可靠性岩土工程应用

可靠性岩土工程应用

摘要:

随着经济的飞速发展和科技水平的不断提升,岩土工程建设也取得了显著的进步,并推动了经济的发展。在进行土木工程建设时,需要运用正确的理论方法来进行分析。但岩土工程却有着很多不确定性因素,传统上依据固定安全系数的方法已经难以满足发展的需要。如果应用可靠性分析方法,就会使决策更加的科学和有效。文章深入分析了岩土工程中存在的各种不确定性因素,并对可靠性分析在岩土工程中的应用进行了重点研究。

关键词:

岩土工程;可靠性分析;不确定因素

岩土材料是在地质年代产生的,随着自然条件的变化和人类的活动不断变换着。现在的理论与实验研究还不能达到与岩土材料的各种参数相统一,难以对其进行掌控。岩土材料的不确定性问题日益凸显了出来,这就导致了在工程设计和建设中,会产生各种难以把握的问题。面对这样潜在的危险,在岩土工程中应用可靠性分析就会有重要的现实意义。

1岩土工程中的不确定性问题

造成岩土工程中产生不确定性问题的原因主要有两方面:①客观原因。岩土体及岩土工程的性质都有着很大的变异可能;②主观方面。现在的土木工程师还不能全面深刻的认识岩土体的特点。面对这样的情况,在决策土木工程建设时,就要全面仔细的统计和分析实验得到的各种数据,力争运用有限的数据资料来认识其中的规律,从而根据各种岩土的参数来估测工程的可靠性。这种估测运用的是概率理论知识,得出的结论直接关系到岩土工程是否可靠。传统上为了确保岩土工程确定性是这样操作的:先要获得岩土样本,然后再进行一些物理力学等方面的实验,从而得到岩土的某些参数,并用相关公式计算得出在某些环境下土体的不同状况,最后再根据土体的反应来确定能否符合工程建设的需要。在这个过程中,把土工指标当做确定的数值来计算。这里的指标只是根据实践经验得出的,掺杂着很多人为的因素,并没有科学的依据,可能这些指标与实际状况差距很大。概率方法是对传统方法的发展和补充,可以极大的弥补传统方法的不足。它虽然也是根据土体平衡和运动,使用简化图和力学模型来进行确定性分析,但它把参数看成随机的变量,运用概率的理论表现参数,从而概率性的预测岩土体的状况。

2可靠性分析的主要方法

2.1蒙特卡罗模拟法

蒙特卡罗模拟法又可以叫作随机抽样法或者是统计试验法,这是计算岩土结构可靠性的一种比较精准的方法。从概率的概念可以知道,要想得知某个事件发生的概率,就要通过大量的实验,根据该事件出现的频率进行估算。因此人们可从影响岩土工程可靠性的随机变量中随机抽取样本,然后再把这些抽取的数值代入相关计算公式,运用大量的反复实验,从而确定岩土工程结构的可靠性。随着计算机技术不断的进步,这种方法计算的速度大大的提升了,从而使这种方法广泛的应用到了岩土工程中。

2.2一次二阶矩法

影响岩土工程结构可靠性的因素有很多,而且还很复杂。很多因素都还没被深入研究透彻,不能精准的确定变量的概率分布情况,只有随机变量的均值和方差着两个阶矩能够得出。因此只能近似的计算出可靠性指标,从而估测结构的可靠性。

2.3当量正态化法

在对岩土工程进行可靠性分析时,经常会出现基本变量不按照正态分布的现象,这时一般就会运用当量正态化法(即JC法),把非正态的当量化,或者是将其转变为正态的变量。这种方法广泛应用于随机变量出现任意分布的情况,具有易于理解、准确度高的优点,而且还能满足于实际的需要。

3可靠性分析在岩土工程中的应用

3.1土坡稳定的分析

土坡稳定问题是岩土工程中最主要的问题。虽然对土坡稳定性计算的方法已经有了很多研究,而且计算方法也已经非常纯熟了,但在实际的工程建设时,还是会经常发生土坡不稳的安全事故。虽然计算已经非常精确,但在设计时没有充分注意到各种随机因素的变化。如果运用传统方式是不能得出土坡的安全储备数量,也不能估测出潜在的可能会失败的概率。近些年来,随着可靠性分析的应用,对土坡稳定性的研究又有了新的进步,例如响应面法、运动单元法等,确定了两个潜在滑动面接连发生破坏的概率,以及发生破坏时滑动面以上部位向周围扩展的概率,从而得出不稳定区的规模和土坡的局部安全系数等。

3.2地基稳定性的分析

地基的稳定性保障了工程建筑物的安全。在计算地基的可靠性指标和发生失败的概率时,应该连同整个建筑物共同的进行整体考虑。我国现在的地基设计一般都是使用地基容许承载力,这是一种在规定界限内的承载力。只要在数值范围以内,就不会出现地基整体不稳的极限情况。这从某种意义上说,也符合概率极限状态的设计原则,可以应用可靠性分析方法。

3.3地基变形的分析

在保证地基容许承载力在规定范围内时,建筑物的基础或岩土结构物如果超出正常使用或耐久性能失效,就会发生地基变形,比如沉降、沉陷及水平位移;如果变形过大,还会使建筑物出现裂缝,影响其外观,甚至是难以使用。

4结束语

总之,岩土工程是一个综合性很强的系统工程,包含着勘测、规划、施工等许多程序,把可靠性分析应用到岩土工程还需要相关人员进行更深层次的研究和探索,从而最大限度的确保岩土工程的顺利进行。

作者:卢高林 单位:成都理工大学

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