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论可靠度在岩土工程中的现代应用体现

时间:2022-05-16 11:20:08 浏览次数:

摘 要 建设岩土工程要求具有一定的可靠性,但岩土工程因地质运动、环境及人为等因素的影响,力学性质比较复杂,存在一定的模糊性和未确定性。岩土工程的可靠性对整个工程来讲是重中之重,相信今后,可靠性分析法在我国岩土工程中的应用会更加成熟。

关键词 可靠度;岩土工程;应用

前言

岩土工程是一门综合性学科,它把土力学与岩石力学应用于广义的土木工程,并与工程地质密切结合,解决土和岩石的工程性质的学科。

岩土工程中的岩石和土是经过漫长的地质年代形成的,自身处于不断变化中,这一变化受自然条件、人为因素的影响,岩土工程定会改变原有岩土的自然环境。岩土的可靠性成为影响工程安全的重要因素。

1 可靠性与可靠度

可靠性就是系统在规定的使用条件下,在规定的时间内完成预定功能的能力,即它是研究系统在各种因素作用下的安全问题。包括系统的安全性、适用性、耐久性及其组合,一般情况下,将系统的安全性、适用性、耐久性总称为系统的可靠性。可靠度是可靠性的概率度量,是指系统在规定的时间内,规定的条件下完成规定的功能的概率,记作R(t),它是时间的函数,称为可靠度函数[1]。

可靠性分析,是在承认计算所用数据的真实性、破坏机理的合理性以及分析方法本身的适用性都具有一定程度不确定性的前提下,建立可靠性评价的随机模型,把其输入参数诸如潜在破坏面几何要素、岩土物理力学性质、地下水压分布、地震力以及其他附加荷载等均视作随机变量,并以一定的分布函数进行描述。可靠性分析的主要内容有:岩土参数的统计分析,荷载和自然条件的统计分析,土坡稳定的概率分析,地基稳定的概率分析,变形问题的概率分析以及系统可靠性分析和优化决策等。

2 岩土工程存在的不确定因素

2.1 土质性质不确定

岩土工程的地基土是经过长时期发展形成的,经过形式各样的变化过程,土质性质存在一定的变异性。现场地质勘探、室内试验因经费和设备条件的制约,人们只能借助个别测试点的现场试验和各项室内试验对土质参数进行近似估计[2]。

2.2 荷载不同

荷载主要分为土体自重和上部结构作用的荷载,土体自重的变异性很小,上部结构作用荷载根据实际情况有所变化,尤其是动荷载变化更大。

2.3 测试不确定

岩土工程土性测试必须控制初始条件、荷载条件等,这些因素比较复杂,实际使用起来相当困难,与实际情况存在很大的差异,所以,测试结果一般无法明确展现真实情况。

2.4 计算方法不同

岩土工程各种力学计算方法相对其他工程结构还不够完善,因此,计算方法不精确会导致得出的误差无法精确估计。

3 岩土工程中可靠性的体现

3.1 土坡稳定分析

土坡稳定是岩土工程中的一个重要课题,虽然确定性的土坡稳定验算方法已经发展的很多,计算方法也比较成熟,但实际工程中的失稳事故仍然屡见不鲜。主要原因不在于计算方法的精度如何,而在于设计时是否充分考虑了各种变化的因素及其对土的参数的影响。这种变化着的因素往往是随机性的,用确定性的方法难以反映这种随机性变化因素的影响,因此用确定性的安全系数无法提供土坡实际可能具备的安全储备的量以及潜在的失效概率。

近年来,土坡稳定的分析方法得到了重视与发展,有许多新的进展,包括土坡穩定的运动单元法、土坡可靠性的响应面法、两个潜在滑动面之间的连续破坏概率、破坏从滑动面上一点向其他部位扩展的转移概率、考虑末端影响来确定不稳定区的长度、土坡稳定的局部安全系数等[3]。

3.2 地基稳定性分析

地基的稳定性是建筑物安全可靠的保证。建筑物的可靠性不但取决于结构构件和整个结构体系的可靠度,而且也取决于地基基础的可靠性。在取用地基基础的可靠性指标或失效概率时,应将整个建筑物(包括地基基础在内)作为一个整体来考虑。

现行规范用地基容许承载力进行地基设计,给概率极限状态设计带来了一定的麻烦。地基容许承载力作为一种界限承载力,当然并没有达到地基整体失稳的极限状态,但确已达到一种极限状态,从这个意义上讲,也是一种极限状态,完全符合概率极限状态设计原则所定义的极限状态[4]。

3.3 地基变形分析

变形极限状态是指在满足承载力有足够安全度的前提下,建筑物基础或岩土结构物的变形已达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。这种变形包括沉降、水平位移和沉陷,在沉降中包括了绝对沉降量、差异沉降值和倾斜。过大的变形会使建筑物和构筑物发生开裂,或者影响使用,或者影响美观[5]。

4 结束语

总之,可靠性是系统在预计时间和特定条件下规定功能的完成概率,不仅是工程质量的反映,还是工程系统的成败关键点,在岩土工程中非常重要。工程系统一般是多个子系统和元件组成的,对于系统的可靠性分析主要在于子系统的可靠性评估,因此要在岩土工程的可靠性设计中,通过各个子系统的可靠性评价来强化薄弱环节,增强整体可靠性。

岩土工程的可靠性设计在岩土工程中非常重要,关乎着岩土工程的质量安全和系统成败,因此在岩土工程可靠性的设计过程中要基于物理力学的基础,把统计学和概率论相结合,对土体的载荷效应和性状概率进行分析和预测,从而使岩土工程的可靠性设计满足工程质量的标准和要求。

参考文献

[1] GB50021-2011.岩土工程勘察规范[S].北京:中国标准出版社,2011.[2]易念平,刘建章,马福荣,等.可靠性分析在岩土工程中的应用[J].工程建设,2006,38(2):1-6.

[3] 罗兵. 岩土工程可靠性分析的研究[J].中国高新技术企业,2008,(11):204.

[4] 郭宏.谈岩土工程的可靠性设计[J].山西建筑,2002,(7):32-33.

[5] 杨伟军,赵传智.土木工程结构可靠度理论与设计[M].北京:人民交通出版社,1999:149.

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