浅谈边坡稳定可靠度分析.doc

1、浅谈边坡稳定可靠度分析摘要：边坡的稳定性评价一直是岩土工程中非常重要的研究课题。迄今，边坡稳定性评价方法已有安全系数法和可靠度方法两类，本文将对边坡稳定的可靠度分析进行初步的探讨。 关键词：边坡稳定性；可靠度 中图分类号： U213 文献标识码： A 1、边坡稳定性研究现状 边坡的稳定性分析是岩土工程的重要研究课题之一，近一百年来，许多学者致力于这一工作，因此边坡稳定分析的内容十分丰富。 边坡稳定性分析方法很多，如:各种极限平衡条分法，有限元法，极限分析法，边界元法等。但是，各种边坡稳定分析的定值法存在一个共同的缺点，即没有考虑边坡工程中存在的不确定性，这就造成了一些边坡的安全系数大于临界安全

2、系数，可事实上还是发生破坏的现象。那么，要想正确分析边坡的稳定性，必须考虑边坡工程中存在的种种不确定性。对于边坡工程而言，土层剖面与边界条件的不确定性；现场与实验室测定的岩土性质指标的不确定性；土的性质的天然可变性；勘探取样方法与试验方法的误差；试验数量与勘探数量的不足；外加荷载大小与分布的不确定性；计算模式的不确定性等都可造成边坡稳定分析结果的误差。因此，必须进行边坡稳定的可靠度分析。 2、可靠度方法研究现状 可靠度理论萌芽于第二次世界大战期间并在战后得到完善与发展。二战期间由于军事的上的需要，德国在研究飞弹失灵及美国在电子元件失效的问题上，均引用了“概率理论和数理统计”的方法。这些围绕着军

3、事项目的研究工作最终孕育了一门崭新的学科可靠度理论。 可靠度理论在岩土工程领域的应用始于 1950 年代。作为岩土工程可靠度研究的基础一一土性指标的概率统计分析是岩土工程可靠度研究中最主要的方面之一。土是自然历史的产物，其不确定性远比人工材料复杂，从 20 世纪 60 年代开始到现在，对土性参数的统计性质、概率模型的研究和区域资料的统计分析一直在进行当中。在这方面有许多学者做了大量的工作，对可靠度理论在岩土工程中的应用做出了较大贡献。 Vanmarke 建立了土体各向同性随机场模型，提出了“相关距离”的概念及计算方法，在土性参数概率模型研究方面做出了开创性的贡献。 高大钊等人研究了土工指标的变

4、异特性及其分布规律。对土的抗剪强度指标的统计提出了一种全回归的统计方法，并建议用分布来拟合、切的联合概率密度，并经统计给出了上海地区软土的几个主要指标的概率分布特性。 冷伍明等人根据影响土工参数不确定性的主要因素，探讨了土工参数不确定性的一种计算途径。改进了相关距离计算的递推空间法，用双曲线的形式来拟合方差折减系数，消除了作图时人为因素的影响。 陈立宏，陈祖煜，刘金梅，通过收集整理的多个水利工程中丰富的长序列的抗剪强度试验资料，在此基础上利用 K-S 法对土体抗剪强度指标的概率分布类型进行了统计分析，认为一般情况下抗剪强度指标均可以接受正态分布和对数正态分布，而选择对数正态分布能够避免出现物理

5、量为负的现象，在许多情况下这样处理更为合理、简便。 虽然许多学者在这方面做了大量的研究，但是目前还是呈现百家争鸣的状况，没有较权威的结论，因此还需进行进一步的研究。这也是岩土工程可靠度分析没有被广泛应用的重要原因之一。 3、边坡可靠度分析 传统上，一直以安全系数作为边坡工程稳定性的评价指标，然而，安全系数不是一个常数，而是一个由设计因素的变异性所决定的随机变量。20 世纪 70 年代后期，边坡工程界开始接受不确定性的概念，构造随机模型，采用概率论和数理统计知识，如可靠指标和破坏概率来评价边坡的安全度。即借助于概率论和数理统计方法，便可以求得边坡可靠度，即所设计边坡能在使用期内、在指定的工作条件

6、下，肯定地达到预计状态的程度，或保证边坡稳定的概率。因为可靠概率与破坏概率之和为全概率，所以有：。因此，可靠度分析结果能反映各种类型的不确定性或随机性，包括频率分布上的和结果可信程度上的不确定性，不但给出边坡设计可采用的平均安全系数，还同时给出相应的可能承担的风险，即破坏概率。这样就避免了“绝对化” ，只要破坏概率很小，小到公众可以接受的程度，就认为边坡设计是可靠的。可见，用破坏概率比用安全系数作为评价指标更能客观、定量地反映边坡的安全性。在实际应用上，对于鉴别具有相同安全系数、不同破坏概率的两个边坡的安全性，破坏概率比安全系数具有更突出的优点。 所以说，可靠度方法是一个有发展前途的领域，也在

7、世界范围内受到岩土工程界的极大关注，已成为世界各国岩土工程学者的热门话题之一。在我国，虽然边坡可靠度研究工作开展较晚，但许多学者对边坡稳定概率分析和可靠性研究做出了卓有成就的贡献。祝玉学出版了边坡可靠性分析一书，系统地阐述了运用可靠度理论解决边坡稳定的各种问题，是国内研究此方面成果的集中体现。包承刚、高大钊、姚耀武等对土质边坡的可靠性进行了研究；张骄培、姚耀武、武清玺等将有限元与可靠度理论结合，计算出单元和整个边坡的失效概率、可靠度指标；在近期，陈祖煜等人在其各自著作中都系统地阐述了边坡稳定风险分析的理论及方法。祝玉学还指出可靠度分析方法只是所有安全度问题的一种方法，是确定性方法的发展与补充，

8、且该方法还刚刚走向实际工程应用阶段，还有许多课题需要进一步研究。可以预计，边坡稳定可靠度分析将更加深入、广泛地应用于工程实际中。 4、结语 边坡稳定的可靠度分析是一个庞大的系统工程，牵涉到勘察、设计、施工等方方面面。如何在实际工程中进行可靠度分析评价，并同确定性分析方法相互印证，还远没有达到实际应用的程度。总之，边坡可靠性理论还在进一步发展当中，有许多问题还待进一步分析研究。 参考文献 1 陈祖煜.土坡稳定分析一原理、方法、程序M.中国水利水电出版社，2003：239-248. 2 谭晓慧. 边坡稳定的非线性有限元可靠度分析方法研究合肥工业大学博士学位论文.合肥工业大学，合肥，2007.04.

9、 3 高谦，吴顺川，万林海，等.土木工程可靠性理论及其应用M.北京:中国建材工业出版社，2007.9. 4 姜兆华.三维边坡稳定性数值模拟与可靠度分析武汉工业学院硕士学位论文.武汉工业学院，武汉，2009.06. 5 Vanmarke,E.H. Probabilistic modeling of soil profilesJ.Journal of the Geotechnical Engineering Division，ASCE,1977a,103(11):1227-1246. 6高大钊.地基土力学性质指标的可靠性分析与取值J.同济大学学报，1985，4:59-67. 7冷伍明，赵善锐.土性参数不确定性计算分析J.岩土工程学报，1995，17(2):68-74. 作者简介：马丽珠（1987.05-）女、辽宁省凤城人、研究方向：建筑与土木工程