岩土工程的可信度探究范文

工程实例

根据基坑可靠度研究的现状以及考虑到各地同一类土的物理力学性质存在较大的差别，土的物理指标和抗剪强度指标随着区域的不同而变化，土性参数具有变异性大、区域性强等特点，其数据统计不能过大，具体的岩土工程设计必须根据所处的场地土性进行;又限于锚桩支护形式的基坑的复杂性，本文结合辽宁省地区的某个具体的工程来进行可靠度的研究。

工程地质条件

根据辽宁省抗震防灾基础资料，勘察场地在区域地质构造上讲，位于华北地块内，根据地质构造活动的特点，位于辽北凹陷地块内，大地构造上处于辽东块隆与下辽河－辽东湾块陷相交接的部位。场地地表大部分为人工弃土，地形坑洼不平、存在未清理旧基础以及人为采砂形成的大坑，但总体地势平缓，局部高低起伏较大，地面标高介于41.85～48.26m。地貌类型属浑河高漫滩及古河道。根据钻探揭示，场地勘察深度范围内的地层结构由第四系全新统人工填筑层(Qml4)、第四系全新统浑河高漫滩及古河道冲洪积层(Qal+pl4)组成。

基坑支护工程设计

本基坑周长为1548m，垂直支护长度为339m，其余为自然放坡。基坑开挖深度为11.8～16.7m，基坑北侧10m处存在已建成的钢筋混凝土防洪堤。基坑的设计计算分为五个剖面去进行，1-1剖面支护方式采用旋挖混凝土做护坡桩，附四层锚索锚拉，桩顶设一道冠梁，桩间喷射混凝土的联合支护体系;2-2剖面支护方式采用旋挖混凝土做护坡桩，附二层锚索锚拉，桩顶设一道冠梁，桩间喷射混凝土的联合支护体系;3-3剖面采用二级自然放坡加土钉、挂网喷射混凝土支护方式;4-4和5-5剖面支护方式采用悬臂、桩顶设置一道冠梁，桩间喷射混凝土的联合支护体系。本文只讨论基坑1-1剖面支护的可靠度，其具体支护体系设计见图1。桩后各土层有:细砂、黏土、中砂、砾砂、圆砾可看出，各土层的分布厚度并不是连续一致的，为使计算简便，现根据实际情况假设各土层的厚度是个定值，其值如表1所示。

计算相关参数及其选取

基坑支护可靠度设计所涉及的随机变量，大致可分为:与土性参数有关的随机变量，主要为内摩擦角φ、黏聚力c、重度γ;基坑外侧附加荷载;支护结构本身的变异性。其中基坑外侧附加荷载和支护结构本身的变异性与摩擦角φ、黏聚力c、重度γ等随机变量的变异系数相比非常小，对基坑的可靠度计算影响很小，故可当做常量处理。根据土性参数的统计分析可知各土层土性参数重度γ、黏聚力c和摩擦角φ的均值、其标准差和变异系数。根据各土层的自相关距离，进而求出方差折减系数Γ2(H)，最后根据表1最后可把桩后各土层厚度“点”方差转化为“均值”方差，结果如表2所示。

桩锚支护形式的基坑可靠度计算数学模型

根据现行的设计规范JGJ120－99《建筑基坑支护技术规程》要求，本论文所研究的桩锚支护形式的基坑的可靠度，主要考虑:整体稳定性的验算、抗倾覆稳定性验算以及支护结构的强度的计算。根据土性参数的统计分析和图1可知本基坑支护结构底部不存在软弱下卧层，所以不会发生整体失稳，从而没有必要进行整体稳定性验算;支护结构的强度方面主要是验算排桩的强度是要保证排桩截面具有足够的抗压、抗弯强度和抵抗剪切的能力来抵抗土压力的作用，根据大量的工程实际经验可知很少由于排桩的承载力不够而引发基坑破坏，本文在此不作考虑。所以本文只考虑抗倾覆稳定性验算。

抗倾覆稳定性功极限状态方程:根据桩锚支护形式的基坑抗倾覆稳定性安全系数的定义，可以推导出桩锚支护形式的基坑抗倾覆稳定性的极限状态方程如下：式中，R为抗力;S为荷载效应;Mp为被动土压力及支点力对桩底的弯矩，对于内支撑支点力由内支撑抗压力决定;对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值;Ma为主动土压力对桩底的弯矩。式中，Eai为每层主动朗肯土压力;Epi为每层被动朗肯土压力;Hi为每层朗肯土压力至桩底的垂直距离;Fi为锚索的锚固力;li为锚索桩底的竖直距离。

基坑目标可靠指标的计算结果的确定

通过以上所述可知安全系数与可靠指标β存在一定的关系式，故可通过此公式可求得目标可靠度指标，本基坑的安全系数界限值为［K］=1.2，其目标可靠指标的计算结果见表3。采用JC方法和蒙特卡洛法(MonteCarlo法)分别计算当前基坑的可靠性指标，其计算结果见表4。通过表3可知，此基坑的目标失效概率非常小，是为人们所能接受的，其目标可靠度指标是合理的。从表4可看出当前基坑的可靠性指标β大于基坑的目标可靠性指标β0，这与传统方法求得基坑的安全系数1.668大于规范规定的1.2，其结果是一致的，说明此基坑的安全度符合规范的要求可以看出用破坏概率的形式给出基坑的可靠度比较简单、直观易于人们接受。

从表3可看出，在同一个工程，安全系数一样的情况下，利用“点”均值和“点”标准差计算的结果和利用“空间”均值和“空间”标准差计算的结果也有一定的差值。后者的可靠度指标β值要要大于前者可靠度指标β值，这说明利用“空间”均值和“空间”标准差计算的基坑可靠度要大于利用“点”均值和“点”标准差算的基坑可靠度。这是因为安全系数只与相关的土性参数如内摩擦角φ、黏聚力c、重度γ的均值有关，而可靠度指标和破坏概率除与相关土性参数的均值有关外，也与土性参数的变异系数有关。这也说明可靠度指标比安全系数更全面、真实反映了基坑的可靠度。

结语

本文介绍了现阶段建筑结构中常用来计算目标可靠指标的方法，即“校准法”，此方法通过对现行规范的大量反复计算，得出现有工程结构中相应的可靠指标值，继承了现行规范规定的结构设计的可靠度水准，比较可信。故引用此方法计算得到本文基坑的抗倾覆稳定性目标可靠度指标，本文基坑的抗倾覆目标可靠度指标为2.55，相对应的破坏概率为0.54%，利用JC法求得的基坑的抗倾覆可靠度指标为3.15，相对应的破坏概率为0.082%，说明此基坑是安全的。从计算结果中可以看出此基坑可靠度较高，用可靠度指标来衡量基坑的可靠度比安全系数更全面、真实，并且用破坏概率的形式给出基坑的可靠度比较简单、直观易于人们接受。

作者：苗永阳 李慧方楹 王庆龙张春波单位：黑龙江省建筑设计研究院沈阳建筑大学