岩土设计中可靠性分析的应用

严伟洋

摘要：伴随着经济社会的不断发展，岩土工程的发展需求也在不断提高，而我国的岩土工程设计在实践过程中，存在着许多的不稳定因素，使得设计工作当中存在着诸多变量，造成岩土工程建设过程受到了阻碍，容易造成工期的延误。因此，为了提升岩土工程设计的设计质量和设计水平，需要通过具有较高可靠性的分析方式来保障岩土工程设计阶段具有足够的准确性。本文简单介绍了岩土工程中容易遇到的不确定因素，并分析了岩土工程设计中的可靠性分析方法及其应用，希望广大岩土工作者在岩土工程设计中能够从中有所收获。

关键词：岩土设计;可靠性分析;应用

前言

在我国的长期的岩土工程建设实践当中，由于经常遇到各种各样的不稳定因素，将其造成的影响进行了简单总结，不稳定因素一般都会导致设计中的大多数材料以及技术的详细参数无法得到有效的控制，从而影响整个岩土工程设计工作，造成了整个工程的推进和建筑质量都会受到不良影响，针对这一情况的存在，相关岩土工程设计人员必须要在工程设计和建设中选取可靠的分析方法，通过提高设计决策的准确性和可靠性，确保岩土工程建设中的各项参数得以有效掌握。

1岩土工程设计中存在的不确定性

岩土工程设计过程中出现的不确定因素一般出自以下两个方面，即自身方面和人为方面。首先，自身方面即是岩土工程自身存在各种变量，在实际工程建设过程中，容易出现与设计参数就有较大差别的情况;人为方面即是在岩土工程的设计阶段，技术人员的个人工作素养不足或者计算失误造成了设计方案本身存在着严重的问题。对于这两种不确定因素的成因，岩土工程的设计工作者要在设计工作当中保持严谨和科学性。在选择设计团队组成人员的过程中，要认真筛选高素质的技术人员，要对工程建设所涉及的多种数据进行严格、系统的分析，掌握岩土自身变异的规律，再根据各种岩土参数进行工程可靠性评估，从而确保工程建设的有效实施。在我国传统的岩土工程设计中，相关设计人员首先需要根据岩土样本，进行一些物理力学方面的试验，通过试验及相关公式计算，掌握岩土相关参数，再根据参数判断岩土工程建设的科学与否。由于该种方法掺杂较多的人为因素，即相关试验操作人员及计算人员的误差，最终导致判断依据和实际存在较大差别。因此，为了有效避免上述问题的发生，目前多采用概率方法进行岩土工程设计可靠性的评估，由于该方法可以极大地弥补传统方法中存在的不足，所以在岩土工程设计评估中得到了较为广泛的应用[1]。

2岩土工程可靠性设计现状分析

2.1我国岩土工程可靠性分析现状

随着我国不断深入的设计工作，在结构设计这一方面上，已能十分熟练地将分项系数设计运用于极限状态以及概率法的基础之上。但是在岩土工程的具体设计方面，进展还有待提高。和国外的岩土工程设计水平相比较，我国的桩基的研究设计较为领先[2]。

2.2岩土工程的特性

2.2.1岩土工程的天然特性

岩土工程不同于传统的结构工程，材料基本源于需要进行实际分析的天然元素，因此只能通过常规的具体分析手段才能够获得准确的数据，不同于数据简单易得的建筑材料，不同建筑场景的岩土材料在参数上也存在着巨大的差异。

2.2.2岩土工程的地域特性

处于不同场地的岩土工程材料在性质上存在着很大的差别，并且即使所处位置位于同一场地，但是土层位置不同，也可能存在巨大的差别。但是这一特性在实际的工程中，影响性已经逐渐被剔除。

2.2.3岩土属性参数获取困难

岩土属性参数的获过程需要通过各种实验才能够获得，不同于结构工程仅需要通过计算和简单的试验和分析。岩土的试验需要借助各种特殊设备，并且花费不菲才能够完成，耗时耗力[3]。

3岩土工程设计中的可靠性分析方法

3.1蒙特卡洛模拟法

在实际的岩土工程设计工作当中，蒙特卡洛模拟法是最为常用的检测方法，同时，根据其实际应用方式也可以被称为随机抽样法，其具体操作方法是通过抽取大量的会对可靠性产生较大影响的样本，并且将这类样本列入可靠性的计算公式当中，通过将计算公式进行反复的运算，从而进一步保障最终得出的岩土工程具有足够的可靠性。而如今伴随着我国的互联网技术和计算机技术的发展，各种更加高效的计算机和算法开始为岩土工程设计的计算工作提供强大的助力，使得利用蒙特卡洛模拟法变得更加稳定和准确[4]。

3.2一次二阶矩法

除了蒙特卡罗模拟法以外，一次二阶矩法同样是一种重要的可靠性分析方法，该方法的主要原理如下：在巖土设计中随机变量分布不明的情况下，将功能函数在某点用泰勒级数展开，只取一次项参数，最终用随机变量的均值和标准差计算出实际的可靠性指标。一次二阶矩法主要包括中心点法和验算点法，而目前应用最多的是中心点法。中心点法中功能函数的一般形式如图1[5]：

4岩土工程设计中可靠性分析的应用

4.1岩土工程设计中土坡稳定性分析

在岩土工程的建筑过程中，土坡的稳定性是最受到关注的重点问题，即使是在对突破稳定性的计算方式上有了很大进步的如今，拥有相当纯熟计算方法的现在，在进行岩土工程的实际建设过程中，依然会出现土坡不稳定的情况，严重时还会引发安全事故。究其原因，我国的岩土工程设计当中虽然应用到了精准的计算法方式，但是在设计过程中，缺少了对随机性的考虑，计算方式只能够将建设场地的固定情况和参数进行分析和考虑，对于潜在的随机性无法有效的进行分析。该问题在如今又有了进一步的突破，诞生出了更多的能够对潜在风险和随机性都有所考量的计算方法，并且在实际的应用当中也逐渐开始发挥更大的作用，为我国的岩土工程设计可靠性带来了新的提升[6]。

4.2岩土工程设计中地基稳定性分析

地基一直都是工程建设领域当中的重点内容，在岩土工程建设当中也不例外，在进行岩土工程的设计工作当中，地基设计的的稳定性分析是必须要应用到可靠性分析的，可靠性分析得出的结论对可以应用到对岩土工程整体进行的可靠性分析。现阶段的技术条件下，地基设计不能够超过地基的承载能力，以满足整体工程的稳定性需求。而可靠性分析方法得出的结论能够计算出地基的设计是否满足这一依据，用以保障整体工程的安全性和稳定性。

结语

我国的岩土工程建设工作已经有了较长时间的实践实践，在长期的实践过程中发现，设计阶段往往需要提高对自身的要求，才能够满足整体工程的需求。在过去，由于技术和设备的制约，岩土工程建设的设计工作往往较为缺乏，导致了在工程建设中容易因为各种不确定因素导致事故。可靠性分析法的应用在长期的实践中都有着很大的帮助，因此，我国的岩土工程设计工作上，可靠性分析是具有极高的应用价值的，本文对可靠性分析的应用做了简单粗略的讲解，希望能够帮助可靠性分析在我国的岩土工程建设当中进行更大的普及和研究，使我国的岩土工程建设能够更加安全稳定高效。

参考文献

[1]郑坤，陈延伟.岩土工程勘察与岩土设计的关系[J].建材与装饰，2019（06）：217-218.

[2]姜大伟.浅谈岩土设计行业现状与发展趋势[J].低碳世界，2018（05）：177-178.

[3]黄文龙.岩土工程勘察方法及其与岩土设计的关系初探[J].河南建材，2018（02）：337-338.

[4]周小明，马艳秋.岩土设计中可靠性分析的应用[J].工程建设与设计，2018（02）：67-68.

[5]于帅宾.岩土设计行业的现状与发展趋势分析[J].山西建筑，2017，43（14）：70-71.

[6]高大钊.关于岩土设计参数标准值计算公式的讨论[J].工程勘察，1996（03）：5-8+16.