關于巖土工程的可靠度研究

摘要：隨著社會市場經濟的發展，我國的工程建設規模及建設數量在不斷的提升，同時其相關技術也有了較大的進步與發展，在巖土工程建設過程中，做好其可靠度分析是非常必要的，其對于巖土工程建設規劃過程中的經濟性、合理性、科學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計算方法進行了簡單分析，對于可靠度分析方法在巖土工程中應用范圍的擴大具有積極的作用。

關鍵詞：巖土工程；可靠度；研究

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

一、巖土工程常規定值設計方法中存在的不足之處

在實際的應用中，工程設計是一項系統性的工程，并且通常工程量較大，持續周期長，受到各種未知的、不確定性因素的影響比較嚴重，在長期的研究過程中，相關工程技術人員積極的將各種設計參數、指標及設計條件予以定值化，并應用固定的計算模式來進行計算，并將大量的不確定因素及未知因素歸結于一個單一的安全系數之上，這種工程設計方法就是定值設計法，在這種設計方法中，并沒有對安全系數、其與建筑物的安全性之間的關系等問題予以明確。但是在實際應用中，即使兩個建筑物具有相同的安全系數，其安全程度也具有較大的差別，有時會出現安全系數較大的建筑物安全性小于安全系數較小的建筑物的情況，這就使得常規的定值設計法難以在安全度上形成一個統一的衡量標準，并且將安全系數引入到安全度的分析中，又引入了一個新的不確定性，僅靠工程技術人員自身的經驗，是難以對工程設計工作中大量的不確定因素有一個正確的判斷的，這使得這種設計方法難以很好的滿足現代社會的工程設計要求。

二、可靠度分析的概念及特點

由上文中的分析中可以看出，常規定值設計方法中存在較多的不足之處，這會導致工程技術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，很容易導致設計工作中出現相應的錯誤，有時會導致設計出的建筑物中具有嚴重的浪費現象，可靠度分析方法的提出，對于改善工程設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行簡單分析，其本質是應用力圖對工程設計中的各種不確定因素進行定量的考慮，這中不確定性存在于工程的勘測、試驗、設計計算及施工的各個階段，所以在實際的工程應用中，如果要應用可靠度分析方法，就要將其應用于工程的各個階段中。

結合可靠度分析方法的基本概念，對其主要特點進行簡單分析，主要表現為：（1）與傳統的定值設計方法相比，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與傳統的定值設計方法具有很大不同，其各種分析思路明顯的優于傳統的定值設計方法；（2）工程結構的設計過程中，面臨著大量的不確定因素，在其設計的過程中，整個過程中都伴隨著相關的不確定因素，這就很難保證所設計出的結構是絕對的不安全或者絕對的安全，在可靠度設計方法中，其對設計出的結構中的風險性予以了承認，但是不同的設計中的風險大小是不同的，如果設計出的建筑物具有較大的風險，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。但是在定值設計理論中，其認為只要建筑物能夠滿足相關的安全系數的要求，其所設計的建筑物就是絕對安全的，由此可見，在這兩種設計方法中，可靠度設計方法更具科學性，也與工程實際相符；（3）在定值設計方法中，對于建筑物的安全度沒有一個統一的衡量標準，而在可靠度分析方法中，其具有統一的衡量工程結構安全度的標準，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，這對于工程設計過程中經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是在定值設計方法之后，其提出及廣泛應用的主要原因是因為定值設計方法難以很好的滿足實際的工程設計需求，在可靠度分析方法應用的初期，還需要積極的借鑒與應用定值設計方法中所積累的大量的資料與經驗，這對于可靠度分析方法的快速發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，將結構破壞的可能性稱為失效概率，應用Pf來進行表示，另一方面，結構不會遭到破壞的概率就稱之為可靠度，應用Ps來進行表示，并且Ps+Pf=1，將可靠度分析法應用于工程設計中，其主要的目的是為了對建筑物的失效概率進行計算，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，先對建筑物結構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定，當建筑物結構處于該界限中時，認為其處于極限狀態中，應用功能函數對其進行表示，其極限狀態方程可以表示為：Z=g（x1，x2，……，xn）=0，其中g（x1，x2，……，xn）表示的含義是：功能函數；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，其值可以應用下式來進行計算：

在實際的應用中，應用上式來進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，實際應用中，為了方便計算，通常會將上式進行數學簡化，其可靠度的計算廠應用一次二階矩法來進行求解，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行簡單分析，主要表現為：（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很容易隨著環境條件變化、地質歷史、地質起源等進行變化，并且其存在地層上與地區上的差別，人工土體的性質也會隨著填筑質量、填筑方法、填料選用等出現一定的變換，所以在實際的土體工程性質的判斷只能依據勘察設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果的概率統計結果來進行，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用統一的生產工藝來進行加工與生產，巖土工程的工程性質的隨機變化需要應用大量的、長期積累的測試數據及概率統計結果來進行預估；（2）巖土工程的性質測試工作中，需要控制的加荷條件、初始條件、邊界條件都具有一定的復雜性，測試結果通常與實際情況具有較大的差別，這導致測試結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計算方法的發展都不夠成熟，這種計算方法不精確的現象的存在，很容易引起計算結果的誤差，導致在實際的分析、設計工作中，不能對相關參數進行精確的估計，這使得巖土工程的實例分析與其他工程結構相比，更加的困難。

五、可靠度分析法在巖土工程中的應用

由于傳統的定值設計方法中存在較多的不足之處，使其難以很好的滿足現代巖土工程設計的需求，而可靠度設計方法在概念、方法及成果表達上具有諸多的優點，與定值設計方法相比，其科學性更強，因此，隨著可靠度分析概念的提出及應用，其在巖土工程設計中具有很好的應用效果，巖土工程設計是一項復雜的、系統性的工程，其在實際的應用中，還存在較多的問題有待解決，目前國際上已經有一些可靠度分析方法在巖土工程中應用的成功實例，取得了較好的應用效果，但是由于一些巖土工程師對可靠度分析方法及概率統計理論的應用還不夠熟練，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用還不夠廣泛。

但是該種方法具有強大的生命力與應用性能，在未來的發展過程中，隨著各項知識經驗的積累，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一步的簡化，其在巖土工程設計中具有非常廣闊的發展前景，其應用范圍將會越來越廣。

結束語

巖土工程設計是一項復雜的、系統性的工程，其中的不確定性影響因素眾多，采用傳統的定值設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生，本文就對可靠度分析方法的概念、特點、計算方法等進行了簡單介紹，對于可靠度分析方法在巖土工程中的應用具有一定的促進作用。

參考文獻

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