列的式子来表示：

然而上式在实际应用中是相当困难的，因为各种随机变量的概率分布以及它们的联合分布都很难求得，另一方面求解一个多维积分更是困难重重。在实际应用中，将上面的计算式进行数学简化，通常采用一次二阶矩法求解可靠度，使得可靠度的计算方法大为简化。

5、可靠度分析法的发展

相对于传统的定值分析法来说，可靠度分析法无论是在解题方法、计算公式还是在概念上、最终结果的表示上都远胜于定值分析法，它要比前者更加的精确和科学，所以在上术工程当中，我们会看到可靠度分析法越来越多的被运用。但是在岩土工程中，可靠度分析法发展的还不是很快，还要有很长的一段时间。在国外，很多岩土工程都采用了可靠度分析法，并且也取得了一定的成功，给我们提供了很好的案例。但是，在岩土工程的领域，很多工程师对可靠度分析法还是有自己一些不一样的看法，还有一点是因为很多的工程师并不熟悉概率统计的理论，对如何使用可靠度分析法还存在着疑惑，但是就可靠度分析法木身来说，其还不是完美的，还存在着各种各样的问题，有待专业人士的解决。就算专业人士对这些问题作出了解答，但是对于工程师来说，其还是不能完全地理解与接受。这就对从事可靠度研究的专业人士提出了要求，要使得理论能够更加通俗易懂，并且方法也能更加简便易行。就中国的实际情况，可靠度分析法在岩土工程当中还没有广泛运用，只是处在萌芽的时期，只要有正确的发展对象和发展方法，通过自我的不断完善，还是有不断提升的空间的。

结术语

我国岩土工程的可靠度研究还是处在发展阶段，其计算方法、解题思路较定值分析方法来说己经进步了很多，但分析其自身，还是会发现很多的问题，这就要求各方人士共同努力，解决这些问题，简化计算方法，使得可靠度分析方法可以在岩土工程当中得到越来越广泛地运用。

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