试析可靠度在岩土工程中的应用

试析可靠度在岩土工程中的应用

王超然 ,陈亮

 辽宁省有色地质一〇一队有限责任公司  （辽宁  抚顺  113001）

摘要：随着我国各行各业的大力发展，在土木工程领域也取得了显著的成绩。岩土工程作为其中的重要组成部分，也取得了一定发展。工程的安全问题，越来越多地受到了国家和相关企业的高度重视。对于确保岩土工程的安全，其中涉及到的方面和内容很多，其中有一个专业名词叫做“可靠度”，指的是用概率来衡量产品在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力，它包括结构的安全性，适用性和耐久性。本文将首先阐述可靠度对于岩土工程的重要作用，再列举其在沿途工厂中的一些应用。希望通过本文的论述，能够给相关企业及其工作人员带来一切启发和帮助。

关键词：可靠性，岩土工程，作用，应用

引言：改革开放以来，我国在城市面貌和工程建设上都取得了翻天覆地的变化。随着建筑工程项目的日益增加，其质量问题也显得越发重要。只有工程项目的质量过硬，才能确保日后投入使用的安全和寿命。在影响工程质量的诸多因素中，存在着很多未知的因素。只有将这些不确定性转化为确定性，才能让工程的质量得以保证。随着科学技术的不断发展，目前在岩土工程当中，已经采用了可靠度来评估工程的质量。事实表明，岩土工程通过应用可靠度来进行评估，能够更有效地提高工程质量和工作效率，从而确保工程的如期竣工以及交付使用后的安全问题。

一、可靠度对于岩土工程的重要作用

二次世界大战期间，德国在研制V1火箭中提出了系统可靠性的基本理论，据此V1火箭的可靠度达到75%。在朝鲜战争时期，美国60%的机载电子设备运到远东后不能使用，50%的电子设备在储存期间就失效。美国海军有16、7万台电子设备，每年需更换100万个电子元件，其中电子管的更换率比其他元件高5倍。1943年美国成立了“电子管研究委员会，专门研究电子管的可靠性问题。1949年美国无线电工程师学会成立了可靠性技术组——第一个可靠度专业学术组织诞生了。

在建筑结构设计中，我国已采用以概率理论为基础并通过分项系数表达的极限状态设计方法。地基基础设计与上部结构设计在这一点尚未统一。应用概率理论为基础的极限状态设计方法是方向。由于岩土工程的特殊性，岩土工程应用概率极限状态设计在技术上还有许多有待解决的问题。目前要根据岩土工程特点积极开展岩土工程问题可靠度分析理论研究，使上部结构和地基基础设计方法尽早统一起来。人类生产活动和工程活动造成许多环境公害，如采矿造成采空区坍塌，过量抽取地下水引起区域性地面沉降，工业垃圾、城市生活垃圾及其它废弃物，特别有毒有害废弃物污染环境，施工扰动对周围环境的影响等等。另外，地震、洪水、风沙、泥石流、滑坡、地裂缝、隐伏岩溶引起地面塌陷等灾害对环境造成破坏。上述环境问题的治理和预防给岩土工程师们提出了许多新的研究课题。随着城市化、工业化发展进程加快，岩土工程研究将更加重要。应从保持良好的生态环境和保持可持续发展的高度来认识和重视岩土工程研究。

对于岩土工程项目而言，毋庸置疑，可靠度自然是越高就越好。可靠度高的工程项目，可以具有较长的使用寿命，这也正是工程项目的所有相关人员希望得到的效果。从专业术语上来说，产品的可靠度越高，产品可以无故障工作的时间就越长。可靠度一般可分成两个层次，首先是所谓组件可靠度(Reliability of component)。也就是将产品拆解成若干不同的零件或组件，先就这些组件的可靠度进行研究，然后再探讨整个系统、整个产品的整体可靠度，也就是系统可靠度(Reliability of system)。组件可靠度分析的方法，其实就是统计分析。至于系统可靠度分析，较为复杂，可采行的方法也较多，可以按重要程度分配可靠度，也可以按复杂程度分配可靠度，又可以按技术水平、任务情况等的综合指标分配可靠度，还可以按相对故障率分配可靠度。岩土工程的可靠性设计主要有一次二阶矩分析法、蒙特卡罗分析法、响应面分析法、随即有限元分析法，等等。这些设计方法可以单独使用，也可以组合使用。各部分有了明确的可靠度指标后，根据不同计算准则，进行零件的设计计算。主要的计算方法为：根据载荷和强度的分布计算可靠度或所需尺寸；根据载荷和寿命的分布计算可靠度或安全寿命；求出可靠度与安全系数间的定量关系，沿用常规设计方法计算所需尺寸或验算安全系数。与可靠度设计有关的载荷、强度、尺寸和寿命等数据都是随机变量，必须用概率统计方法进行处理。

二、可靠度在岩土工程中的应用

（1）鉴别岩土材料

由于我国很多经济相对落后的地区，勘查设备资源有限，往往需要勘查技术人员根据自己的经验和感觉去鉴别岩土材料。这就会产生很多失误，甚至会完全对岩土材料鉴别错误。而通过可靠度的应用，则可以用概率来对岩土材料进行鉴别，大大降低了失误，让鉴别结果更加准确。

（2）推断地质特征

由于我国幅员辽阔，无论东西还是南北的地形地貌特征差异很大，这就为体质特征的推断工作带来了极大的困难。面对着千差万别的地质特征，工作人员在以往只能根据自己的经验和阅历去推断。如果是工作经验丰富的老工程师，推断结果还相对准确。但若是工作经验尚欠的年轻工程师，推断结果就明显不尽如人意了。而我国目前在岩土工程行业，经验丰富的老工程师数量十分有限，这也无疑给地质特征的推断工作带来了相当程度的困难。而通过可靠度应用，可以对所有可能出现的情况进行概率分析，从而大大提高了推断的准确程度。

（3）判别异常区域

在地层之中，除了有岩石和沙土，往往还有一些异常的物质，诸如晶体、砂砾、颗粒状物体，等等。而在岩石和沙土之中，又时常会有夹层、空穴、软层等异常地质。在岩土工程施工之前，一定要摸清这些异常区域。否则将会给工程的顺利开展带来一定困难，甚至还会影响工程的质量。通过可靠性的应用，可以更加准确地判断出异常区域的大概位置，以及存在可能性的大小，从而让岩土工程能够更加顺利地进行施工。

（4）分析土性参数

随着周围环境和温度的变化，土层的性质也会发生变化。可见土层的性质十分不稳定，并不是一成不变的。这也给土层的性质参数分析带来了相当大的困难。比如说在夏季天气气温较高时，与在冬季天气气温较低时，土层的性质会发生一定的变化；在雨水丰沛的季节，与在干旱少雨的季节，土层的性质也不尽相同。如果对于土层的性质参数分析采用一概而论的方法，显然就会出现很多误判。通过可靠性的应用，可以用概率的方法对各种情况做出判断，从而也大大提高了土层性质参数分析的准确性。

三、结语

随着我国经济的发展和科技的进步，工程建筑行业也取得了举世瞩目的成就、发生了翻天覆地的变化。岩土工程作为土木工程专业的组成部分，有着非常重要的作用。而提高岩土工程的质量和安全，也成了人们普遍关注的焦点。可靠度是通过概率的方法，在规定时间、规定任务下，对工程项目的质量和安全进行判断，具有非常重要的作用。在岩土工程项目中，可靠度可以应用于鉴别岩土材料、推断地质特征、判别异常区域、分析土性参数等方面。通过对可靠度的应用，不但可以保证岩土工程的质量和安全问题，还能为施工企业带来更大的经济效益、为社会创造更大的财富价值。相信在国家的大力扶持和各个企业的共同努力下，可靠度会在岩土工程中得到更广泛的应用。

参考文献：

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[6]王西宁，吴志刚. 浅述可靠性分析在岩土工程中的应用[J]. 山西建筑，2019，19：128-129.

作者简介：

王超然，1992年9月25日出生，男，汉族，籍贯：黑龙江大庆市林甸县，学历：本科，研究方向：岩土工程。

陈亮，1977年7月30日出生，男，民族：蒙古族，籍贯：辽宁省朝阳市喀左县，学历：本科，研究方向：岩土工程。