可靠性分析在巖土工程中的應(yīng)用.docx

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可靠性分析在巖土工程中的應(yīng)用 陳靜 土木工程系 南京理工大學(xué) 南京 210094 江蘇 摘要：就可靠性理論的發(fā)展為線索,闡述了可靠性理論在土木工程、巖土工程的發(fā)展與應(yīng)用,分析了巖土參數(shù)的不確定性與其本身固有的變異性,特別針對(duì)泥巖參數(shù)的可靠性分析,提出了可靠性分析在泥巖中的基本發(fā)展思路。 關(guān)鍵詞:可靠性;土木工程;不確定性;泥巖;泥巖參數(shù) 1 引言 巖土工程中所接觸的巖石和土是在漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代中形成的,本身處在不斷的變化中,這種變化是由包括自然條件的變化和人類活動(dòng)所引起的變化。再?gòu)膸r土的物質(zhì)成分的組成、結(jié)構(gòu)與構(gòu)造的特點(diǎn)、含水狀態(tài)以及疏密狀態(tài)等性狀來(lái)看,盡管人們已經(jīng)在理論上和試驗(yàn)手段上做出很大努力,但是要做出與實(shí)際情況相同的各種參數(shù)是不可能做到的,這就說(shuō)明巖土性狀表現(xiàn)出很大的變異性,非人類完全所能控制的。在巖土工程中的許多工程現(xiàn)象和過(guò)程,表現(xiàn)出很大的隨機(jī)性。其特征是實(shí)際情況往往難以預(yù)先知道,或者是僅在某種程度上可加以預(yù)估而無(wú)確切的把握[1]。 巖土工程不確定性的顯著程度和變化幅度固有地存在于巖土工程設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中[2]。為了處理這些不確定性問(wèn)題與巖土工程的安全度問(wèn)題,長(zhǎng)期以來(lái)的做法是采用定值論的方法,用安全系數(shù)來(lái)表達(dá)安全程度,采用一個(gè)總的安全系數(shù)籠統(tǒng)地來(lái)考慮這種不確定性。此方法已經(jīng)積累了相當(dāng)豐富的經(jīng)驗(yàn),但是傳統(tǒng)方法畢竟還是不夠完備,此方法的最大缺點(diǎn)就是安全系數(shù)大小本身不可能對(duì)工程給出定量的意義,不能作為表示安全性的尺度[3],無(wú)法提供說(shuō)明工程可靠性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。常用的安全系數(shù)法,在計(jì)算上常采用經(jīng)驗(yàn)的辦法去考慮工程中可能發(fā)生的最不利情況,但是這樣做往往會(huì)有兩種結(jié)果,一是不能排除采用該安全系數(shù)下工程失效的可能性,二是無(wú)法估計(jì)這種失效的可能性和其安全度究竟有多大。這就說(shuō)明僅從安全系數(shù)中了解破壞的可能性或破壞的概率,是非常困難的事情。 設(shè)計(jì)中的每一個(gè)環(huán)節(jié)都是在大量的不確定性下進(jìn)行的,雖然在實(shí)際工程中,按定值法計(jì)算出的安全系數(shù)是足夠的,但是在實(shí)際當(dāng)中卻又可能發(fā)生失穩(wěn)的現(xiàn)象。這說(shuō)明單一的一個(gè)安全系數(shù)還不能完全解決不確定性問(wèn)題。為了協(xié)調(diào)好安全與經(jīng)濟(jì)這兩矛盾體,又能處理好巖土工程中的不確定性問(wèn)題,給巖土工程師們對(duì)其所關(guān)心的系統(tǒng)的安全度以及破壞的可能性或破壞的概率一個(gè)明確的答復(fù),那么巖土工程中可靠性分析自然而然的就浮出水面。可靠度設(shè)計(jì)法的優(yōu)點(diǎn)就是可以更全面地考慮諸因素的客觀變異性,使所設(shè)計(jì)的工程更加合理,能夠用嚴(yán)格的概率來(lái)度量其安全度,所以在巖土工程設(shè)計(jì)中采用可靠度分析法更符合實(shí)際。 2 可靠性理論的發(fā)展 所謂可靠性是指一個(gè)系統(tǒng)在給定的條件下和預(yù)計(jì)的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定的功能運(yùn)行的概率?？煽啃岳碚撁妊坑诘诙问澜绱髴?zhàn),而在戰(zhàn)后得到了完善與發(fā)展.當(dāng)時(shí)是為了解決軍用武器失效與失靈等問(wèn)題,就引用了概率論和統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法,從而就孕育了一門新的學(xué)科——可靠性理論。在第二次世界大戰(zhàn)后,可靠性理論才得到了飛速的發(fā)展,也逐步應(yīng)用于許多工程領(lǐng)域,并取得顯著的成效。 可靠性理論在土木工程的結(jié)構(gòu)方面的應(yīng)用是開始得比較早的一個(gè)領(lǐng)域。1947年,蘇聯(lián)的爾然泥欽就提出了用一次二階矩理論的方法來(lái)估計(jì)結(jié)構(gòu)的失效概率;美國(guó)的弗羅伊詹特在40年代開創(chuàng)了美國(guó)結(jié)構(gòu)安全度的研究工作,并在1951年提出,破壞概率的選擇,應(yīng)使結(jié)構(gòu)建造費(fèi)用與期望的破壞損失費(fèi)的總和為最小的概念;爾后,美國(guó)的康乃爾(C.A.Cornell)、洪(A.H-S)和鄧(W.H.Tang)發(fā)展了工程技術(shù)中應(yīng)用的概率概念和方法。在60年代和70年代,土木工程結(jié)構(gòu)可靠度的研究工作廣泛的開展并逐步進(jìn)入實(shí)用階段。60年代美國(guó)成立了結(jié)構(gòu)安全度委員會(huì)。我國(guó)從50年代初期開始用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法確定超載系數(shù)和材料強(qiáng)度系數(shù)。70年代成立了工業(yè)與民用建筑規(guī)范系列的《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》編委會(huì)和專題研究組等[1],總結(jié)了我國(guó)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),并借鑒了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)《結(jié)構(gòu)可靠性總原則》 (ISO 2394),在征求了全國(guó)有關(guān)單位意見的基礎(chǔ)上,先后編制了《工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》 (GB50153-92)等6本統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。主要采用以隨機(jī)可靠性理論為基礎(chǔ)、以分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)的概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法,作為我國(guó)土木、建筑、水利等專業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范改革、修訂的準(zhǔn)則。我國(guó)從1982～1992年間有203篇有關(guān)“工程結(jié)構(gòu)可靠性”的研究文獻(xiàn),內(nèi)容非常豐富,包括結(jié)構(gòu)可靠性一般理論的若干問(wèn)題、介紹了我國(guó)在可靠性基本理論方面的研究工作、結(jié)構(gòu)體系可靠性問(wèn)題、結(jié)構(gòu)動(dòng)力可靠性問(wèn)題、結(jié)構(gòu)疲勞可靠性問(wèn)題、巖土工程的可靠性問(wèn)題、已有工程結(jié)構(gòu)的可靠性鑒定等[4]。 3 巖土工程的可靠性研究和設(shè)計(jì)理論 由于巖土工程中大量的不確定性問(wèn)題及不確知因素的存在,巖土工程的可靠度問(wèn)題是工程可靠度分析研究中一個(gè)比較困難的問(wèn)題,它的發(fā)展遠(yuǎn)落后于結(jié)構(gòu)可靠度的發(fā)展[2]?？煽啃岳碚撛趲r土工程中的應(yīng)用,可以說(shuō)是一個(gè)突破,也可以說(shuō)巖土工程是可靠性理論應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域。早在1956年,卡薩格蘭特(A.Casagrande)提出了土工和基礎(chǔ)工程中計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)的問(wèn)題[5]。從20世紀(jì)60年代起[1-3],Hooper、Lumb P、Meyerhof松尾稔等人開始了關(guān)于土的性能統(tǒng)計(jì)性質(zhì)的研究和資料收集。70年代對(duì)土性參數(shù)概率統(tǒng)計(jì)分析進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期,從1972年開始,有許多 有關(guān)統(tǒng)計(jì)學(xué)和概率論在土工和結(jié)構(gòu)工程方面的應(yīng)用的相關(guān)論文不斷發(fā)表。由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織巖土工程技術(shù)委員會(huì)(ISO/TC182)主持編制的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(草案)中規(guī)定采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原則和分項(xiàng)系數(shù)方法,并對(duì)各級(jí)巖土工程提出了可靠性指標(biāo)β的建議值,這是巖土工程中可靠性研究進(jìn)入實(shí)用階段的標(biāo)志,1975年Lumb P首次提到土的空間變異性概念,1977年Van-marcke E H提出了土層剖面的概率模型,1981年Meyerhof GG在他的一篇論文中總結(jié)了巖土工程中極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法,討論了變異性、總安全系數(shù)和分項(xiàng)安全系數(shù)等問(wèn)題。80年代內(nèi),可靠性理論在土工中的研究領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大,除了土性參數(shù)和邊坡外,內(nèi)容涉及近海洋平臺(tái)基礎(chǔ)、錨樁、擋土墻以及基礎(chǔ)的破壞模式和計(jì)算模擬的不確定性等。關(guān)于沉降,據(jù)松尾稔介紹,以Vanmarcke EH和Cornell C A為主的麻省理工學(xué)院研究小組取得較大成果;對(duì)于軟土地基上的填土、天然及人工邊坡、開挖地基等破壞問(wèn)題或沉降觀測(cè)問(wèn)題,作為整個(gè)系統(tǒng)考慮的可靠性設(shè)計(jì)已經(jīng)導(dǎo)出固定的公式。我國(guó)從70年代末才開展土力學(xué)中可靠性問(wèn)題的研究。雖然起步較晚,但是發(fā)展較快,也很活躍的。不過(guò)在某些領(lǐng)域里其發(fā)展較慢,如在巖石方面開展研究較少,土動(dòng)力學(xué)方面尚正在起步。經(jīng)過(guò)二十多年的發(fā)展,在這方面出了不少專著和發(fā)表了不少論文,其中有系統(tǒng)性論述的,有關(guān)沉降概率分析,有關(guān)于巖土參數(shù)概率模型的,有關(guān)于滲透問(wèn)題的和有關(guān)巖土參數(shù)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律的,它們集中反映了我國(guó)巖土工程可靠性研究領(lǐng)域的進(jìn)展情況。 70年代開始,國(guó)際上都不定期地召開有關(guān)統(tǒng)計(jì)學(xué)和概率論在土工和結(jié)構(gòu)中應(yīng)用以及巖土工程中概率分析方法的各種會(huì)議。1993年5月在丹麥哥本哈根召開了巖土工程極限狀態(tài)設(shè)計(jì)國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議,收集的論文中都涉及到極限狀態(tài)設(shè)計(jì)分析的各個(gè)方面。在1773年Coulomb基于極限狀態(tài)的考慮,推導(dǎo)了粘性土上路堤的垂直界限高度;1857年Rankine提出了主動(dòng)和被動(dòng)土壓力極限狀態(tài);1943年Terzaghi指出了巖土工程極限狀態(tài)問(wèn)題中的兩大類,即穩(wěn)定問(wèn)題和彈性問(wèn)題。世界上第一部極限狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)是1956年的丹麥基礎(chǔ)工程標(biāo)準(zhǔn)[2]。 在規(guī)范編制方面[1,2],波蘭PN-83/B-02482和前蘇聯(lián)СНИП2.02-85樁基規(guī)程,均規(guī)定樁基要按照承載能力和正常使用兩種極限狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算,并給出了有關(guān)分項(xiàng)系數(shù)數(shù)值,加拿大的“巖土工程手冊(cè)”采用了兼容并蓄的方法,同時(shí)列出總安全系數(shù)和建立在概率理論上的分項(xiàng)系數(shù)法。《歐洲地基基礎(chǔ)規(guī)范》藍(lán)本系統(tǒng)全面地論述了基礎(chǔ)工程問(wèn)題,并規(guī)定采用極限狀態(tài)法的分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)式進(jìn)行設(shè)計(jì)。在我國(guó),1990年1月頒布的《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》 (GBJ 7-89)按《統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》的要求對(duì)原規(guī)則作了較大的修改和補(bǔ)充,對(duì)各種指標(biāo)基本上給出了標(biāo)準(zhǔn)值與變異系數(shù)的計(jì)算公式。1994年,頒布的《建筑樁基設(shè)計(jì)規(guī)范》 (JGJ 94-94)規(guī)定按概率極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì),考慮承載能力和正常使用兩種極限狀態(tài),采用分項(xiàng)系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)值的適用設(shè)計(jì)式。 4 巖土參數(shù)的可靠性 土的性質(zhì)對(duì)確定的時(shí)空而言是一個(gè)確定的值,但是土性參數(shù)的“真”值是未知的,它的大小只能通過(guò)有限的室內(nèi)或現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的量測(cè)或觀察去了解,其測(cè)值是變化的,而且離散性很大,具有很強(qiáng)的不確定性[2]。我們都知土工參數(shù)的不確定性主要來(lái)自兩方面:一個(gè)是土體本身固有的變異性,由于土層在其形成過(guò)程中,礦物成分、土層深度、應(yīng)力歷史、含水量和密度等因素的變化,各點(diǎn)處土的性質(zhì)可能有較大的差別;二是系統(tǒng)環(huán)境的不確定性,包括試驗(yàn)不確定性、模型的不確定性和統(tǒng)計(jì)不確定性以及巖土體所處環(huán)境變化的不確定性,在對(duì)土進(jìn)行試驗(yàn)前,我們必須從野外取回土樣并對(duì)其進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn),那么在取樣、試樣運(yùn)輸及保管、測(cè)試時(shí)都會(huì)對(duì)之?dāng)_動(dòng),還有現(xiàn)在的試驗(yàn)方法和測(cè)試手段與技術(shù)等原因都會(huì)使得試驗(yàn)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)土的工程性質(zhì)不完全一致;對(duì)于模型的不確定性主要在于計(jì)算模型的不完備性,在這過(guò)程中,我們會(huì)有目的的對(duì)之進(jìn)行各種簡(jiǎn)化,使之理想化以及對(duì)某些機(jī)理還未了解透徹等。 冷伍明[2]指出土性一般是由試樣的測(cè)值來(lái)反映的,可以說(shuō)試樣測(cè)值反映的是土的“點(diǎn)”性質(zhì)。但地基的性狀常常為一定范圍內(nèi)土性的平均值特性所控制,這就說(shuō)明其具有空間變異性,土的空間平均性質(zhì)的含義可以這樣理解:一是土性參數(shù)不僅僅是一個(gè)隨機(jī)變量,而且是一個(gè)隨空間位置變化的隨機(jī)變量,所以把土性隨機(jī)變量的整體視為一個(gè)隨機(jī)場(chǎng)更符合實(shí)際情況;二是在許多情況下,土工的行為或效能往往取決于土工所涉及范圍內(nèi)的空間平均特性[3]。土性的空間自相關(guān)性概念是由Cornell(1973年)首先提出的,土層中的任意兩點(diǎn)的特性存在著自相關(guān)性,隨著兩點(diǎn)距離的增加,這種相關(guān)性減少;反之,自相關(guān)性增加[6]。表示土體參數(shù)空間變異性較好的方法是Vanmar-cke[7]提出的描述土體空間自相關(guān)特性的隨機(jī)場(chǎng)模型,隨機(jī)場(chǎng)理論用方差折減系數(shù)把土性的“點(diǎn)”變異性和空間變異性聯(lián)系在一起。而方差折減系數(shù)則取決于土性的相關(guān)距離,相關(guān)距離是隨機(jī)場(chǎng)應(yīng)用于巖土工程可靠度計(jì)算中的一個(gè)重要的參數(shù),它是衡量?jī)蓚€(gè)相隔一定距離的物理量之間的相關(guān)程度的基本距離[8]。求出相關(guān)距離后,進(jìn)而求出方差折減系數(shù),然后再?gòu)狞c(diǎn)方差求空間平均方差。按此空間平均方差所計(jì)算出的可靠度指標(biāo)β才是反映巖土可靠性程度的標(biāo)志。求解土性參數(shù)相關(guān)距離的方法主要有遞推空間法、曲線極限法、相關(guān)函數(shù)法、半變異函數(shù)法、平均零跨距法和統(tǒng)計(jì)模擬法以及貝葉斯方法。 那么在巖當(dāng)中又是如何的呢?在自然界中,大部分巖都被土所覆蓋,隨著現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展,土木建筑工程中所涉及到巖基問(wèn)題就越來(lái)越多了,此時(shí)就會(huì)涉及到巖體力學(xué)參數(shù),各種各樣的問(wèn)題也就會(huì)隨之產(chǎn)生。由于各種地質(zhì)作用和環(huán)境因素改變著巖體的賦存性狀和結(jié)構(gòu)特征,使得巖體中形成斷層、節(jié)理和裂隙;自然條件和人類活動(dòng)也會(huì)引起巖體的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、力學(xué)性狀的改變。不僅使巖體具有不連續(xù)性、非均質(zhì)和各向異性等固有特性,導(dǎo)致巖體參數(shù)表現(xiàn)出較大的變異性,而且決定著巖體破壞形式的不確定性和工程荷載條件的隨機(jī)性[9]。然而,目前人們只能在特定的時(shí)刻、特定的地點(diǎn)和范圍內(nèi)對(duì)巖體某個(gè)部位進(jìn)行測(cè)量,然后基于一定的數(shù)學(xué)模型利用測(cè)量的結(jié)果去估測(cè)巖體的性狀。這樣無(wú)疑會(huì)給參數(shù)確定帶來(lái)較大的誤差,從而影響工程對(duì)精度的要求。作為地質(zhì)體的一部分,地基巖體免不了會(huì)受到溫度、地應(yīng)力、地下水以及時(shí)間效應(yīng)等多種環(huán)境因素的綜合影響,是一種變異性很大的非均質(zhì)各向異性地質(zhì)體。其物理力學(xué)性質(zhì)、荷載條件和破壞模式都具有較大不確定性。過(guò)去,人們一直把巖體力學(xué)參數(shù)視為隨機(jī)變量,認(rèn)為它服從隨機(jī)概率分布。然而,由于工程地質(zhì)巖組劃分的模糊性及取樣測(cè)試引入的隨機(jī)性,使得力學(xué)參數(shù)不確定性同時(shí)包含隨機(jī)性和模糊性,因而是一隨機(jī)模糊變量[10]。故此,巖體力學(xué)參數(shù)就不能簡(jiǎn)單地服從隨機(jī)概率分布或模糊概率分布,而應(yīng)服從隨機(jī)模糊概率分布[11]。 巖土測(cè)試中會(huì)涉及到很多數(shù)據(jù),如在試驗(yàn)中會(huì)收集大量的數(shù)據(jù),怎樣處理擺在面前的數(shù)據(jù),就成為巖土工作者工作中的首要任務(wù),也是為下一步的設(shè)計(jì)、施工、分析與評(píng)價(jià)提供較有代表意義的、較可靠的指標(biāo)參數(shù)。巖土參數(shù)表現(xiàn)出隨機(jī)性具有客觀統(tǒng)計(jì)規(guī)律,因此基于概率統(tǒng)計(jì)的可靠性分析方法為處理這種現(xiàn)象提供了一條有效途徑。它不僅可充分考慮參數(shù)的不確定性以及原始參數(shù)變異性的影響,還可在引入非確定性失效準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上,得出其在可能出現(xiàn)情況下的失效概率,并給出工程的安全度或可靠度。因此必須對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理才能顯示出它的規(guī)律性,利用現(xiàn)有的概率與數(shù)理統(tǒng)計(jì)的知識(shí)進(jìn)行分析與擬合,得出規(guī)律性的認(rèn)識(shí),便于對(duì)參數(shù)進(jìn)行可靠估計(jì)。 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性檢驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)包括:異常實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的舍棄、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的相關(guān)性檢驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)最小樣本數(shù)檢驗(yàn)、量測(cè)誤差的消除。文獻(xiàn)[12]、文獻(xiàn)[13]提供了判斷異常數(shù)據(jù)的三倍標(biāo)準(zhǔn)差法(又稱Pauta準(zhǔn)則)、小概率事件判別法(又稱Chauvenet準(zhǔn)則)和端值判別法(又稱GrubbS方法),文獻(xiàn)[14]則進(jìn)一步推出另外兩種新方法:即t檢驗(yàn)準(zhǔn)則法和非參數(shù)方法。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的相關(guān)性檢驗(yàn)則要求只有相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)才可進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì)分析,因此,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)必須進(jìn)行相關(guān)性檢驗(yàn),以確定它們之間是否相互獨(dú)立。土工問(wèn)題中,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的相關(guān)性是由土體自身的性質(zhì)引起的,因而其相關(guān)性不能用求相關(guān)系數(shù)的方法來(lái)判別,而用自相關(guān)距離δ來(lái)判別。自相關(guān)距離δ可以通過(guò)遞推平均法[7]求得。在地質(zhì)工程中,總體分布參數(shù)的精確值一般是未知的,需通過(guò)樣本觀測(cè)值估計(jì)分布函數(shù)的某些參數(shù)值。土性概率模型一般來(lái)說(shuō)是一個(gè)比較復(fù)雜且棘手的問(wèn)題,一般認(rèn)為巖土特性參數(shù)的概率模型大都服從正態(tài)或?qū)?shù)正態(tài)分布,不過(guò)也有一些服從β分布[1]、極值I型分布(Gumbel分布)[1,15]、聯(lián)合分布[1,16]等。目前,總體參數(shù)估計(jì)方法主要有:矩法、最大似然法[19]和貝葉斯估計(jì)法[16,17]等。 目前,可靠度計(jì)算方法[12]包括Monte-Carlo模擬方法、統(tǒng)計(jì)矩計(jì)算法、可靠指標(biāo)法和隨機(jī)場(chǎng)有限元法四種,文獻(xiàn)[8]中也提出改進(jìn)的Monte-carlo法,它考慮了土性指標(biāo)的自相關(guān)性和互相關(guān)性。在上四種方法中以可靠指標(biāo)法比較適用,主要有均值一次二階矩法、改進(jìn)一次二階矩法和結(jié)構(gòu)工程可靠度分析中常用的JC法。均值一次二階矩法在均值點(diǎn)附近對(duì)功能函數(shù)線性化,由于選用的線性化點(diǎn)一般在可靠區(qū)而不在失效邊界上,因而會(huì)給非線性功能函數(shù)帶來(lái)相當(dāng)大的誤差,同一問(wèn)題,用不同的極限狀態(tài)方程,將得到不同的可靠度指標(biāo),而改進(jìn)一次二階矩法克服了上述方法的缺點(diǎn),將設(shè)計(jì)驗(yàn)算點(diǎn)選在失效邊界的最大可能失效概率上,因而比較適合于統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的正態(tài)分布變量,計(jì)算精度也滿足工程要求[9]。JC法的基本原理是將非正態(tài)分布的隨機(jī)變量用當(dāng)量正態(tài)分布的隨機(jī)變量代替,并要求替代的分布與正態(tài)分布在設(shè)計(jì)驗(yàn)算點(diǎn)處的累積概率分布函數(shù)值和概率密度函數(shù)值相等,再用一次二階矩法求得可靠度指標(biāo)。在巖土可靠度計(jì)算模式中我們必須考慮土性的相關(guān)性,這個(gè)相關(guān)性有正相關(guān)和負(fù)相關(guān),如果不考慮其相關(guān)性,某些參數(shù)將會(huì)受到很大的影響,如土的c、φ值就是典型的例子,其影響已有人做過(guò)研究我們可參看文獻(xiàn)[18]。由于土性參數(shù)之間有相互關(guān)性,因此在計(jì)算概率模式中就會(huì)出現(xiàn)協(xié)方差項(xiàng),然而許多可靠性分析中都是假定參數(shù)間是相互獨(dú)立的,因而必須對(duì)之進(jìn)行修正。 5 結(jié)語(yǔ) (1)可靠性在巖土工程中的應(yīng)用是愈來(lái)愈廣泛,其面也是越來(lái)越廣,研究深度較以前就更深一層次。使得巖土工程中的不確定性問(wèn)題有方可尋,但巖土工程設(shè)計(jì)中存在著許多不確定性問(wèn)題,至今還沒(méi)有一一確定,因此對(duì)那些不確定性較大的環(huán)節(jié),我們必須著重研究。雖然可靠性分析方法有如此的功效,但它并沒(méi)有取代一直還沿用著的定值法,也沒(méi)有必要,我們可以充分利用這兩種方法,相互補(bǔ)充,發(fā)揮它們更強(qiáng)大的作用。但我們也必須認(rèn)清可靠度分析方法中采用的分項(xiàng)系數(shù)與定值法中的總安全系數(shù)在本質(zhì)上是不同的,影響可靠度的各個(gè)因素可以分別研究,某一方面若有進(jìn)展,就可修改相應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù),以獲得工程效益。這在常規(guī)定值法中是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。 (2)可靠性研究在巖土工程中的發(fā)展歷程已將近半個(gè)世紀(jì),涉及到土、巖的很多方面,取得了豐富成果,提出了許多實(shí)用性較強(qiáng)的計(jì)算模型、分布模型和計(jì)算公式。盡管成果這么豐富,但是涉及到半成巖狀態(tài)的泥質(zhì)巖問(wèn)題的可靠性問(wèn)題時(shí),卻是少之又少,幾乎一片空白。由于泥巖的物質(zhì)組成、工程特性和力學(xué)性質(zhì)的特殊性和復(fù)雜性,以及各種不確定因素的存在,泥巖參數(shù)的可靠性一直受到人們的質(zhì)疑。因此,對(duì)于泥巖參數(shù)可靠性研究,我們可以采取理論與試驗(yàn)方法相結(jié)合的路子,從分析影響泥巖力學(xué)特性、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、物質(zhì)組成等內(nèi)在因素,以及環(huán)境場(chǎng)影響的外在因素,提取關(guān)鍵的影響因子,結(jié)合試驗(yàn)方法,應(yīng)用現(xiàn)有的測(cè)試手段,去“恢復(fù)”泥巖天然下的原有應(yīng)力狀態(tài),從而獲取相關(guān)參數(shù),應(yīng)用概率統(tǒng)計(jì)的理論知識(shí)和已有相關(guān)成果對(duì)其進(jìn)行可靠性分析。 (3)從試驗(yàn)角度可對(duì)泥巖試驗(yàn)參數(shù)的可靠性進(jìn)行研究。在以往我們對(duì)巖土工程的可靠性進(jìn)行各種分析時(shí),往往是將從土工試驗(yàn)中獲得的參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析,很少對(duì)試驗(yàn)方法、測(cè)試手段以及影響參數(shù)的各種因素進(jìn)行綜合改進(jìn)分析,僅進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的方法是片面的。泥巖鉆取這一過(guò)程中所發(fā)生機(jī)械沖擊以及水作用下的所有擾動(dòng),引起的泥巖結(jié)構(gòu)變異、應(yīng)力釋放、能量削弱等會(huì)對(duì)泥巖力學(xué)性質(zhì)造成重大影響并發(fā)生突變的現(xiàn)象,那么在考慮泥巖結(jié)構(gòu)、應(yīng)力、能量等因素時(shí),對(duì)試驗(yàn)手段與方法、試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行改進(jìn),提高試驗(yàn)技術(shù),可提高泥巖參數(shù)的可靠性。 參考文獻(xiàn): [1]高大釗.土力學(xué)可靠性原理[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1989. 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