摘要：可靠度性分析方法采用可靠性指標(biāo)或失效概率作為衡量安全度的指標(biāo)，這一指標(biāo)可用概率統(tǒng)計(jì)的方法綜合考慮不確定因素。本文通過(guò)分析基坑工程事故的各種原因，說(shuō)明基坑工程可靠度研究的重大意義及必要性，并對(duì)基坑工程的可靠性分析進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。
　　關(guān)鍵詞：基坑工程，事故分析，可靠性分析，可靠度
　　
　　基坑工程是一個(gè)古老而又具有時(shí)代特點(diǎn)的巖土工程課題，隨著大量高層、超高層建筑以及地下工程的不斷涌現(xiàn)，對(duì)基坑工程的要求越來(lái)越高，隨之出現(xiàn)的問(wèn)題也越來(lái)越多，迫使工程技術(shù)人員須從新的角度去審視基坑工程這一古老課題。基坑工程設(shè)計(jì)與施工是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，由于土體介質(zhì)的復(fù)雜性及工程中其它不確定性因素的影響，全部采用確定性分析很難保證較好的反映實(shí)際情況，以概率統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)來(lái)分析結(jié)構(gòu)破壞概率的可靠度理論的引進(jìn)是一種必然趨勢(shì)。
　　
　　1.基坑工程事故分析
　　基坑工程涉及領(lǐng)域廣，技術(shù)難度大，工程事故多，造成損失嚴(yán)重。分析幾種常見(jiàn)的基坑工程事故的原因，有助于可靠度理論在基坑工程中有應(yīng)用，有助于提高基坑開(kāi)挖與支護(hù)技術(shù)的提高。
　　
　　1.1工程勘察不充分
　　勘察資料提供的土層構(gòu)成、厚度、土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造以及土體物理力學(xué)性能指標(biāo)（土的天然密度、土的含水量、土粒相對(duì)密度等）與實(shí)際情況出入較大，導(dǎo)致土壓力計(jì)算嚴(yán)重失真，支護(hù)結(jié)構(gòu)安全度不足；勘察資料不詳細(xì)，忽視專門(mén)水文地質(zhì)勘察工作，如滲水量和排水量的計(jì)算，造成基坑開(kāi)挖后，由于坑內(nèi)外產(chǎn)生較大的水頭差，出現(xiàn)側(cè)壁滲水、涌水、流砂，使粉土、粉砂大量流失，基坑邊坡破壞；對(duì)于一些特殊土（濕陷性黃土、膨脹土、凍土、鹽漬土等）沒(méi)有進(jìn)行針對(duì)性的勘察，如基坑勘察沒(méi)有查明土層膨脹性，導(dǎo)致在設(shè)計(jì)參數(shù)取值、施工處理等方面都沒(méi)有考慮土體的膨脹性，基坑開(kāi)挖過(guò)程中，下部土體浸水后膨脹崩塌，邊坡開(kāi)裂滑塌；勘察布點(diǎn)過(guò)少，沒(méi)有查明場(chǎng)地中某一地段的軟弱土層，使得設(shè)計(jì)選用同一支護(hù)結(jié)構(gòu)（如噴錨支護(hù)）沒(méi)有特別處理，從而在施工時(shí)造成險(xiǎn)情；勘察單位對(duì)地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)處理失誤，勘察報(bào)告提供的粘聚力、內(nèi)摩擦角均比實(shí)際數(shù)值大，使支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不安全，埋下事故隱患。
　　1.2結(jié)構(gòu)選型不科學(xué)
　　基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)形式的選擇，取決于基坑實(shí)際開(kāi)挖的深度、邊坡土體的物理力學(xué)性質(zhì)、地下水位、周圍環(huán)境、設(shè)計(jì)變形要求以及施工條件等因素。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型時(shí)，缺乏設(shè)計(jì)方案論證支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。基坑支護(hù)方案不結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行分析，而是盲目套用其他工程的支護(hù)形式；荷載取值不當(dāng)，如對(duì)某些活載或施工荷載考慮不足或漏算，支撐結(jié)構(gòu)不合理，如頭道支撐位置、支撐間距、支撐型式等不能滿足要求，使支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過(guò)大變形；土體強(qiáng)度指標(biāo)選擇失真。結(jié)果問(wèn)題百出，事故隱患極大。
　　1.3安全儲(chǔ)備過(guò)小
　　有時(shí)在設(shè)計(jì)時(shí)為了節(jié)約，過(guò)大地折減主動(dòng)土壓力，減少支護(hù)結(jié)構(gòu)的配筋，安全儲(chǔ)備過(guò)小，在基坑周圍土質(zhì)發(fā)生不利變化時(shí)，導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)較大的變形。尤其是在計(jì)算中未考慮實(shí)際的土壓力在從基坑開(kāi)挖到地下結(jié)構(gòu)完工的過(guò)程中是變化的，使得實(shí)際的主動(dòng)土壓力值大于折減后的設(shè)計(jì)主動(dòng)土壓力值。如雨季降水、基坑周邊堆載、違規(guī)作業(yè)等都會(huì)造成荷載大幅增加，增加主動(dòng)土壓力，從而加強(qiáng)基坑失穩(wěn)的危險(xiǎn)性。
　　1.4施工質(zhì)量差
　　還有不少基坑工程事故的原因源自施工方面。由于施工單位素質(zhì)不高，施工管理混亂，安全意識(shí)淡薄，基坑挖土施工不當(dāng)引發(fā)的基坑工程事故比例很高。有些基坑挖土施工單位不根據(jù)設(shè)計(jì)要求制定挖土施工組織實(shí)施方案，隨意改變?cè)O(shè)計(jì)意圖產(chǎn)，不嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行挖土施工。由于施工單位監(jiān)測(cè)技術(shù)落后，或根本未進(jìn)行施工監(jiān)測(cè)，無(wú)法根據(jù)基坑監(jiān)測(cè)調(diào)整施工進(jìn)度和采取必要的措施。還有灌注樁強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，止水樁起不到止水作用，基坑開(kāi)挖后，到處流泥漏水等現(xiàn)象的發(fā)生，事故隱患極大。
　　
　　2.可靠性分析方法
　　通過(guò)上述分析可知，造成基坑工程事故的因素很多，基坑工程性質(zhì)本身具有眾多的不確定因素，如何將這些不確定因素科學(xué)合理地計(jì)入到工程的設(shè)計(jì)與施工中，對(duì)基坑工程的研究者們提出了更高的要求。以概率統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)來(lái)分析結(jié)構(gòu)破壞的可靠理論的引進(jìn)是一種必然。
　　2.1基本概念
　　結(jié)構(gòu)的可靠性是指在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的能力。規(guī)定時(shí)間是批結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限，所有的統(tǒng)計(jì)分析均以該時(shí)間區(qū)間為準(zhǔn)。所謂的規(guī)定條件，是指正常設(shè)計(jì)，正常施工，正常使用和維護(hù)的條件，不包括非非常的。
　　結(jié)構(gòu)的可靠度是結(jié)構(gòu)可靠性的概率度量，即結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，在正常條件下，完成預(yù)定功能概率。可靠度有三種尺度：穩(wěn)定概率，即可靠度或稱可靠概率；破壞概率，即不可靠度或稱不可靠概率；可靠指標(biāo)或稱安全指標(biāo)（）。
　　引起結(jié)構(gòu)可靠度變化的因素稱為隨機(jī)變量，幾乎所有的參數(shù)均可作為隨機(jī)變量，這些變量都具有不確定性。在基坑中這些變量以如荷載土體參數(shù)的不確定性；幾何尺寸的不確定性；初始條件和邊界條件的不確定性；計(jì)算模型的不確定性；施工質(zhì)量的不確定性；氣候、地質(zhì)災(zāi)害的不確定性等形式存在。
　　但為了計(jì)算方便，通常可以當(dāng)作常量的量最好將其視作常量。能夠得到和使用的是隨機(jī)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，這些統(tǒng)計(jì)規(guī)律，就構(gòu)成了結(jié)構(gòu)可靠性分析和設(shè)計(jì)的基本條件和內(nèi)容。
　　2.2基本原理
　　結(jié)構(gòu)是以可靠和失效兩種狀態(tài)存在的。在結(jié)構(gòu)可靠度的分析中，為了描述結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，必須明確確定結(jié)構(gòu)安全和失效的界限，即結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)。我國(guó)《工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50153-92）對(duì)結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)的定義為：整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過(guò)某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求，此特定狀態(tài)就為該功能的極限狀態(tài)。
　　一般情況下，結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)方程寫(xiě)成：
　　
　　式中，Z代表結(jié)構(gòu)的功能；g(…)稱為結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)，由所研究的結(jié)構(gòu)功能而定；(i=1,2,,n)為影響該結(jié)構(gòu)功能的隨機(jī)變量。
　　結(jié)構(gòu)的可靠度可以用結(jié)構(gòu)能夠完成預(yù)定功能的概率來(lái)表達(dá)：
　　
　　如果結(jié)構(gòu)不能完成預(yù)定的功能，則稱相應(yīng)的概率為結(jié)構(gòu)的失效概率，用表示。結(jié)構(gòu)的可靠概率和失效概率是互補(bǔ)的，滿足
　　
　　可以用下面模型來(lái)描述結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀態(tài)：
　　安全狀態(tài)
　　極限狀態(tài)
　　破壞狀態(tài)
　　3.基坑可靠性分析
　　3.1計(jì)參數(shù)的獲取
　　土參數(shù)，土的天然密度、土的含水量、土粒相對(duì)密度等，特別是土的抗剪強(qiáng)度值，對(duì)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)影響甚大。值決定了土的抗剪強(qiáng)度，取值是否合理，直接決定著基坑設(shè)計(jì)的成敗。然而，土體參數(shù)又是不確定的，其不確定性主要來(lái)于三個(gè)方面：一是巖土性質(zhì)固有的變異性；二是勘查取樣與試驗(yàn)方法的誤差；三是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和勘察數(shù)量的不足。
　　3.2數(shù)據(jù)的采集
　　目前，數(shù)據(jù)采集是通過(guò)工程勘察得到的，如何使勘察工作滿足可靠性設(shè)計(jì)的要求，是一個(gè)很值得研究的問(wèn)題。現(xiàn)在，規(guī)范對(duì)這方面規(guī)定較少，為滿足可靠性設(shè)計(jì)對(duì)參數(shù)統(tǒng)計(jì)的要求，宜結(jié)合可靠性理論對(duì)勘察和取樣進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)定。基于以上原因，基坑勘查的布點(diǎn)取樣、測(cè)試要嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)范和巖土工程的建議采用。
　　3.3數(shù)據(jù)的處理
　　對(duì)采集到的工程勘察資料，要進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理分析，主要包括以下兩點(diǎn)：
　　(1)異常數(shù)據(jù)的剔除。在工程勘察過(guò)程中，土模型，儀器，操作者影響會(huì)造成異常測(cè)試結(jié)果的出現(xiàn)，有可能是錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，也有可能是誤差較大的數(shù)據(jù)。常見(jiàn)的剔除異常數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)判別法有三倍標(biāo)準(zhǔn)差判別法，Chauvenet判別法，Crubbs方法等。
　　(2)參數(shù)的不確定性分析。通過(guò)有限的室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)所獲得的參數(shù)，并不能完全代表基坑的實(shí)際土參數(shù)，而且隨著施工過(guò)程的不斷進(jìn)行，土參數(shù)也是在不斷變化的，它的離散性很大，具有很強(qiáng)的不確定性。
　　3.4基坑可靠度分析方法
　　描述隨機(jī)變量的分布特征以其概率分布函數(shù)為最全面。如果各基本變量的概率密度函數(shù)和分布函數(shù)為已知情況下，據(jù)此可精確求得破壞概率。但在實(shí)際深基坑工程中，確定精確概率分布是很難的，就算確定了，也很難采用解析法解出。常用的基坑可靠度分析方法有：
　　(1)中心點(diǎn)法。中心點(diǎn)法是可靠度研究初期提出的一種方法，其基本思想是首先將非線性功能函數(shù)在隨機(jī)變量的平均值（中心點(diǎn)）處做Taylor級(jí)數(shù)展開(kāi)并保留至一次項(xiàng)，然后近似計(jì)算功能函數(shù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。
　　(2)MonteCarlo方法。MonteCarlo法可用于解確定性問(wèn)題和隨機(jī)問(wèn)題。其基本原理是對(duì)所要求解的問(wèn)題，先建立一個(gè)概率模型或隨機(jī)過(guò)程，使它的參數(shù)等于問(wèn)題的解，再通過(guò)模型或過(guò)程的觀察或抽樣試驗(yàn)來(lái)計(jì)算所求參數(shù)的統(tǒng)計(jì)特征，最后給出解的近似值。MonteCarlo模擬的方法很多，常用的有MonteCarlo法、條件抽樣法、對(duì)偶抽樣法等。
　　(3)隨機(jī)有限無(wú)法。由于有限元法能適應(yīng)各種邊界條件和幾何形態(tài)變化，能考慮巖土體的非均質(zhì)和不連續(xù)性，土體與支護(hù)結(jié)構(gòu)的相互作用，以及基坑工程與環(huán)境因素的共同作用，還能引入非線性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，為基坑工程中的穩(wěn)定性分析、應(yīng)力分析以及變形分析提供了很好的分析方法。但影響基坑工程的隨機(jī)變更具有不確定性和變化性，最好用隨機(jī)場(chǎng)模型描述，因此，必須研究將隨機(jī)模型與有限元這種數(shù)值計(jì)算方法耦合起來(lái)，才能滿足基坑工程的實(shí)際情況，以尋求數(shù)值方法的概率解答，即所謂的隨機(jī)有限元方法。
　　3.5可靠度指標(biāo)的取值
　　設(shè)計(jì)可靠度是設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的或設(shè)計(jì)取用的作為設(shè)計(jì)依據(jù)的可靠度，它表示設(shè)計(jì)所預(yù)期達(dá)到的工程可靠度，或者從風(fēng)險(xiǎn)角度說(shuō)，它表示設(shè)計(jì)所允許的或可以接受的風(fēng)險(xiǎn)水平。風(fēng)險(xiǎn)是相對(duì)的，即要考慮安全，又要考慮經(jīng)濟(jì)合理性。基坑工程可接受的風(fēng)險(xiǎn)水平是由破壞概率和破壞果決定的，反映決策風(fēng)險(xiǎn)態(tài)度，既結(jié)合主觀判斷，又要考慮工程性質(zhì)和重要程度，實(shí)際破壞的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以及所承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)與可能得到的經(jīng)濟(jì)效益之間的權(quán)衡。所以并不是可靠性越高越好。
　　基坑設(shè)計(jì)的可靠度指標(biāo)一直沒(méi)有確定的數(shù)值，從不同的角度出發(fā)可能得到不同的結(jié)論，由于這些因素的存在，關(guān)于基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的取值問(wèn)題至今尚無(wú)定論，一般采用類比法或校準(zhǔn)法來(lái)確定設(shè)計(jì)可靠度。
　　類比法是參照人們?nèi)粘Ｉ�活中所�?jīng)歷的各種風(fēng)險(xiǎn)，確定一個(gè)人們能為之接受的破壞概率或可靠指標(biāo)，以此作為基坑結(jié)構(gòu)的可靠度。但因?yàn)閷?duì)風(fēng)險(xiǎn)水平的接受程度因?yàn)槎�異，所以用類比法確定設(shè)計(jì)可靠度難以為人們所公認(rèn)，所以這種方法有待于進(jìn)一步研究和改進(jìn)。
　　校準(zhǔn)法是通過(guò)對(duì)現(xiàn)行規(guī)范安全度的校核（反演計(jì)算），找出隱含于現(xiàn)有工程中相應(yīng)的可靠指標(biāo)，經(jīng)綜合分析和調(diào)查，據(jù)此制定今后設(shè)計(jì)采用的目標(biāo)可靠指標(biāo)。這實(shí)質(zhì)上是一種經(jīng)驗(yàn)性指標(biāo)，充分注意到了工程建設(shè)長(zhǎng)年積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，它從總體上來(lái)講是合理的、可以接受的。在現(xiàn)階段基坑工程中，從實(shí)用的角度來(lái)說(shuō)，這是一種切實(shí)可行的，比較安全的確定設(shè)計(jì)可靠度的方法。
　　
　　4.小結(jié)
　　基坑工程是巖土工程中技術(shù)復(fù)雜、綜合性很強(qiáng)的難點(diǎn)，同時(shí)又是提高工程質(zhì)量減少事故的重點(diǎn)。基坑工程是與眾多因素相關(guān)的綜合技術(shù)，是一個(gè)系統(tǒng)工程的問(wèn)題，基坑設(shè)計(jì)與施工涉及地質(zhì)條件、巖土性質(zhì)、場(chǎng)地環(huán)境、工程要求、氣候變化、地下水動(dòng)態(tài)、施工程序和方法等許多相關(guān)的復(fù)雜性問(wèn)題，是理論上尚待完善、成熟和發(fā)展的綜合技術(shù)學(xué)科。基坑工程的可靠性，對(duì)于保證工程建設(shè)的順利進(jìn)行是非常重要的。在基坑工程中引入可靠度分析方法有其必要性，是值得深入研究的問(wèn)題。
　　
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