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1、第八章工程結構可靠性分析第一節(jié)邊坡工程及其不確定性1.邊坡工程不確定性簡介2.邊坡工程不確定性的分類3.邊坡工程可靠性分析的重要性1、邊坡工程不確定性簡介邊坡是山區(qū)基本建設工程中很常見的一種現(xiàn)象，自然邊坡的不穩(wěn)定性問題一直是世界上許多國家和地區(qū)所面臨的最主要的地質災害問題。在許多行業(yè)的生產(chǎn)和建設中，經(jīng)常會遇到巖土開挖邊坡、填筑邊坡和自然邊坡，對邊坡的設計、施工和評價是巖土工程人員所面臨的基本問題。傳統(tǒng)方法是將影響邊坡狀態(tài)的諸多因素看做確定性量，用安全系數(shù)F作為衡量邊坡狀態(tài)的指標，當F>1時，認為邊坡是穩(wěn)定的；當F<1時，認為邊坡處于不穩(wěn)
2、定狀態(tài)。然而，大量的實驗和工程實踐證明：影響邊坡穩(wěn)定性的因素中具有很大的不確定性，如邊坡巖土的強度參數(shù)、外界荷載、地下水、巖土內(nèi)的各種不連續(xù)面等。用確定性的方法加以計算評價會帶來很大的誤差，使結果失真。2、邊坡工程不確定性的分類1、巖層剖面與邊界條件的不確定性：在邊坡分析中，巖層及厚度變化情況是很重要的。但是，由于巖層出露條件和鉆孔工作量的局限，很難精確描述它們。巖層剖面和邊界條件的不確定性必然導致破壞和計算模型的不確定性。2、巖土性質的固有變異性：巖體和土體都是非均質的各向異性體，由于試驗品不足及其它各種因素的影響，其性質表現(xiàn)出隨機性
3、。同一組試樣在相同條件下測定其強度，結果也表現(xiàn)出一定的離散性，其中，摩擦角φ可能離散25％，粘結力C值可能離散50％，抗剪強度變化約為30％.3試驗樣品數(shù)量的不足：從理論上講，巖層的邊界條件和性質等是卻是存在于三維空間的，如果進行無限多的勘察工作，情況是可以確知的。但在實踐中，勘察、試驗工作是有限的，所以必須將巖層性質和特征看作是隨機的，試驗樣品數(shù)量的影響程度也是不確定的，人們很難確知樣品與真實試驗結果之間的確切關系。4、外加荷載大小和分布的不確定性：邊坡工程的常見荷載有地應力、地下水、地震、爆破震動、運輸生產(chǎn)設備、降雨等，這些荷載都是
4、隨機變量，其分布類型和特征參數(shù)往往都具有不確定性。5、勘測取樣方法和試驗方法的誤差：在取樣及測試過程中對試件的擾動，試驗環(huán)境條件以及試驗方法的不同，都使結果產(chǎn)生差異。6、計算模型的不確定性：邊坡工程，在定量分析中邊坡物理力學模型的建立，是以對巖土體地質模型的深刻觀察和分析為依據(jù)的。由于工程巖土的復雜性和人們分析判斷能力的局限性及模擬條件和原型的差異，必然導致結果的不確定性。3.邊坡工程可靠性分析的重要性由于巖土邊坡的不穩(wěn)定性，傳統(tǒng)的確定性方法表現(xiàn)出很多缺點。邊坡安全系數(shù)使巖土許多參數(shù)的函數(shù)，既然這些參數(shù)具有不確定性，那么把安全系數(shù)作為確
5、定值來判斷邊坡的安全度是不夠合理的。在邊坡工程中，也確實出現(xiàn)過K>1的邊坡發(fā)生破壞，而K<1的邊坡卻依然穩(wěn)定的情況。故，單憑安全系數(shù)這一籠統(tǒng)數(shù)據(jù)很難定量的評價工程的安全程度。隨著人們對邊坡工程的不確定性認識逐步加深，加之相關學科的發(fā)展與完善，推動了邊坡可靠性分析在巖土和邊坡工程中的研究。但是，值得強調(diào)的是，可靠性分析和常規(guī)的確定性方法并不是相互排斥的，它們可以相互補充。常規(guī)方法多年來所積累的經(jīng)驗、模式、計算方法是可靠性分析的一個重要組成部分。第二節(jié)邊坡工程可靠度的分析方法1.邊坡可靠性研究的進展2.邊坡可靠性分析常用的方法3.小結一、邊
6、坡可靠性研究的進展出于市場激烈競爭的需要和人類對安全性的更高要求，可靠性理論和可靠性工程研究成為當今世界各國工業(yè)領域的熱門課題之一。僅在美國，就有從事這方面的工程技術人員50萬。在我國邊坡可靠性研究工作開展較晚，時至1983年，攀鋼石灰石礦邊坡可靠性分析與經(jīng)濟分析研究課題才作為第一個這個領域的研究成果通過冶金部鑒定。近年來，邊坡可靠性研究和應用得到一定的發(fā)展。邊坡可靠性問題之所以提出，是由于邊坡工程一系列設計基本變量具有不確定性，邊坡工程性質屬于非確定或隨機性的。而可靠性理論提供系統(tǒng)的構思，可靠性分析方法為評價不確定性因素的工程影響的有
7、效手段。可以預計，可靠度分析方法的推廣和應用必將進一步推動我國邊坡工程技術的進步。二、邊坡可靠性分析常用的方法1、蒙特卡洛模擬法：蒙特卡洛（MonteCarlo）法又稱隨機模擬法或統(tǒng)計試驗法，是一種依據(jù)統(tǒng)計抽樣理論，利用電子計算機研究隨機變量的數(shù)值計算方法。在目前可靠度計算中，是相對精確的方法。蒙特卡洛模擬法的主要優(yōu)點是：（1）可確定系統(tǒng)性能，估計系統(tǒng)可靠度，預測出任一指定開采時期、指定邊坡地段、指定條件下邊坡的穩(wěn)定狀態(tài)，進行系統(tǒng)風險分析，使復雜的時空相互作用問題得以處理。（2）用蒙特卡洛法評價邊坡可靠度，受問題條件限制的影響較小，其收
8、斂性與極限狀態(tài)方程的非線性、變量分布的非正態(tài)性無關，適應性強。就可靠度計算而言，若隨機變量的變異系數(shù)大于30%，可靠指標法的計算結果往往遠離精確解。然而，蒙特卡洛法卻不受這個約束。而且，因為蒙特卡洛法的計算
