淺析巖土工程風險分析及應用

■占順斌 ■江西國金建設集團有限公司，江西 南昌 330000

1 巖土工程概述及其風險管理

1.1 巖土工程簡述

巖土是由長時間的地質作用而形成的一種具有高度不穩定性的巖石，在組成結構上相比于一般的巖石材料有著更大的各向異性和不均勻性，另外在物理學領域還具有非線性的特點，這些所體現的具體情況主要為:施工場地現有的巖石和實驗室的巖石判別指標之間相差較大，存在一定的不確定性，所以巖土工程與其他工程有根本性的差異。就目前來說，巖土工程的研究還沒有形成統一的理論標準，也沒有形成一個系統的知識研究體系，這樣就使巖土工程受力過程中其荷載大小確定和分布存在較大的難度。

1.2 巖土工程的風險管理

巖土工程中的風險管理主要包括以下幾個方面:(1)風險識別。即對風險的行為、特征、現象以及來源方面的不確定性進行識別;(2)風險的度量和量化。即通過對主客觀因素的分析來對產生錯誤的可能性進行評估，然后依照評估結果對風險源和其可能產生的影響進行分析，并計算風險的概率值;(3)風險管理。即對現存或可能存在的風險因素進行相關的量化估計分析，然后建立一個風險模型，并以此和實際情況制定風險決策;(4)風險評價。即巖土工程可能存在的風險進行相關評價，并把風險評價過程和風險管理進行有機的連接;(5)風險決策。即對巖體工程的現存風險是接受還是規避進行選擇，這個選擇是依據每一種決策方案的風險、效益和成本來定的，是依據對每一個決策成本核算、政治環境以及社會經濟環境的評估來定的。只有充分了解巖土工程的相關理論和管理理念才能對其風險進行有效的分析應用。

2 巖土工程的風險分析方法

長期以來我們處理巖土工程的風險問題大都采用傳統的定值論的方法，即通過對安全系數的研究來表示風險程度。一般都認為只要采取適當的安全系數就可以保證巖土工程的安全建設，這在一定程度上雖然也是一種處理風險問題方法，但是盡管其有豐富的經驗也是有局限性的，傳統的方法在現代是不完備的，最基本的就是其無法提供說明工程可靠性的評價指標。在這里的可靠性其實就是指系統在預定條件和預定時間下完成給定工作的概率。以此也可以看出來可靠性在系統工程中的重要性，它對系統的質量指標有著直接的影響，甚至可以說影響著整個系統工程的成敗。

其實對于一個較為復雜的系統工程來說，其一般存在很多的子系統或是原件可以相互進行組合聯系，當然其中每一個組合的效果都會直接影響系統工程。風險分析的目的就在于對每個子系統進行可靠性的估計，同時對其在構成系統可靠性中所起的作用進行相應的評價，這樣才能有效的對工程薄弱環節進行控制，從而提高整個系統工程的可靠性。當然對于巖土工程來說也是如此，在對其進行分析時要把它當做一個大系統，并對其進行分解，然后進行常規分析。當然最后由分析而設計出來的決策必須要控制其風險性，要把風險控制在可受范圍內，這也是風險分析的重要部分。等等這些的最終目標都是盡量降低巖土工程風險，即使可能達到極限狀態的概率足夠的小，也稱為概率極小狀態設計。

3 巖土工程基于風險分析的設計應用

3.1 邊坡極限狀態的描述

一般來說邊坡的破壞機理是基本一致的，但是其破壞的判斷量數值是不同的，有一定的差異，對于這些差異就需要相應的調查研究。其實不同種類的巖土體對不同的位移變形承受能力都存在一定的范圍，范圍過大就會對巖土體造成一定的破壞。巖土工程中深基坑開挖后地表以及邊坡體都有可能發生不同程度的位移和變形，所以要重視對其的研究。

3.2 裂隙巖體隨機滲透和多場合耦合

在巖土工程建設過程中，水頭變異和方差減小一般都是由滲透層的變化引起的，這時水頭的相關距離也會發生相應的變化。這里就涉及到了滲透系數，一般來說滲透系數是服從于對數正態分布的，其變化會直接導致邊坡可靠性指標以及下游邊坡上孔隙水壓力的變化。另外滲透系數對可靠性指標和安全系數的影響還不清晰，所以就很難進行相關的判斷。所以對多場合耦合的風險分析進行考慮有很大的困難，也可以說是不現實的，其中也包括對模型本身以及機理的研究，對這些進行研究都是極為困難的。

3.3 地下工程風險

地下工程一般都具有模糊性和不穩定性，這樣就限制了工程人員對地下工程特性及穩定狀況的準確認識，從而造成風險的出現。這樣在工程很多方面都提高了要求，也都要求更可靠的地下工程分析結果。巖土工程在地下工程風險分析應用主要為依賴規范和行業標準的常規工程以及研究潛在風險兩個方面。在這兩個方面中每個都非常重要，要進行系統的風險分析就需要對這兩個方面進行分析。巖土工程和其他工程有很大的差異性，所以不能簡單的把通用的可靠性風險分析方法移植到工程中，必須對巖土工程的實際環境來對工程風險進行科學的分析和應用。

4 巖土工程風險分析中還未解決的問題

巖土工程風險分析尚未解決的問題一般都是在工程中新出現的一些問題，這些問題往往具有綜合性，其問題主要表現在以下三個方面:(1)對不確定性因素的合理描述較為困難。怎樣把工程背景有效的結合到工程設計中去，怎樣更高效的進行工程的管理工作，這些都是常見的問題，在這些問題的背后可以發現問題產生原因就是理論的缺乏。所以利用有限的樣本所提供的信息，通過風險理論來建立一個完整的風險分析協調還未實現，怎樣建立一個完整的風險分析系統就是最大的問題;(2)對實際工程的臨界情況分析不足。這主要表現在沒有建立一個正確的失效模式模型，因為巖土工程是一個復雜的系統工程，變量比較多，而且還是非線性的，所以沒有一個失效機制就很難獲得失效機理，也就無法研究出適于巖土工程風險分析的有限元算法;(3)對現代信息技術的應用不足。這主要表現在工程設計和建設以及完工監測沒有很好的對現代信息技術進行有效的利用。單一的依靠一般方法而不運用現代信息技術顯然就很難在可靠性的評估中進行粗糙集技術、數據挖掘、融合信息等不確定計算，這樣就會對最終的計算結果造成一定的影響。

5 巖土工程風險分析與應用展望

長期以來，人們對風險分析和應用存在很多的偏見和顧慮，在巖土工程中也是如此。其中由于巖土工程具有的不確定性因素較多、模型誤差大、量測實驗數據有限的特點，如果不進行風險分析對整個工程來說是非常危險的。巖土工程師認識如果從概率現象入手，研究的結果和相應的評價也就必須以概率的形式進行。經實踐證明，通過各種不確定性研究方法，利用定量風險分析法來為最終的決策提供依據是很方便的，這些可以在很大程度上給決策者提供輔助評價信息，幫助實現決策的科學化。

通過風險分析可以認識更多在工程中出現的異?；蚴遣黄谕氖录?，另外通過風險分析也可以對事件出現的概率和相應后果進行科學的評估。一個完整的風險分析就是對工程系統可能響應的事件進行全面的估計，并對相應結果進行評定。其反映了對巖土工程設計的綜合性要求，同時還可以表現出經濟與安全的統一，所以有較好的發展前景。

6 結束語

巖土工程進行風險分析和應用是基于對工程施工條件和巖土工程的了解上進行的，要得出有效的結果就需要對不確定因素和確定因素進行全面的整合，必須結合一定的工程施工標準來得出相應的結論。巖土工程風險分析可以對巖土工程建設起到一定的參考作用，但是現在仍然存在一些難以解決的風險問題，這就需要我們要加大對其的研究。

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