巖土工程風(fēng)險分析及應(yīng)用

張照秀

【摘要】為了研究巖土工程風(fēng)險，本文首先介紹了巖土工程的特點(diǎn)以及巖土工程風(fēng)險分析的內(nèi)容，主要包括：巖土工程的安全系數(shù)以及巖土工程設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)。然后介紹了巖土工程風(fēng)險分析方法：定值論、概率法以及風(fēng)險評估方法。最后從確定合理的方法、進(jìn)行科學(xué)的風(fēng)險評估以及采取有效的施工對策三個方面介紹了巖土工程風(fēng)險分析的運(yùn)用。本文的研究可以作為巖土工程風(fēng)險分析及應(yīng)用過程中的參考。

【關(guān)鍵詞】巖土工程；風(fēng)險分析；應(yīng)用研究

前言

巖土工程在土木工程建設(shè)過程中非常常見，應(yīng)當(dāng)采用合理的巖土工程施工方法以保證安全的施工，因此需要充分的研究巖土工程風(fēng)險分析及應(yīng)用以避免安全事故的發(fā)生。下面將對巖土工程風(fēng)險分析的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行研究。

1 巖土工程的特點(diǎn)

作為土木工程建設(shè)過程中的重要內(nèi)容，巖土工程的兩個主要方面是巖體和土體，其中地基處理、土方邊坡處理、地下工程等是巖土工程的主要內(nèi)容，由于是漫長的地質(zhì)作用形成了巖土，因此巖土的不確定性特點(diǎn)使得工程建設(shè)比較困難，如果不對巖土進(jìn)行處理就無法有效的滿足相應(yīng)的施工要求。從巖土的特性上來看，不確定性和不均勻性是巖土的工程的主要特點(diǎn)，而非線性特點(diǎn)是巖土工程主要的物理性能，巖土工程在其物理性能的影響下會有很多不確定性和不利的因素產(chǎn)生，因此，在對巖土進(jìn)行研究的過程中存在著一定的難度。在研究和分析的過程中主要由以下幾個方面的不確定性因素：在施工現(xiàn)場的巖土中存在著一些不確定性因素，有些指標(biāo)實(shí)驗(yàn)室的和現(xiàn)場存在一定的差距；另外還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行巖土工程的計(jì)算；在載荷分布以及載荷大小上巖土工程都有很大的不確定性，這些特點(diǎn)都阻礙了巖土工程的分析和處理。所以應(yīng)當(dāng)在巖土工程分析的過程中嚴(yán)格按照相應(yīng)的規(guī)范以盡可能的避免巖土工程中的風(fēng)險。

2 巖土工程風(fēng)險分析的內(nèi)容

2.1 巖土工程的安全系數(shù)

在巖土工程施工的過程中存在著很多不確定性因素，在這方面巖土工程和結(jié)構(gòu)工程是不同的，在外界環(huán)境的影響下施工條件也在發(fā)生著變化，同時外界氣候也會對巖土的整體特性產(chǎn)生影響，另外一方面，我們還沒有充分的了解相應(yīng)的土質(zhì)條件，因此我們在施工的過程中應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)備足夠的安全措施，這樣能夠有效的預(yù)防意外事故的發(fā)生；同時系統(tǒng)運(yùn)行能力的下限和所需估值的上限決定了巖土工程的安全系數(shù)。

2.2 巖土工程設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)

巖土工程施工過程中一個非常重要的內(nèi)容就是在對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行風(fēng)險評估的過程中確定相應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)是否能夠滿足相應(yīng)的施工標(biāo)準(zhǔn)，在驗(yàn)證相關(guān)參數(shù)的構(gòu)過程中做好安全施工工作；為了衡量設(shè)計(jì)參數(shù)是否符合建筑要求可以采用擬合度檢驗(yàn)的方法，所謂擬合度檢驗(yàn)指的就是在某一隨機(jī)變量是符合某種概率分布的基礎(chǔ)上對統(tǒng)計(jì)參數(shù)的準(zhǔn)確性進(jìn)行檢驗(yàn)，進(jìn)而將隨機(jī)變量的準(zhǔn)確度確定下來。

3 巖土工程風(fēng)險分析方法

作為一個復(fù)雜的系統(tǒng)過程，需要采用全方位的方法對巖土工程進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)，其常用的設(shè)計(jì)方法如圖1所示。

概率分析方法、定值論以及風(fēng)險評估法是目前巖土風(fēng)險分析過程中經(jīng)常采用的方法。其中概率分析的計(jì)算方法主要是通過一定有效性的分析模型來了解一個結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)的概率特性，對于材料特性、幾何結(jié)構(gòu)形狀 、荷載等的不確定性概率分析法能夠很好的反映出來。分析評估方法主要采用專家評估和數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法，根據(jù)相關(guān)專家的經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行選擇和判斷，這種分析方法能夠很好的分析巖土工程中的風(fēng)險。

3.1 定值論

定值論是近年來巖土工程風(fēng)險分析中常用的方法，通過安全系數(shù)的應(yīng)用來對工程建設(shè)的風(fēng)險程度進(jìn)行衡量，經(jīng)過大量的實(shí)際應(yīng)用這種分析方法逐漸贏得了人們的青睞。但是在工程建設(shè)數(shù)目不斷增多以及對巖土工程的要求不斷增強(qiáng)的過程中逐漸的暴露出了這種方法的局限性。因此，這也就逐漸的促生出了其他的巖土風(fēng)險分析方法，例如下面將要詳細(xì)介紹概率法和風(fēng)險評估法，通過多種方法的綜合運(yùn)用能夠有效的評估巖土工程中存在的風(fēng)險。

3.2 概率法

結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)指的是結(jié)構(gòu)從可靠狀態(tài)到不可靠狀態(tài)之間的極限狀態(tài)，其中可以用結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)來對極限狀態(tài)進(jìn)行表示：結(jié)構(gòu)抗力對荷載的富余程度等于抗力與荷載效應(yīng)的差值，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)的方法對功能函數(shù)進(jìn)行觀測可以得出以下三種情況，當(dāng)兩者的差值大于零時結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)，當(dāng)兩者的差值小于零時結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)，當(dāng)兩者的差值等于零時，整個機(jī)構(gòu)處于極限狀態(tài)。樁頂沉降、地面沉降等一些巖土失效問題都可以在參考以往工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上將抗力當(dāng)作常量處理，當(dāng)抗力和載荷效應(yīng)都不確定的時候，也無法確定結(jié)構(gòu)抗力對荷載的富余程度。因此以概率原理為基礎(chǔ)可以得到均值和標(biāo)準(zhǔn)差的關(guān)系。

在上述公式中， 為抗力和載荷效應(yīng)之間的相關(guān)系數(shù)，當(dāng)載荷效應(yīng)和抗力不相等的時候可以將后面的公式進(jìn)行簡化。

如果采用對數(shù)的形式表示抗力和載荷效應(yīng)，則抗力與載荷效應(yīng)的比值就是安全系數(shù)，因此可以得到下面的公式。

以上可以看出，概率分析法的本質(zhì)是將結(jié)構(gòu)抗力對荷載的富余程度等于零作為結(jié)構(gòu)失效的條件，然后再計(jì)算結(jié)構(gòu)抗力對荷載的富余程度小于等于零時的概率。

4 巖土工程風(fēng)險分析的運(yùn)用

4.1 確定合理的方法

確定合理的分析方法對于分析巖土工程的風(fēng)險非常重要，應(yīng)在在充分考慮工程建設(shè)需求的基礎(chǔ)上以巖土工程的具體情況為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行有效的分析，工作人員可以采用上面所描述的概率法和定值法等對可能存在的風(fēng)險進(jìn)行全面的分析，進(jìn)而創(chuàng)造有利的條件進(jìn)行風(fēng)險預(yù)防對策的實(shí)施。

4.2 進(jìn)行科學(xué)的風(fēng)險評估

確定了分析方法以后要想具有一個完善的風(fēng)險評估體系就需要全面的分析巖土工程中可能存在的問題，例如對施工過程中可能出現(xiàn)的環(huán)境破壞、經(jīng)濟(jì)損失以及社會影響等，在對材料參數(shù)的變異性以及不確定性進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和邊坡穩(wěn)定的相關(guān)要求，只有這樣才能在正確進(jìn)行施工決策的基礎(chǔ)上保證高效率的施工。

4.3 采取有效的施工對策

在完成相應(yīng)的風(fēng)險分析以后就需要以巖土工程的需求為出發(fā)點(diǎn)采取相應(yīng)的技術(shù)和預(yù)防措施，其中為了充分的保證巖土施工的順利進(jìn)行以及避免巖土工程中的安全事故應(yīng)當(dāng)制定相應(yīng)的技術(shù)措施，而預(yù)防措施的主要作用就是盡可能的避免安全事故的發(fā)生，只有這樣才能在保證工程建設(shè)順利進(jìn)行的基礎(chǔ)上提升巖土工程的整體質(zhì)量。

5 總結(jié)

總之，在土木工程建設(shè)過程中不能忽視巖土工程風(fēng)險，后需要應(yīng)當(dāng)對巖土風(fēng)險分析及應(yīng)用進(jìn)行更加深入的研究。

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