岩土工程不确定性及对策

1、岩土工程不确定性及对策我们知道， 岩土工程涉及到建筑结构、 土体及周围环境。 无论是在建筑过程 当中还是在完工后，这三者相互作用，相互影响。假如考虑工程勘查、设计、施 工及运营全过程的话，那么更加复杂。岩土工程中的很多因素往往难以预先知道， 或仅在某种程度上加以预估而无 确切的把握。 例如，我们可以通过地质堪察了解岩土的结构及其它地质条件， 但 这只是估计， 不可能彻底搞清楚。 我们可以对某土层取样进行试验测定岩土的参 数，但不可能获得参数的真值；我们可以通过采用某种方法预测建筑物的沉降， 但实际的观察结果可能与此有很大的出入。 在岩土工程问题的分析中， 由于问题 的复杂性以及资料不足， 我们

2、不得不做出某些必要的简化与假定， 以至于在很多 情况下分析结果与实际结果不苻。科学的目标是提供解释， 工程仅是提供性能。 没有人类行为及社会组织的作 用，岩土工程的性能就很难被保证。不确定性是未来的现象或作用的结果不能用因果法则加以预测， 具体到岩土 工程来说， 与工程有关或对工程有影响的任何因素， 当需要我们考虑而又不能确 切的加以确定时，都应该视为不确定性因素。面对具有不确定性的岩土工程，岩土工程师最好记住Southwood的警言：“我们看起来知道的事情也许并不知道！ ”一不确定性的分类关于不确定性和模拟它的模型有很多。为了工程应用， Morgenstern 确定了 不确定性的根源：（ 1

3、） 参数不确定性（ 2） 模型不确定性（3） 人为的不确定性1. 参数不确定性参数不确定性很容易理解， 它说的是输入参数， 比如强度或者可压缩性的参 数空间变异性和离散性， 还有关键参数缺少数据。 这些参数依时空而有显著变化， 即具有空间变异性和时间变异性。 当我们不考虑时间变化的因素时， 岩土条件和 参数都是确定性的量， 但我们无法确切的得到这些参数的真值。 文献中有很多例 子，需要用统计的方法处理这种空间变异性和离散性。 空间变异性是岩土工程所 特有的，我们只能尽可能的描述它，而不能实质性的减少它。2. 模型不确定性模型是原型的理想化替代物， 它反映原型的主要特征， 略去次要特征。 对于

4、各种问题其分析模型并不是唯一的， 模型的不确定性由此而来， 并在岩土工程实 践中发展起来。 由于人们所采用的分析模型， 就其实用性和复杂程度来说， 是以 人们的认识水平和分析能力直接相关的。 岩土工程设计发展趋势是越来越多的考 虑实际结构的特点和性能， 这就必然要求岩土工程使用越来越复杂的模型。 而对 于实际问题， 模型本身就是不确定性的主要根源， 所以假如没有找到不确定性的 主要根源，再精确的计算都毫无意义。3. 人为的不确定性在若干个比较方案中， 必须以某种方法选出实际要实施的方案。 最佳方案的 确定是一个人为决策的问题。 从力学观点看， 每个设计方案均有自身的破坏可能 性和可靠指标；而从

5、经济观点看， 每个方案又需要不同的经费。 我们在做决策时， 主要考虑建筑物的破坏可能性。但是，由于决策者思维方式和价值观念的不同， 可能会选用截然不同的方案。 他们可能根据比较充分的科学事实作出决策， 而有 时所作出的选择只凭自己的经验和主观感觉。二岩土工程不确定性的对策岩土工程的勘测、 设计和施工都具有研究的性质， 因为在工程的各个阶段都 存在着不确定性因素。我们可以通过各种方法来处理不确定性。岩土工程以前经历过完全依靠经验设计的阶段， 而且直到现在， 经验仍然占 有重要地位。 在岩土工程问题中， 又很多因素是不确定的， 因此很难进行准确的 分析，有时只能凭经验作出决策。 但是，这并不能贬低

6、岩土工程科学经验的实用 价值。我们可以通过经验再加上工程的具体独有的特点， 从而设计出一套解决方 案。但是在事实上，绝对精确的知识是没有的，我们只能得到近似的、大约的知 识。而这个知识对岩土工程师用处很大。在岩土工程设计中，安全系数是一个非常重要的概念，而且采用多大的安全 系数往往成为问题的关键。但是，就两种不同的设计方法而言，安全系数相同， 其安全程度并不相同；甚至安全系数较大者，安全程度反而较低。在决策问题中，经验性的、保守的、感性直观的因素是目前工程设计中普遍 存在的一种现象，它可以表现为过分保守地确定岩土参数、较多地估算工程所需 地费用、较少地估算工程带来的经济效益、较短地估计工程寿命

7、、较多地考虑危 险因素。当我们对有关的不确定性了解很少时，这样考虑问题是合理的。但是， 这种方法目前已不适应大型工程建设的需要， 岩土工程需要进行科学的决策。但 是岩土工程师应该小心谨慎的进行决策，因为现代大型工程决策失误会造成非常 严重的后果。另外，我们还可以考虑动态设计与施工。 因为动态设计与施工方法使岩土工 程具有弹性，即使整个岩土工程具有可改变的余地。由于在施工之前的初步设计 阶段存在各种不确定性，可能在施工过程中发生当初没有预料到的事情， 遇到这 种情况必须修改原来的设计与施工方案。 实际上，我们可以在施工过程中进行现 场监测以便估计施工现场的的安全性并用判断是否要修改先期设计。动态设计与施工本身就是根据不断获得的信息来消除设计与施工方面的不确定性。实际上，无论采取哪种设计方法，都要求我们分析各种不确定性对整个岩