对岩土工程进行系统的可靠度控制

（辽宁省冶金地质勘查局四O二队,辽宁 鞍山 114002）

（辽宁省冶金地质勘查局四O二队,辽宁 鞍山 114002）

岩土工程对自然条件的依赖性特别高，岩土体结构和岩土材料性能都是不确定的。计算结果与工程实际之间总存在或多或少的差别，因此就需要岩土工程师的综合判断。通过对勘察、设计、施工、监测等整个系统的各个部分的可靠度进行都要进行控制，从而使整个工程更加安全。

岩土工程；可靠度控制；可靠性控制

1 岩土工程勘察的可靠度控制及其措施

传统的数理统计分析假设参数空间分布是均匀的。但是在地质演化过程中岩土形成了空间变异性，不能用经典统计方法解决，需要随机场理论进行研究。其中相关距离是随机场理论应用于岩土工程的一个非常重要参数。小于相关距离时，土性具有相关性；大于相关距离时，土性基本不相关。用数理统计的方法整理岩土特性数据在我国勘查中普遍推行，国标《岩土工程勘察规范》GB50021-2001第14.2.2条中对岩土特性指标数据的统计和取值做如下规定：自主要参数宜绘制沿深度变化的图件，并按变化特点划分为相关型和非相关型。需要时应分析参数在水平方向上的变异规律。相关型参数宜结合岩土参数与深度的经验关系，按下式确定剩余标准差，并利用剩余标准差计算变异系数。

式中σr——剩余标准差

r——相关系数；对非相关型，r=0

由于客观上问题的复杂性，岩土参数的变异性和统计取值问题尚未完全解决，研究仍在继续。

2 岩土工程设计的可靠性控制

2.1 岩土性质的特点

岩土是大自然的产物，其性质十分复杂，而且多变，不仅不同地点的土性差异较大，就是同一地点同一土层的性质也是随位置不同而变化，所以他们具有比任何人工材料大得多的差异性。在岩土工程的研究过程中，取样、代表性样品的选择、成果分析等各个环节都会引起许多问题，带来一系列的不确定性，增加测值的变异性，以及有限的实验数据所造成的误差等，就构成了岩土材料特异性的主要来源。

2.2 岩土工程的特点

就可靠度而言，岩土工程，尤其是地基基础工程，有如下5个特点：

1）失效验算原则：岩土工程是对整个工程范围进行整体验算。

2）极限状态含义：地基基础设计中的承载力极限状态，既包括狭义的承载力极限状态，也包括变形的极限承载力状态。二者不是完全独立的。

3）工程规模方面：岩土工程所研究的范围一般均较大，这是与结构工程在可靠度分析中最基本的区别。

4）极限状态方程的非线性：岩土的本构模型多种多样，具有高度的非线性，在不同应力水平下，岩土体会表现出不同的变形特征。

5）土性指标的相关性：岩土性质的指标具有相关性，既有不同指标间的互相性，也有同一指标的自相关性。

2.3 可靠度的设计水准

国际上通常将可靠度的设计划分为三个水准。

（1）水准Ⅰ——半概率设计法：我国大部现行公路桥梁结构和路面结构设计都属于这一水准。分以下三个步骤：1）确定抗力变量R和荷载变量S的标准值；2）半概率的确定材料强度及设计荷载；3）由材料设计强度计算出截面抗力，由设计荷载计算出荷载效应，并进行判断。

（2）水准Ⅱ——近似概率设计法：目 前国际上已经进入实用阶段的概率设计方法，运用较多。确定基本变量的分布时，受现有信息的限制而具有近似性，将一些复杂的非线性的极限状态方程线性化。所以它仍然只是一种近似的概率方法。

（3）水准Ⅲ——全概率设计法：是一种完全根据概率理论的较为理想的设计方法，目前我国还没有任何一个规范采用此方法。

上述三种设计水准，上部结构采用标准Ⅱ，而岩土工程则是三种设计水准并存。岩土工程不求计算精确，只求判断正确，强调概念设计。岩土工程设计安全度一般包括下列几个方面

3 岩土工程施工的可靠性控制

岩土工程涉及的材料有多种情况：第一类材料如混凝土、钢材等，与结构工程相同，由设计者选定，应保证其强度、耐久性等性能符合设计要求；第二类材料如土工合成材料（土工化纤、土工模等），也由设计者选定，但属于非常规材料；第三类为人工制造或人工改造的岩土材料，如填方工程、路基、土石坝等，由岩土工程师设计，施工时按岩土工程师设计的要求实施；第四类是天然岩石，如天然地基、天然边坡，通过勘察测试确定其工程特性。材料的不同保证安全的措施也不同。第一类材料属常规材料，不必多言；第二类材料需由专业机构测定其性能是否满足设计要求；第三类材料由岩土工程师设计，施工单位实施后，也需要通过检验，检验方法一般由设计者提出；第四类材料性能由工程勘察报告提供。

施工的可操作性和施工质量的可控制性，是岩土工程安全控制必须注意的问题。当有多种功法可选时，设计时应尽量选用施工单位熟悉的有经验的功法。

施工质量的可操作性对于岩土工程有特殊重要意义。岩土工程多为隐蔽工程，质量的控制和检验十分重要，有的功法虽有明显优势，但如质量不易控制，也只得放弃。例如：预制桩的质量一般比较容易控制，但打入时因噪音而受到限制；挖孔桩由于可以到孔底检查，其质量比钻孔桩容易控制，但因劳动条件恶劣而受到限制；粉喷桩曾被一些地方封杀，不许使用，就是质量不易控制。2002年《建筑地基处理规范》规定“施工机械必须配有计量部门确认的，具有能瞬时监测记录粉量的粉体计量装置及搅拌深度自动记录仪”就是为了解决粉喷桩质量的控制问题。

总之，岩土工的勘察、设计、施工要从场地和工程的实际出发；抓住关键突出难点和重点；坚持设计理性，避免盲目；注重综合判断和现场试验；统筹兼顾，协调配合，注意总体效果；设置多道防线，确保工程安全。

[1]施建勇，赵维炳.地基处理及基础工程[M].南京：河海大学出版社，1997：8—60.

[2]刘景政，杨素春，钟冬波.地基处理与实例分析[M].北京：中国建筑工业出版社,1998.

对岩土工程进行系统的可靠度控制

刘锡金

刘锡金（1966—），男，辽宁鞍山人，本科，学士，高级工程师，研究学科及方向：岩土工程勘察与施工、地质勘探。