实现岩土工程可靠性设计的路径

陈争玉

摘要：通常来说，建筑工程施工前期需要岩土工程对施工现场的岩体以及土质进行检测分析，掌握施工现场中的不确定因素，以保证项目工程在整个施工阶段的安全性。另外，为满足社会金融经济发展的需要，岩土工程逐渐在项目施工中扮演着稳固地基的角色。换句话说，岩土工程的施工质量直接影响了整个建筑工程的项目施工质量。因此，加强岩土工程的可靠性设计对于提高工程的施工质量，保证施工阶段的安全性具有重要的意义。本论文从岩土工程可靠性设计的实现方面出发，阐述了岩土工程可靠性发展的历程，说明了当前阶段岩土工程可靠性设计中存在的问题。同时对我国岩土工程可靠性的现状以及勘察需要遵守的原则进行了介绍，最后论述了岩土工程可靠性设计的具体运用。

关键词：岩土工程；可靠性设计；发展历程；存在问题；具体运用

通常来说，岩土工程的施工阶段主要依靠于有限的且相互独立的各种参数进行工程项目的实现，这种运作模式与当前阶段建筑工程中的结构工程比较相似。由于岩土工程的施工特征，即在不确定性的施工环境进行项目地基的稳固，因此，在岩土工程的设计阶段，需要建立非确定性的数学模型以及数学概率统计学进行数据信息的处理。

与传统岩土工程项目施工设计相比，当前阶段的岩土工程在设计阶段改善了传统设计中利用安全系数来表示施工安全度的问题，并在设计阶段引入物理力学的相关理论，加强了岩土工程对于施工现场岩体以及土质结构承载能力的检测效率，提高了岩体工程的项目设计质量，减少了建筑项目施工中的安全隐患。

1.岩土工程可靠性的发展历程

1.1 可靠性理论的发展

可靠性理论最早出现在第二次世界大战期间，在当时军事专家在进行军事器材检测的过程中，为提高对军事器材各个运作原理以及相应的结构零件进行深层此的了解以及研究，保证士兵在作战过程中能够高效的使用军事武器打击敌人，军事专家参考当时的数学统计学以及概率学中的相关理论知识，创造性提出了检测士兵军事元件可靠性的方法，大大加快了军事专家研究军事器材的效率。

当第二次世界大战结束以后，人们在处理日常生活中的问题时，逐渐发现了可靠性分析对于提高其工作效率的重要作用，于是出现专业的人才加强了可靠性理论的研究工作。随着人们对于可靠性理论的不断发现以及完善，可靠性理论逐渐成为了一种新型的研究性理论学科，即可靠性工程学。在1950年左右，人们逐渐将可靠性理论运用到进行建筑施工的土木工程领域，至此可靠性理论与岩土工程之间建立了一定的联系。

1.2 我国岩土工程可靠性的研究

与西方国家相比，我国岩土工程可靠性理论的引进以及相关研究晚了将近20年。自岩土工程可靠性理论研究至今，我国岩土工程可靠性理论形成了独居特色的发展特征。

尽管我国岩土工程可靠性的研究起步阶段较晚，但是我国可靠性理论是上世纪七十年代，而我国改革开放政策的提出也是在七十年代。因此，为促进我国金融经济的发展，我国城市化规模的建设在当时处于高频时期，对于岩土工程可靠性理论在实践中的检验提供了良好的环境。岩土工程可靠性理论发展至今，岩土工程可靠性理论的内容在一些方面已经能与国际先进理论比齐。当然，我国岩土工程可靠性理论的研究也存在诸多问题。例如，研究人员在岩石结构、岩土动力学、岩石力学物理机制与可靠性之间的关系等方面的研究仍不全面，因此，现阶段仍然存在众多的研究领域需要研究人员进行深层次的分析了解。

在近四十年的研究過程中，我国岩土工程可靠性理论获得了一定的成绩。其中较为突出的相关理论是建筑工程中沉降概率分析和岩土参数统计规律和渗透问题等方面。同时，我国根据自身的国情，加强了对桩基质量课题的研究，而在国际相关研究中，桩基理论的研究程度与我国存在一定的差距。

2.岩土工程可靠性设计面对的问题

在岩土工程可靠性设计阶段，相关人员需要面对许多问题进行解决。例如，对岩土工程施工现场岩体结构、岩土的相关属性、施工现场周边的自然环境以及岩体与岩土承载能力等进行数据的收集，并且根据收集的数据进行相关参数的统计并作出预测。在施工现场进行勘测和采样，并且进行模拟实验。值得注意的是，设计人员应根据岩土工程的不确定性以及工程造价之间设计科学合理的决策方案。

3.岩土工程可靠性的现状

3.1 我国岩土工程可靠性的现状

当前阶段，我国的结构设计是基于概率法以及极限状态的基础上运用分项系数设计进行项目工程的实施设计。而与结构设计相比，我国的岩土工程设计仍处于落后的状态。在我国以桩基结构设计理论作为岩土工程的可靠性理论的引领，对于带动我国岩土工程其他方面的理论发展具有重要的意义。

3.2 岩土工程运作时的主要特征

通常来说，岩土工程在实际运作阶段，主要拥有三个特征，即天然性、岩土性能不确定性以及岩土属性数据获取较难。

相比结构工程的混凝土、钢筋等认为设计的材料，岩土工程的材料主要是更多利用天然的岩石或者岩土，人们无法根据具体所需对岩石等天然性的材料进行元素结构的改造。由于我国国土面积广阔，因此我国拥有多样化的地质地貌。不同区域的岩石属性通常存在较大的差异。同时在同一区域，随着深度的不断增加，岩土的性能也会存在变化。这种现象为施工团队确定施工现场岩石土质的功能性质造成了一定的难度。一般来说，岩石或者岩土的各项属性都是通过各种相关实验获取的各种属性参数确定，并且参数获取的过程要比结构工程属性参数的获取过程要更难。因此，岩土工程在试验中花费的时间与经费要远大于属性分析与计算方面。

3.3 岩土工程勘察需要遵守原则

由于岩土工程在实施阶段的三个特征，因此在根据《岩土工程勘察规范》在极限状态和数学概率统计问题方面进行一些处理原则的规定。例如，岩土工程施工阶段如果需要进行定量分析时，通常需要施工定值法进行数据的定制。在岩土工程的勘察结果文档当中，应当根据施工现场不同的地质环境提供相应岩土的属性参数值。

4.岩土工程可靠性设计的具体运用

传统岩土工程在施工设计阶段通过计算得到的可靠性系数与施工现场实际的可靠性系数存在差异。造成这种现象的主要原因是由于传统岩土工程在进行可靠性系数计算时，仅仅考虑了整个岩土工程的安全系数，对于岩体以及岩土的相关荷载能力和物理力学进行忽视。所以，为得到更为精确的岩土工程系数，需要将安全系数和荷载以及物理力学进行有机的结合。

公式中的P代表了单桩竖向的承载能力，S代表了桩基顶部受到的竖向集中荷载效应，则与之对应的功能函数就可以表现为：Z=P-S。当且仅当P和S为对数正太分布的随机变量是，则的相关技术公式则可以表示为：

其中U代表了桩基的横面的周长，n代表了施工现场土层的厚度，li代表了承台局面或底面冲刷下各个土城的厚度，Ti代表了与li对应的各个土层与桩基壁之间的极限摩擦力，A代表了桩底横截面的面积，σR代表了桩尖处的极限承载力。

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