可靠性理论在岩土工程的应用.doc

可靠性理论在岩土工程的应用 岩土工程学科的主要内容 岩土工程：是欧美国家于20世纪60年代在土木工程实践中建立起来的一种新的技术体制。岩土工程是以求解岩体与土体工程问题，包括地基与基础、边坡和地下工程等问题，作为自己的研究对象。 岩土工程专业是土木工程的分支，是运用工程地质学、土力学、岩石力学解决各类工程中关于岩石、土的工程技术问题的科学。按照工程建设阶段划分，工作内容可以分为：岩土工程勘察、岩土工程设计、岩土工程治理、岩土工程监测、岩土工程检测。 主要研究方向： ① 城市地下空间与地下工程：以城市地下空间为主体，研究地下空间开发利用过程中的各种环境岩土工程问题，地下空间资源的合理利用策略，以及各类地下结构的设 计、计算方法和地下工程的施工技术（如浅埋暗挖、盾构法、冻结法、降水排水法、沉管法、TBM法等）及其优化措施等等。 ②边坡与基坑工程：重点研究基坑开挖（包括基坑降水）对邻近既有建筑和环境的影响，基坑支护结构的设计计算理论和方法，基坑支护结构的优化设计和可靠度分析技术，边坡稳定分析理论以及新型支护技术的开发应用等。 ③地基与基础工程：重点开展地基模型及其计算方法、参数研究，地基处理新技术、新方法和检测技术的研究，建筑基础（如柱下条形基础、十字交叉基础、筏形基础、箱形基础及桩基础等）与上部结构的共同作用机理和规律研究等。 岩土工程学科是以岩土的利用、改造和整治为研究对象的学科，主要研究内容包括岩土的基本工程性质、岩土工程设计方法、岩土工程施工技术及管理、岩土工程测试技术、计算分析技术以及随着科学技术的发展所产生的新理论、新方法、新材料、新技术及其在工程中的应用与实践。 岩土工程中存在的主要不确定因素 不确定性：指事件出现或发生的结果是不能确定的，事先不能给出一个明确的结论。不确定性按产生的原因和条件分为随机性、模糊性和知识的不完善性。按主观和客观性分为主观不确定性和客观不确定性等。 土的不确定性 土与其他土木工程材料相比，它的最主要的特点就是不确定性非常大。对土体变形的预测值与实测值相差一倍以上也并不奇怪，土产生很大不确定性的主要原因有如下两个方面。 ①土的性质复杂性 土的性质复杂主要指：图是非线性材料，没有唯一的应力-应变关系；土具有不均匀和各向异性；土的多相性所引起的复杂力学行为；影响土的工程性质的因素复杂，难以定量描述，例如，土的性质依赖于其结构、压力、时间、环境（包括与水的相互作用）及应力路径的影响等。 ②埋藏于地下，难以直接探测 土的性质通常在超过几厘米的范围就有可能发生变化。而整个建筑场地中土的性质仅靠几个钻孔在不同深度的图样的试验结果来评估和评价，当土层比较不均匀时，这种估计和评价还能满足工程的要求；一旦土的性质变化较大（水平向和竖向都有变化），其估计和评价的结果必然存在存在极大的误差和不确定性。因此，为减小这种误差和不确定性，土力学更强调实验和现场勘查。 岩土工程不确定性的分类： 关于不确定性和模拟它的模型有很多。为了工程应用，Morgenstern确定了不确定性的根源： ①参数不确定性 ②模型不确定性 ③人为的不确定性 ①参数不确定性 参数不确定性很容易理解，它说的是输入参数，比如强度或者可压缩性的参数空间变异性和离散性，还有关键参数缺少数据。这些参数依时空而有显著变化，即具有空间变异性和时间变异性。当我们不考虑时间变化的因素时，岩土条件和参数都是确定性的量，但我们无法确切的得到这些参数的真值。文献中有很多例子，需要用统计的方法处理这种空间变异性和离散性。空间变异性是岩土工程所特有的，我们只能尽可能的描述它，而不能实质性的减少它。 ②模型不确定性 模型是原型的理想化替代物，它反映原型的主要特征，略去次要特征。对于各种问题其分析模型并不是唯一的，模型的不确定性由此而来，并在岩土工程实践中发展起来。由于人们所采用的分析模型，就其实用性和复杂程度来说，是以人们的认识水平和分析能力直接相关的。岩土工程设计发展趋势是越来越多的考虑实际结构的特点和性能，这就必然要求岩土工程使用越来越复杂的模型。而对于实际问题，模型本身就是不确定性的主要根源，所以假如没有找到不确定性的主要根源，再精确的计算都毫无意义。 ③人为的不确定性 在若干个比较方案中，必须以某种方法选出实际要实施的方案。最佳方案的确定是一个人为决策的问题。从力学观点看，每个设计方案均有自身的破坏可能性和可靠指标；而从经济观点看，每个方案又需要不同的经费。我们在做决策时，主要考虑建筑物的破坏可能性。但是，由于决策者思维方式和价值观念的不同，可能会选用截然不同的方案。他们可 能根据比较充分的科