岩土工程勘察的风险控制

姜英德李 凯樊甜芳张 琦卫 星牛 犇

1.辽宁省第七地质大队，辽宁丹东，118003；

2.辽宁省化工地质勘查院，辽宁锦州，121000

岩土工程勘察的风险控制

姜英德*1李 凯1樊甜芳1张 琦2卫 星2牛 犇2

1.辽宁省第七地质大队，辽宁丹东，118003；

2.辽宁省化工地质勘查院，辽宁锦州，121000

岩土工程勘察存在着岩土自身和人的认知程度两方面的不确定性，主要的风险控制管理点在于解决这两个不确定性的问题上。再加上认真执行有关规范就可将岩土工程勘查控制在可以接受的范围之内。

岩土工程勘察 不确定性 失效概率 风险控制

1 概述

岩土工程是一项系统工作，包括勘察、设计、施工、监测等。从事岩土工程的工程师，关心的是如何根据工程目的和地质条件，建造满足使用要求和安全要求的工程或工程之一部分，解决工程建设中的岩土技术问题【1】。

作为勘察的对象——岩土体，有着很多不确定性，其主要表现为其自身的和人的认知度的不确定性二种。岩土体自身的不确定性表现为层面界限的模糊性和垂向上的变异性是自然的，不可控的；人的认知度是通过岩土勘察即钻探试验、样本抽样、运输、试验操作、取值等随机分布导致的岩土参数的不确定性，它是个变数。

通过功能函数Z=g（X1,X2,…，Xn）是基本变量Xi（i=12…，n）的线性函数（基本变量Xi既为诸多不确定因素）可实行工程勘察风险管理的有效控制，使小样本估值总体误差达到最小，使工程勘察成果达到最佳。

地基承载力的求法主要是容许应力法和单一安全系数法，在实际工作中应采用多种方法，综合确定，使其误差控制在10%以内，方法的本身已经化解了风险。

地基承载力主要的风险控制管理点在前面的如何解决不确定的两个主要问题上。这里经验和判断是必不可少的，再加上认真执行有关规范，就可将岩土工程勘察的风险控制在可以接受的范围之内。

2 岩土工程勘察的不确定性

岩土工程勘察的工作对象是眼看不见，手摸不着的半无限空间的地质体，地质体是在漫长的地质历史中形成的，具有不同成因的岩土体，因此岩土体具有太多的不确定性。其不确定性主要表现在两个方面，一是岩土体自身的不确定性，二是人的认知程度的不确定性。

岩土体自身的不确定性表现为层面界限的模糊性；同一层位于水平或竖直方向上的变异性；从广义上讲，上述的不确定将直接导致诸多岩土参数的不确定性。人的认知程度的不确定性，是因为岩土工程勘察过程中以钻探试验为手段，以小样本抽样来估计总体的相关属性，这就必然带来概率统计方面的不确定性。另外还有在取样、运输、样品制备、试验操作、取值、计算、测试数据随机分布，同样导致岩土参数的不确定性。

作为地质工作者，面对如此多的不确定性，如何抓住主要风险管理点，并实行有效控制，使小样本估计总体误差达到最小，应是地质工作者所追求的目标。

3 岩土的工程地质问题及风险控制管理点

从大岩土概念出发，地基也是建筑的组成部分，上部结构的全部荷载都通过基础传递到地基，由地基提供的抗力使建筑达到稳定。无论工程性质如何，工程对地基和场地都有共同的要求，即地基稳定、场地稳定。

假定勘察成果为功能函数Z=g（X1,X2,…，Xn）是基本变量Xi（i=12…，n）的线性函数，基本变量Xi即为前述诸多不确定因素。这些诸多的不确定性对勘察成果的影响程度是不同的，亦即它们有不同的权重。那么如何识别对勘察成果有主要影响的因素，并加以有效的风险控制，以使勘察的成果达到最佳，则是属岩土工程勘察的“概念设计”的范畴。

在前述两大类不确定因素中，岩土体自身的不确定性是天然的，不可改变的，模糊的，测不准的，它对工程的影响也是最主要的。在现代经济中，土地是最宝贵的资源，建筑往往对场地没有选择权，只有场地适应建筑。每一个建筑场地都存在不同的工程地质问题，之所以成为问题，是需要人们去解决它。因此问题本身就成为重要的风险管理点。

岩土的工程地质问题主要有：岩溶的工程地质问题，黄土湿陷性工程地质问题，河床漫滩相的流砂、潜蚀和砂土液化问题，厚层沉积盆地的软弱下卧层问题，地震频发区的场地和地基的稳定性问题，基岩山区的滑坡、崩塌、泥石流问题，岩石地基的软弱结构面问题，冻土地区的冻融问题，以及软土地基的人工治理问题等等。不同的场地可能有不同的工程地质问题。但它是客观存在的，它们往往对地基和场地的稳定性的影响起主导作用。概念设计的理念，就是从宏观、全局的角度看问题，并加以解决，就能有效的控制岩土工程勘察风险。

对任一场地，如何识别判断存在何种工程地质问题，作为地质工作者，全凭他知识的积累和经验的判断。首先提出问题，然后去验证它，回答是有还是没有，结合工程实际，解决具体岩土工程问题，提出地基与基础设计方案，并应满足工程适用性、安全性、耐久性、经济性和可持续发展性。

在第二类不确定性因素中，即人的认知程度的不确定性，它的风险控制管理点存在于对有关规范的理解程度和执行水平，不同的人是存在差异的。比如在取样、运输、样品制备、试验操作、取值、计算等。不同的人会得出不同的结果，甚至同一个人，同一个样品也会得出不同的结果。岩土参数大多服从正态分布或对数正态分布，用概率统计方法，根据工程需要设置不同参数置信水平，得出不同置信水平的参数统计值。

作为岩土工程师，必须做到的，就是认真执行有关规范，尽量缩小人为因素带来的误差，就等于最大限度的控制了风险。

4 岩土工程安全度表达方法

工程建设应满足工程的适用性，安全性，耐久性，经济性的可持续发展的要求，其中安全性尤为重要。

如今，复盘犯过的错和走过的弯路，我却不得不承认——对于创业者来说，华为的狼性文化在某种程度上非常值得借鉴和学习。

有关安全度的表达荷载（作用）和抗力是任何工程普遍存在的一对矛盾，为了保证工程安全，抗力对于荷载必须有一定的裕度，这就是安全度。岩土工程安全度有以下几种表达方法：

4.1 容许应力法【2】

容许应力法是在正常使用条件下，比较荷载作用和岩土抗力，要求强度有一定储备，变形满足正常使用要求。荷载和抗力取值都是定值，建立在经济的基础上。

地基容许承载力就是容许应力法。例如根据经验给定地基容许承载力200kPa的荷载，就意味着地基所承受200kPa的荷载。且强度有一定储备，变形满足正常使用要求，安全度已经隐含在其中。该方法更多依赖经验，是有效而实用的方法。

4.2 单一安全系数法

是将设计变量视为非随机变量，用总安全系数表达，即在强度上打一折扣，作为安全储备。

K=R/S≥[K]（引自参考文献[2]）

式中，R、S，K和[K]分别为抗力作用，安全系数和目标安全系数，因抗力作用是定值，所以安全系数也是定值，也是经验方法。如在土坡稳定计算中就用此种方法。

4.3 概率极限状态法

整体工程或工程之一部分，超过某一特定状态就不能满足设计规定的功能要求，这一特定状态称为该功能的极限状态，各种极限状态都有明确规定的限值。该方法是将岩土及有关结构置于极限状态下，找到某种极限状态（承载能力，变形等）时岩土的能力。

地基承载力是工程勘察要给出的重要岩土参数，也是结构基础设计的主要依据。地基承载力的求法主要是容许应力法和单一安全系数法，上述第三种方法尚不成熟，还未见于规范中。

关于地基承载力的名词与定义见诸于《建筑地基基础设计规范》GBJ7-74，GBJ7-89，GB50007-2002等国际规范，还有地方规范，如上海规范《地基基础设计规范》DBJ08-1999，北京规范，以及行业规范，如《港口工程地基规范》JTJ250-98等。对工民建行业普遍采用国标。

在GBJ7-89及GBJ50007-2002规范中，传至基础底面的压力采用正常使用极限状态荷载效应的标准组合，其对应的地基承载力是地基承载力标准值，特征值，实为地基载力容许值。确定的方法有载荷试验方法，公式计算方法，原位测试方法和查表法等。这些方法均不具有概率上的意义，实则都是经验的。在实际工作中应采用多种方法，综合确定，使其误差控制在10%以内，方法的本身已经化解了风险，安全度已经隐含在其中。

5 岩土工程勘察风险控制的主要方法

针对岩土工程本身所存在的不确定性，应采用下列方法进行风险控制：

（1）结合工程背景、勘察资料、风险理论建立一套风险预测系统，岩土工程大多处于复杂的应力场、渗流场等多场耦合的作用之下，可采用理论分析结合有限元数值模拟的方法分析岩土体在复杂地质水文条件下所可能出现的各种风险，为风险控制打下基础。

（2）进行风险反分析研究，根据允许风险的设计值反演分析某些变量的存在范围，从而在风险控制上找到确实可靠的依据。

（3）进行风险转化的量化研究，利用合同进行风险转嫁，通过勘察设计单位与业主或保险公司的合同磋商在造价和风险之间找到一个合适的平衡，进行优化设计。

6 结论

地基承载力固然是重要的岩土系数，但它是风险控制的末端，主要的风险控制管理点在前面的如何解决不确定的两个主要问题上。这里经验和判断是必不可少的，再加上认真执行有关规范，就可将岩土工程勘察的风险控制在人们可以接受的范围之内。“不求计算精确，只求判断正确”，强调概念设计，已是岩土工程界的共识。

1 周德泉，彭柏兴，陈永贵，等. 岩土工程勘察技术与应用[M]. 北京：人民交通出版社，2008

2 周福田. 土工试验及地基承载力监测[M]. 北京：人民交通出版社，2000

RISKY CONTROL ON GEOTECHNICAL ENGINEERING EXPLORATION

Jiang Yingde1Li kai1Fan Tianfang1Zhang Qi2Wei Xing2Niu Ben2
1.Liaoning No.7 Geological Team,Dandong, Liaoning,118003,China
2.Chemical and Industrial Geological Exploration Institute of Liaoning Province, Jinzhou , Liaoning ,121000,China

We could control the risky management of geotechnical engineering exploration by solving geotechnical and people cognition uncertainties, as well as executing references carefully.

geotechnical engineering exploration, uncertainty, probability of failure, risky control

TU44

：A

：1006-5296（2010）04-0252-03

* 第一作者简介：姜英德（1960～），男，水文地质、工程地质专业，高级工程师

2010-08-09；改回日期：2010-09-15