岩土工程的可靠度分析和分项系数设计方法_陈祖煜参考课件

岩土工程设计可靠度分析与计算方法摘要：本文讨论了地基基拙设计规范米用概率机限状态设计原则的技术关键；探讨了随机场理论在地基基础设计中应用的可行性；比较了计算相关距离的几种方法；关于相关距离的研究仅仅是开始，对它的测定、分析方法尚有待完善；希望有更多的同行参加这一工作，积累各地区、各类土的经验数据，为岩土工程概率极限状态设计方法的实用化与标准化创造条件。

关键词：岩土工程设计；安全指标；地基基砂设计前言：岩土作为天然材料，具有多样的物理、力学特性，岩土参数的变异性极大地影响着岩土结构的设计等问题，确定性方法已经显得力不从心，应用概率论的方法进行岩土结构的设计就特别有意义，概率方法在岩土工程领域中的应用取得了较好的效果。

一、可靠度设计方法的兴起由于常规定值方法的不足，使得工程技术人员对于建筑物中存在的不确定性分析得不够透彻，常常会使得工程造价过高，造成很大的浪费。

近年来，随着可靠度分析的发展，为改善这种状况提供了一个有希望的前景。

二、可靠度分析的概念可靠度分析最本质的一点是力图定量考虑工程中的各种不确定性。

这种不确定性是工程勘测、试验、设计计算，以及施工的每一个环节都存在的，因此可靠度分析的概念也要贯穿在工程的各个环节当中去。

三、可靠度分析的特点1可靠度分析在概念上，解题的思路和方法上，计算成果的表达上均与常规方法有很大的不同，而且它比常规方法更加合理。

2既然结构物的设计是在许多不确定的情况下进行的，因此很难说设计出的结构物是绝对安全的或绝对不安全的。

因为可靠度设计法承认设计出的建筑物都有风险．只是风险大小而已，风险大的设计，破坏的可能性大，破坏损失也大，但工程投资较小；反之，则投资较大而破坏损失小。

但对于定值设计法来说，只要满足要求的安全系数．则设计出的结构物就是安全的。

从两个方法的比较可以看出．可靠度分析的方法比较符合实际，因此也比较科学。

3可靠度方法中有一个统一的度量工程结构安全程度的标准，而且能对各种不确定性分别地加以某种形式的定量考虑，这就使得工程结构物设计得更为安全和经济。

岩土工程的可靠度分析与应用5.1结构可靠度的基本理论和研究概况5.1.1 岩土工程结构可靠度的概念岩土工程结构可靠度是指岩土工程结构在规定的时间内，在规定的条件下完成预定功能的概率。

应当指出，经典可靠度理论与方法除了适合于一般意义上的结构以外，也适合于岩土工程结构的可靠度分析。

为了叙述及学习经典可靠度理论的方便，以下经常将岩土工程结构简称为结构、工程、工程结构等。

他包括以下三个方面的要求：（1）安全性。

结构在正常施工和正常使用时就能承爱可能出现的各种作用，以及在偶然事件发生时及发生后应能保持必需的整体稳定性。

（2）适用性。

结构在正常使用时就能满足预定的使用功能。

（3）耐久性。

结构在正常维护下，材料性能随时间变化，仍应能满足预定的功能要求。

结构的功能通常以极限状态为标志，结构到达他不能完成预定功能之前的一种临界状态，称为结构的极限状态。

极限状态可以通过功能函数体现。

功能函数中的随机变量一般可以用两个基本变量即抗力R 和荷载效应S 代表，通常R 是材料特性、单元或结构尺寸的函数，S 则是外荷载、材料密度、结构尺寸的函数。

我们约定，大写字母代表随机变量，大写黑体字母表示随机向量，含下标的大写字母表示随机向量的一个分量，小写字母代表随机变量的一个实现或确定性变量，小写黑体字母表示随机向量的一个实现或确定性设计向量。

岩土工程结构的功能函数可以写为S R Z -= （5-1）功能函数0<Z 表示失效，0>Z 表示安全。

假设抗力和荷载效应都是连续随机变量，概率密度函数分别用)(s f S 和)(r f R 表示，两者的联合概率密度函数写作),(s r f RS 。

结构的失效概率就定义为抗力小于作用在他上面的荷载效应的概率，即drds s r f S R P P S R RS f ⎰≤=≤-=),()0( （5-2）如果R 和S 相互独立，则)()(),(s f r f s r f S R RS =，从而⎰⎰+∞∞-≥∞-=≤-=rs S R f drds s f r f S R P P )()()0( （5-3）实际工程中许多随机参数不能简单地归结为抗力或荷载效应的变量，因此功能函数常表示为更一般的形式)(X g Z =，其中X 代表基本随机向量。

可靠度分析方法在岩土工程中的应用摘要：本文对可靠度分析方法在岩土工程中的应用做了简要介绍。

关键词：可靠度分析1 概述在传统的岩土工程计算中，人们习惯以安全系数作为岩土工程的评价指标，将岩土的物理力学指标和作用在岩土体上的荷载都作为确定性值来处理，因此得到的结果也是确定性的。

这种计算方法，未能考虑设计变量中任何客观存在的变异性，某个一定的安全系数值，对于不同的工程未必具有同样的意义。

也就是说，安全系数的大小并不能完全确切地表征工程的安全程度。

众所周知，岩土体的物理力学指标存在离散性，这种离散性是由土体本身的变异性和测定指标的不确定性造成的；同时，作用在岩土体上的荷载，也常常带有不确定性。

显然，岩土体的响应并不是确定性的。

计算的结果只是人们对于某种响应的一种估计，计算结果与实测结果之间存在着一定的差异。

”2 可靠度分析的工程应用2.1 桩基可靠度分析设单桩竖向承载力为p，桩顶所传来的竖向集中荷载效应为s，则相应的功能函数为z：z＝p－s若p和s均为对数正态分布的随机变量，则β的计算公式为：β=■（2－1）式中，mp，ms，vp，vs分别为随机变量p和s的平均值、标准差和变异系数。

根据《公路桥涵地基与基础设计规范》(jtj024－85)，钻孔灌注桩的竖向极限承载力计算公式：p=ｕ■?子■l■+a?滓■（2－2）式中：u－桩的横截面周长；n－土层的层数；li－承台底面或局部冲刷线以下各土层的厚度；?子■－与li对应的各土层与桩壁的极限摩阻力；a－桩底横截面面积；?滓■-桩尖处土的极限承载力，可按下式计算：?滓■=2m0λ｛［?滓0］+k2γ2（h-3）｝（2—3）[?滓0]－桩尖处土的容许承载力；h－桩尖的埋置深度；λ－综合修正系数。

k2－地面土容许承载力随深度的修正系数；γ2－桩尖以上土的容重。

根据误差传递原理，可由钻孔灌注桩的竖向极限承载能力计算公式求出钻孔灌注桩的竖向极限承载能力的平均值、标准差和变异系数：mp=mｕ■m?子imli+mam?滓r （2－4）?滓■■=■（2－5）vp=■=■1-2（2－6）由式2－3可求出v■■：■v■■=■1-2（2－7）式中，mu、?滓■■和vu分别为变量u的平均值、标准差和变异系数，其余类推。

岩土工程勘察的可靠性控制和置信度作为工程建筑场地,工程设计所需的地质参数的可靠性如何,直接关系到工程建设的经济与安全性。

探讨岩土工程地质参数精度评价的方法，包括数据优选、确定最优样本及计算可靠度。

按不同设计阶段给定的目标值评价其置信度。

我们对地质体的认识就是从随机现象开始，从观测或试验所积累的丰度，数据的离散性决定了地质参数的变异性。

这就有一个精度问题。

样本多、指标精度高，置信概率大，其工作量和消耗的费用也大。

反而从有限的测试样本中统计出来的指标，其可靠性是不高的。

一、当前岩土工程勘察实行市场化、全面放开，勘察单位互相竞争，相互压价，最为突出的问题是：1、对场地土层取原状土试样数量少，把不同成因的土层亦归为一层取6件土样。

2、布孔：把勘探孔布在建筑物中间，造成二排孔变成一排孔，或变成一个梅花型和变成一个折线形。

有的在复杂的山前倾斜平原中，也不论地质条件复杂程度如何，仍按方格网布孔。

孔的间距定在规范允许的上限，造成控制不了查明暗藏的河道、河滨等对工程不利的埋藏物夹层或透镜体的分布范围。

3、钻探：对要求鉴别地层和取样钻孔，开孔就采用送水钻进的方法。

钻进中，把水量开得很大，使孔内岩芯搅成泥返出孔口，同时回次进尺把主要持力层或重点部位控制在0.5米以上，一般地层钻进中回次进尺也超过2米，在巨厚的淤泥质土中，回次进尺甚至达10多米，对于钻粉土、砂层和卵石层，没有采用优质泥浆，泥浆的浓度也未控制，致使出现坍孔、埋钻，取不上岩芯，造成岩芯采取率达不到规范的要求。

4、取样：对采取I、II级土试样，不用薄壁取土器取土样或快速连续静压方式贯入器，采取原状土试样，而采用直接从送水冲出来的岩芯，或从岩芯管中顿出来的岩芯装入铁皮筒中，作为原状土试样，没有及时进行贴标签、封蜡、用胶带纸代替蜡封口，导致土样严重失水。

运输土样也没有专用土样箱，扰动、振动，致使含水量、孔隙比、液性指数、压缩性系数和抗剪强度指标严重失真。

5、地下水的量测：地层中有潜水含水层和承压含水层时没有采取止水措施，将被测潜水含水层和承压含水层隔开量测水位，只测得一个混合水位和水头，常作为孔隙潜水位。