工程實(shí)踐中的巖土工程安全度問題-課件

1、工程實(shí)踐中的巖土工程安全度問題 （巖土工程師繼續(xù)教育講座）(下) 同濟(jì)大學(xué) 高大釗三.在工程施工和運(yùn)營過程中，安全度的實(shí)現(xiàn)巖土工程設(shè)計(jì)提供了工程必需的安全度控制，使工程的安全度符合技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的要求，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的有關(guān)技術(shù)規(guī)定。但設(shè)計(jì)所控制的安全度能否真正實(shí)現(xiàn)，關(guān)鍵還在施工和使用過程中，特別的施工階段，更是實(shí)現(xiàn)安全度控制的關(guān)鍵。通常的工程事故，源于設(shè)計(jì)階段安全度控制不足的案例也有，但比較少；較多的事故案例是施工階段沒有能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)所期望的安全度。在施工階段安全度的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)時(shí)對工程安全度的控制，僅僅是在設(shè)計(jì)計(jì)算的層面進(jìn)行，設(shè)計(jì)的結(jié)果反映了工程師對安全控制的期望和措施，但能否實(shí)現(xiàn)，完全取決于施工和運(yùn)營

2、階段能否嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)所依據(jù)的工況進(jìn)行施工和運(yùn)營期間的使用。如果不能按照設(shè)計(jì)要求施工和運(yùn)營，那么設(shè)計(jì)對工程安全度的控制就會(huì)落空。施工階段對工程安全度的實(shí)現(xiàn)是關(guān)鍵性的，許多工程事故產(chǎn)生的原因，特別是重大事故產(chǎn)生的原因，大多在施工階段。施工階段實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的安全度控制，必須按照設(shè)計(jì)計(jì)算的工況施工。從設(shè)計(jì)人員來說，計(jì)算的控制工況要考慮到施工的要求和方便施工，但一旦設(shè)計(jì)確定了方案，施工方面只能按照設(shè)計(jì)計(jì)算的工況去實(shí)施，違背了這一原則，或早或晚總要出事故，特別是重大事故。設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分考慮施工條件，根據(jù)工藝和施工方法的要求，方案盡可能方便施工，為施工創(chuàng)造條件，而施工人員應(yīng)充分尊重設(shè)計(jì)人員的意圖，嚴(yán)格按

3、照設(shè)計(jì)圖紙實(shí)施。特別在基坑工程中，設(shè)計(jì)的要求和施工的的方便之間經(jīng)常存在矛盾，如何處理好設(shè)計(jì)與施工的關(guān)系，需要雙方的努力?？紤]方便施工的設(shè)計(jì)案例三圍檁二支撐的鋼筋混凝土內(nèi)支撐體系化解內(nèi)支撐與施工干擾的方案主體結(jié)構(gòu)： 建筑面積213,376m2；基坑尺寸： 基坑面積13萬m2，開挖深度12.5m，局部14.25m；支撐尺寸： 兩道鋼筋混凝土內(nèi)支撐，第2道支撐與兩道圍檁連接 ；比較造價(jià)： 與3道支撐方案相比，節(jié)省造價(jià)803萬元； 挖土速度： 16萬土方，用88天完成，平均每天2500 m3，最高每天4500m3，與3道支撐方案相比縮短挖土工期5個(gè)月。 支撐豎向布置方案既要滿足圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形和強(qiáng)度的要求

4、，間距不能太大；但必須便于機(jī)械化施工，為了滿足汽車在支撐上通行的凈空要求，需要加大支撐豎向間距。將一道支撐支承在兩道圍檁上，既加大支撐的豎向間距，又不改變圍護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算支點(diǎn)間距，本例是一個(gè)創(chuàng)造，改變了支撐布置的固有格局。 巖土工程一般是隱蔽工程，工程質(zhì)量的控制更需要施工單位的巖土工程師加強(qiáng)責(zé)任感，提高技術(shù)水平，不要犯低級的錯(cuò)誤。從我國近年來重大工程事故發(fā)生的頻率、后果的嚴(yán)重性和事故的原因來看，值得我們總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，以杜絕重大事故。施工中工程安全度的失控原因，從現(xiàn)象上看，是偷工減料，趕進(jìn)度，但從技術(shù)上看卻是技術(shù)人員缺乏最起碼的安全度控制的知識(shí)，缺乏實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)安全度的意識(shí)。在事故頻發(fā)的深基坑工程領(lǐng)域

5、中，存在著超挖不按設(shè)計(jì)驗(yàn)算的工況挖土和及時(shí)支撐、該加固被動(dòng)區(qū)的不加固、挖出的土亂棄土以及違背先地下、后地上施工的原則。這些一直都是基坑工程施工中的頑癥，是許多重大工程事故的主要原因。設(shè)計(jì)是根據(jù)各個(gè)工況分別進(jìn)行計(jì)算，然后按照包絡(luò)圖的軸力、彎矩、剪力設(shè)計(jì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)和支撐。一旦超挖，圍護(hù)結(jié)構(gòu)所承受的內(nèi)力就遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)計(jì)算的數(shù)值，安全度就急劇降低。什么是設(shè)計(jì)工況？工況1工況2工況3工況4工況5工況6不按照設(shè)計(jì)工況施工的案例前面介紹的這個(gè)深基坑工程的事故中，由于設(shè)計(jì)表達(dá)式兩邊不匹配，設(shè)計(jì)安全度的不足已經(jīng)使基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)處于病態(tài)工作，而施工的超挖更使這個(gè)深基坑工程雪上加霜，一場重大工程事故終于不可避免地發(fā)生

6、了。從下面的照片中可以看出超挖的嚴(yán)重程度，如此嚴(yán)重的超挖，不出事故才怪呢？從這個(gè)斷面來看，設(shè)計(jì)考慮了坑底注漿以加強(qiáng)被動(dòng)區(qū)的抗力，但施工時(shí)卻沒有按照設(shè)計(jì)要求去做，沒有在被動(dòng)區(qū)注漿，被動(dòng)抗力不足，設(shè)計(jì)時(shí)賴以維持圍護(hù)結(jié)構(gòu)平衡的被動(dòng)抗力缺失了。與超挖一樣，設(shè)計(jì)時(shí)考慮了的坑底加固部位的抗力，但實(shí)際沒有加固，被動(dòng)抗力不復(fù)存在，于是本來可以穩(wěn)定的圍護(hù)結(jié)構(gòu)失去了支承條件，圍護(hù)結(jié)構(gòu)就不可避免地傾覆了。從安全度的構(gòu)成來看，超挖是從加大設(shè)計(jì)表達(dá)式中的作用項(xiàng)來降低安全度，而坑底加固的缺失，降低了被動(dòng)區(qū)的抗力，降低了設(shè)計(jì)表達(dá)式中的抗力來降低安全度。如果在同一個(gè)基坑中，既不加固被動(dòng)區(qū)而又超挖，在設(shè)計(jì)表達(dá)式兩邊，抗力降低而

7、作用又增大，安全度就急劇降低。許多工程事故有驚人的相似之處，在10年前、20年前發(fā)生過的事故，現(xiàn)在還在一再發(fā)生，這不得不使人感到?jīng)]有真正發(fā)揮“前車之鑒”的作用。在工程技術(shù)人員中進(jìn)行工程事故的剖析教育是何等重要。最近一次重大的基坑事故，究其主要原因，仍不外乎超挖和沒有坑底加固這兩項(xiàng)頑癥。這是一個(gè)四道支撐的深基坑，開挖深度為16m，由于施工超挖，第四道支撐沒有及時(shí)支撐。經(jīng)反算，由于沒有第四道支撐的作用，致使第三道支撐的軸力增加了4347，地下連續(xù)墻的彎矩增加了3751，剪力增加了3840。除了上述超挖和坑底被動(dòng)抗力的缺失之外，基坑工程施工的第三個(gè)頑癥就是亂棄土。盡管，在基坑設(shè)計(jì)中，對基坑周圍的地面

8、荷載也作了規(guī)定，設(shè)計(jì)考慮了一定數(shù)量的地面荷載所產(chǎn)生的土壓力，留有一定的裕度，但施工也經(jīng)常在基坑周邊堆放超過規(guī)定的重物，包括建筑材料和棄土。由于坑邊超載而產(chǎn)生的圍護(hù)結(jié)構(gòu)過大變形，甚至基坑破壞的事故時(shí)有發(fā)生，直到最近擠到了一幢小高層。對于重大工程事故，除了責(zé)任查處和經(jīng)濟(jì)理賠之外，在技術(shù)上展開充分的討論，分析事故產(chǎn)生的力學(xué)機(jī)理，從保證實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)安全度控制的角度進(jìn)行技術(shù)上的總結(jié)，發(fā)揮反面教材的作用，是巖土工程界值得重視的一件工作，也應(yīng)該是巖土工程師繼續(xù)教育的重要內(nèi)容。對于這一工程事故，需要根據(jù)現(xiàn)場檢測的資料，抽象出體系破壞的力學(xué)模型，進(jìn)行事故的機(jī)理分析。在軟土地區(qū)，地面堆載究竟能產(chǎn)生多大的水平推力和多大

9、的水平位移？事故現(xiàn)場的資料當(dāng)然是最直接的，如果不充分，可以借鑒其他的資料佐證，進(jìn)行工程類比分析，這也是巖土工程師很常用和很有效的分析思考工程問題的方法。地面堆載對相鄰建筑物變形的影響和地基穩(wěn)定性分析的數(shù)據(jù)是非常寶貴的資料?？梢杂兄谒伎己头治?，要學(xué)會(huì)借鑒、分析與思考。堆土成功的經(jīng)驗(yàn)鋼渣堆場,面積170m200m,高40m，荷載800kPa, 時(shí)間2 3年，沉降5 6 m公園堆土，面積80m 120m,高 25m,荷載400kPa, 時(shí)間2年，沉降2m鋼錠堆場，面積24m 162m,荷載160kPa, 時(shí)間1.5年，沉降1m事故的教訓(xùn)南山的滑坡（加載）填方太快，不設(shè)排水措施上游引水工程（卸載）挖

10、方太深 坡度1 ：3長基坑的端頭滑坡（卸載）-端頭無支撐借鑒堆載試驗(yàn)的資料堆載面積22m30m，不排水強(qiáng)度31kPa在150kPa荷載作用下，離堆載邊緣外0.7m，地面下7m處的實(shí)測水平位移810mm，水平位移與豎直位移之比為1.34試驗(yàn)荷載 kPa平均沉降 mm安全系數(shù)60933.90902532.601204441.971506061.57運(yùn)營時(shí)的安全度保證在建筑物的運(yùn)營階段，仍然存在施工時(shí)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的工程安全度能否得以繼續(xù)保持的問題。特別是對活荷載占的比例比較大的工業(yè)建筑物，如果在建筑物使用過程中，沒有按照設(shè)計(jì)計(jì)算所控制的要求加載，工程的設(shè)計(jì)安全度控制就得不到保證，輕者出現(xiàn)建筑物的開裂和損

11、壞，重者發(fā)生重大的工程事故。例如工業(yè)車間室內(nèi)外地坪的大面積堆料，車庫、油罐使用時(shí)的加料速度控制不當(dāng)，都會(huì)引發(fā)工程事故。著名的加拿大特朗斯康谷倉，設(shè)計(jì)時(shí)沒有進(jìn)行勘察，建成后使用時(shí)發(fā)生地基失穩(wěn)傾倒的事故。吳涇焦化廠配煤房則是我國的著名一項(xiàng)工程事故，它的典型性在于深刻地揭示了加載速率對地基穩(wěn)定性的重要影響，同時(shí)，它又成功地采用技術(shù)措施糾傾成功。加拿大特朗斯康谷倉加拿大特朗斯康谷倉長59.44m，寬23.47m，高31.00m，容積36368m3。谷倉的基礎(chǔ)為鋼筋混凝土筏基，厚61cm，埋置深度3.66m。谷倉于1911年開始施工，1913年秋竣工。谷倉自重20000t，相當(dāng)于裝滿谷物后滿載重量的42

12、.5。1913年9月起，往谷倉裝谷物，10月當(dāng)谷倉裝了31822m3時(shí)，發(fā)現(xiàn)1小時(shí)內(nèi)沉降達(dá)30.5cm。谷倉向西傾斜，并在24小時(shí)內(nèi)傾倒，但谷倉結(jié)構(gòu)沒有損壞。對谷倉地基沒有事先進(jìn)行取土試驗(yàn)，根據(jù)相鄰項(xiàng)目的資料，計(jì)算承載力為352kPa。谷倉的地基由厚3m的近代沉積黏土、12.2m厚的冰河沉積的黏土和3m厚的老黏土組成。谷倉倒塌40年后，1952年，加拿大國家研究委員會(huì)建筑研究部會(huì)同Peck教授，取土補(bǔ)做了試驗(yàn)，粘土層的含水量隨深度增加，從40增加到60，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度從118.4kPa減少到70.0kPa。平均液限105，塑限70%，塑性指數(shù)70。用淺層的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度118.4kPa，按太沙

13、基公式計(jì)算地基極限承載力為59.25.71338kPa根據(jù)荷載資料，總荷載47058.8 t，其中谷物的重量為27058.8 t?；卓倝毫?37.3kPa。結(jié)構(gòu)自重的基底壓力為143.36kPa，活荷載的基底壓力為193.96kPa。估算安全系數(shù)的結(jié)果谷倉自重的安全系數(shù)338/143.36=2.36谷倉加載后的安全系數(shù)338/337.32=1.002工程處于極限狀態(tài)。工業(yè)構(gòu)筑物的過大傾斜 一座30m高的筒倉最大沉降速率達(dá)到每晝夜45mm！15天內(nèi)傾斜從2.7 發(fā)展到14.12 年傾斜達(dá)到24 會(huì)不會(huì)成為第二個(gè)加拿大谷倉？焦化廠配煤房基本數(shù)據(jù)47.5m10.8m筏形基礎(chǔ)5個(gè)直徑8m、高31m

14、的儲(chǔ)煤斗基礎(chǔ)埋置深度1.5m構(gòu)筑物自重壓力76kPa抗剪強(qiáng)度指標(biāo)：三軸不排水強(qiáng)度20kPa十字板強(qiáng)度22kPa焦化廠配煤房傾斜事故結(jié)構(gòu)完工后3個(gè)月平均沉降47mm，沉降速率0.5mm/d傾斜2.7 ，還比較正常完工后6個(gè)月投產(chǎn)5天裝煤215噸加煤停止時(shí)沉降速率810mm/d；第4天，2745mm/d，加速沉降，危險(xiǎn)！沉降的發(fā)展沉降速率的變化傾斜的急劇發(fā)展與糾傾時(shí)的回傾荷載與地基承載力地基極限承載力：按固結(jié)快剪指標(biāo)為202kPa按不固結(jié)不排水剪指標(biāo)為135kPa建筑物恒載38000kN，產(chǎn)生基底壓力76kPa，裝煤21500kN，產(chǎn)生基底壓力44kPa活載與恒載之比0.57基底總壓力120kPa

15、安全度分析 如果不快速加煤，安全系數(shù)1.68；實(shí)際快速加煤，故安全系數(shù)低于1.68；不考慮施工期的排水固結(jié)，安全系數(shù)1.13；而實(shí)際安全系數(shù)介于1.131.68之間 荷載承載力恒載壓力76kPa活載壓力44kPa總壓力120kPa固結(jié)不排水202kPa2.661.68不排水剪135kPa1.13變形分析加煤2年后，平均沉降630mm堆放鋼錠糾傾以后沉降達(dá)846mm，推算最終沉降量為1150mm按壓縮層厚度16.7m，平均模量2MPa計(jì)算，得最終沉降量689mm，兩者之比為1.67估計(jì)發(fā)生了側(cè)向擠出，但沒有實(shí)測水平位移的數(shù)據(jù)驗(yàn)證借鑒堆載試驗(yàn)的資料堆載面積22m30m，不排水強(qiáng)度31kPa在150

16、kPa荷載作用下，離堆載邊緣外0.7m，地面下7m處的實(shí)測水平位移810mm，水平位移與豎直位移之比為1.34試驗(yàn)荷載 kPa平均沉降 mm安全系數(shù)60933.90902532.601204441.971506061.57由于施工階段對實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)安全度控制是關(guān)鍵性的，因此，設(shè)計(jì)單位的巖土工程師與施工單位的巖土工程師之間的協(xié)調(diào)與互動(dòng)就顯得特別重要。施工單位的巖土工程師需要對施工方案是否影響設(shè)計(jì)安全度的實(shí)現(xiàn)，進(jìn)行必要的計(jì)算與分析，這是從技術(shù)上防止工程事故的必要措施。在建筑物運(yùn)營階段，監(jiān)測和控制對安全度的保證也是十分重要的措施。四.巖土工程的風(fēng)險(xiǎn)評估可靠度設(shè)計(jì)方法是概率方法應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)而形成的一種設(shè)

17、計(jì)方法；概率方法在巖土工程中有非常廣泛的應(yīng)用，可靠度設(shè)計(jì)僅是其中之一；概率方法提供一種系統(tǒng)的、定量的方法去估計(jì)巖土工程師所遇到的不確定性，而不是去取代傳統(tǒng)的確定性的設(shè)計(jì)方法；Casagrande提出的概念卡薩格蘭特早在1965年提出了巖土工程中的calculated risk（計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)）概念：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和判斷，用不完備的知識(shí)來估計(jì)在解決問題時(shí)考慮的數(shù)據(jù)的可能范圍；對一定的安全儲(chǔ)備或風(fēng)險(xiǎn)率的決策，引入經(jīng)濟(jì)因素和失效所引起的損失。Peck的說法巖土工程發(fā)展為兩個(gè)方面，一部分依然是傳統(tǒng)的問題，而另一部分如地震、自然坡穩(wěn)定、環(huán)境巖土工程和海洋工程等。在這些領(lǐng)域中，工程師們需要更新的、更嚴(yán)格的可靠度的評價(jià)

18、，這就需要不同的方法，我們相信概率方法在這些領(lǐng)域中很快地發(fā)展。這些領(lǐng)域中的工程師很快地接受這種方法是毫不奇怪的，概率方法向傳統(tǒng)領(lǐng)域發(fā)展也是毫不奇怪的。由于巖土工程師是在信息不完備的條件下進(jìn)行判斷和決策。因此所采取的工程措施與實(shí)際可能發(fā)生的事件可能存在著不一致性，這就存在著風(fēng)險(xiǎn)。所以，在巖土工程中，不論是設(shè)計(jì)、施工都存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，需要進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估。將風(fēng)險(xiǎn)限制在人們可以接受的范圍內(nèi)。例如，邊坡的坡度該取多少為好？坡度平坦，安全度高，但工程費(fèi)用大；坡度取陡一些，費(fèi)用就可以小一些，但安全度低。用確定性的方法來分析，采用規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)設(shè)計(jì)，按定值設(shè)計(jì)的思維方法，認(rèn)為肯定是安全的。但一場暴雨，可能沖

19、垮了邊坡，造成了鐵路中斷，損失慘重。于是，查工程質(zhì)量是否存在問題，是否收取了回扣，查誰的責(zé)任，處理了責(zé)任人，今后是否就不會(huì)發(fā)生這類事故呢？為了規(guī)避責(zé)任，說成是自然災(zāi)害，那也對，發(fā)生了幾十年一遇的暴雨，那不是自然災(zāi)害？這樣都沒有責(zé)任了，但這種事故還在不斷的出現(xiàn)，需要換個(gè)思維方式來看。工程師對于發(fā)生暴雨的可能性，掌握不夠、暴雨與滑坡的關(guān)系認(rèn)識(shí)不充分，認(rèn)為按照規(guī)范做了就肯定安全了，其實(shí)他設(shè)計(jì)的邊坡不可能是100安全的，總存在著一定的失效概率。你對暴雨的資料、暴雨的作用掌握充分一些，失效的風(fēng)險(xiǎn)可能小一些，但風(fēng)險(xiǎn)總是存在的。如何估計(jì)這種風(fēng)險(xiǎn)？風(fēng)險(xiǎn)就與可能失效的概率有關(guān)，是一種概率的估計(jì)，因此需要用概率方

20、法，對你的決策風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估。你設(shè)計(jì)的邊坡比較陡一些，造價(jià)是節(jié)省了，但一旦發(fā)生滑坡，造成鐵路中斷，造成更大的經(jīng)濟(jì)損失；如果平坦一些。造價(jià)是貴一些，但失效概率小了，風(fēng)險(xiǎn)損失就小了。因此，應(yīng)該進(jìn)行考慮風(fēng)險(xiǎn)損失的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇最佳的方案。這就需要應(yīng)用概率方法來分析。香港滑坡的風(fēng)險(xiǎn)評估與風(fēng)險(xiǎn)管理香港多山，建筑物密集，是滑坡事故多發(fā)的地區(qū)，1940年代以來，已有470人在滑坡事故中喪生。1970年代，香港經(jīng)歷了多次大滑坡。1972年6月，九龍山一個(gè)住宅開發(fā)區(qū)路堤的坍塌吞沒了一座住所，死亡71人，幾個(gè)小時(shí)以后，香港島中區(qū)寶珊道一個(gè)開挖面垮塌，帶動(dòng)了上面的山坡下滑毀壞了一座13層高層建筑，死亡67人；19

21、76年8月上述開發(fā)區(qū)又發(fā)生路堤的破壞引起18人死亡?；碌恼掌b于滑坡事故的嚴(yán)重性，香港在1977年成立了管理機(jī)構(gòu)“Geotechnical Control Office”,1991年改為“Geotechnical Engineering Office”負(fù)責(zé)香港的邊坡安全控制和巖土工程的管理。三十年來，香港地區(qū)滑坡的風(fēng)險(xiǎn)評估與風(fēng)險(xiǎn)管理取得了顯著的成績，成為國際上概率方法實(shí)際應(yīng)用的典范。在硬件上實(shí)現(xiàn)全方位的監(jiān)控，包括用GIS監(jiān)測滑坡的變形發(fā)展過程和中心遠(yuǎn)程控制。采用Quantified Risk Analysis(QRA)方法對香港全境的邊坡進(jìn)行監(jiān)測、分析、治理，成為滑坡風(fēng)險(xiǎn)管理的一種有效工具。

22、風(fēng)險(xiǎn)管理從原則上需要回答這三個(gè)問題：1.多大的安全度是足夠安全的？2.投入力量和資金的可接受水平是什么？3.如何量度投入的力量與資金的有效性？采取邊坡風(fēng)險(xiǎn)管理以后，香港每年發(fā)生滑坡的頻數(shù)急劇降低?；履臧l(fā)生頻率的直方圖風(fēng)險(xiǎn)管理流程圖什么是滑坡風(fēng)險(xiǎn)與滑坡風(fēng)險(xiǎn)分析？滑坡風(fēng)險(xiǎn)是對于具有危害性的（對建筑物、公共設(shè)施的損壞與經(jīng)濟(jì)損失）滑坡災(zāi)害發(fā)生的定量尺度，滑坡風(fēng)險(xiǎn)用邊坡的失效概率與災(zāi)害后果（經(jīng)濟(jì)損失）的乘積來定量表示?；嘛L(fēng)險(xiǎn)分析是對滑坡災(zāi)害后果的評估與風(fēng)險(xiǎn)的估計(jì)。香港在定量風(fēng)險(xiǎn)管理的應(yīng)用以及將風(fēng)險(xiǎn)引入并改造了傳統(tǒng)的邊坡分析方法方面處于領(lǐng)先地位。這是由于下列的原因：1.在香港的這種熱帶地區(qū)，降雨特征、

23、風(fēng)化巖地層中的地質(zhì)條件與地下水條件都存在相當(dāng)可觀的不確定性。2.事實(shí)說明了，即使按照巖土工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求采取了工程措施的邊坡仍然具有相當(dāng)高的破壞可能性。3. 基于風(fēng)險(xiǎn)的方法可以借助于較小邊坡反算的先期經(jīng)驗(yàn)，發(fā)展優(yōu)化的目標(biāo)。4. 基于風(fēng)險(xiǎn)的方法可以大大簡化滑坡風(fēng)險(xiǎn)與公共政策之間的聯(lián)系。什么樣的特定場地需要滑坡管理？下面的一些場合需要以風(fēng)險(xiǎn)為基礎(chǔ)的評估方法以補(bǔ)充或代替?zhèn)鹘y(tǒng)的確定性方法：1.邊坡的穩(wěn)定性能借助于安全儲(chǔ)備的保證而得到控制，但需要估計(jì)風(fēng)險(xiǎn)和確定安全儲(chǔ)備范圍的不確定性。2.雖然邊坡的穩(wěn)定性能借助于安全系數(shù)得到控制，但可能發(fā)生的破壞（概率）還需要考慮，特別是破壞后果嚴(yán)重的情況。3.控制邊坡

24、的穩(wěn)定性是不實(shí)際的（無效的），滑坡風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)可以用其他方法控制，例如采取措施減輕破壞的后果。4.潛在的滑坡災(zāi)害是已經(jīng)知道的，但其風(fēng)險(xiǎn)需要評估，以確定降低風(fēng)險(xiǎn)的要求與優(yōu)化方案。5.對潛在的滑坡災(zāi)害性質(zhì)及它們可能的后果并不完全知道，需要鑒定災(zāi)害和評估其風(fēng)險(xiǎn)。風(fēng)險(xiǎn)分析需要回答的問題1.什么原因引起災(zāi)害？（災(zāi)害的鑒別）2.多久會(huì)發(fā)生？（災(zāi)害頻率估計(jì)）3.什么樣的損失？可能性多大？破壞程度如何？（災(zāi)害后果的估計(jì)）4.危險(xiǎn)性的似然率是多少？（風(fēng)險(xiǎn)的定量計(jì)算）5.重要性如何？（風(fēng)險(xiǎn)的評價(jià)）6.該怎么做？（風(fēng)險(xiǎn)管理）在風(fēng)險(xiǎn)評估中概率分析的應(yīng)用巖土工程分析中不確定性的來源：1. 參數(shù)的不確定性2. 模型的不確定性

25、3. 人為因素的不確定性香港風(fēng)險(xiǎn)評估中所用的概率分析方法：古典的可靠度分析方法Monte Carlo模擬方法Bayesian估計(jì)方法考慮巖土性質(zhì)的空間變異性能考慮空間相關(guān)與局部平均效應(yīng)的隨機(jī)有限元計(jì)算方法GCO提出的邊坡工程的巖土工程指南中，對高風(fēng)險(xiǎn)的邊坡采用高的安全系數(shù)，對低風(fēng)險(xiǎn)的邊坡允許低的安全系數(shù)。分析技術(shù)的發(fā)展1. 人工邊坡的滑動(dòng)分析2. 對自然巖坡滑坡的分析3. 自然山坡滑坡與暴雨的相關(guān)性分析4. 確定可接受的風(fēng)險(xiǎn)界限人工邊坡的滑動(dòng)分析研究遷移角與滑坡體積的關(guān)系隨著滑坡體積的增大，遷移角趨于平緩。遷移角的概念比較簡單，而且它能直接反映滑動(dòng)體的影響區(qū)域，相似于滑動(dòng)過程中能量損失率，也綜

26、合了坡降的影響。人工邊坡的滑動(dòng)分析對自然巖坡滑坡的分析泥石流的監(jiān)測和分析采用GIS平臺(tái)的三維模型，能計(jì)算出泥石流的位置、速度和厚度，遷移角和遷移距離的散點(diǎn)圖見下圖。采用Voellmy流變模型，對60個(gè)泥石流觀測資料進(jìn)行了反分析，輸入?yún)?shù)為表觀摩擦角和紊流系數(shù)（m/s2）。泥石流滑動(dòng)資料自然山坡滑坡與暴雨的相關(guān)性香港有降雨觀測的網(wǎng)絡(luò)，110個(gè)雨量計(jì)，用無線技術(shù)將信息輸送到中心，積累了20年的數(shù)據(jù)。得到了滑坡密度（平方公里的滑坡數(shù)量）與歸一化的單次暴雨量（24小時(shí)的雨量與年平均雨量之比）的相關(guān)性。相關(guān)性分析的結(jié)果可接受的風(fēng)險(xiǎn)界限這方面的先例很少，參考了歐洲、澳洲和加拿大關(guān)于其他領(lǐng)域的風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)，對于

27、自然坡的滑坡和巨石的墜落制定了過渡性的風(fēng)險(xiǎn)界限，包括個(gè)人的風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)的風(fēng)險(xiǎn)兩個(gè)方面。個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)界限應(yīng)用于在滑坡災(zāi)害中最易傷害的年死亡概率，而社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)則用于影響社會(huì)的總風(fēng)險(xiǎn)?？山邮艿膫€(gè)人風(fēng)險(xiǎn)界限由巖坡的滑坡與巨石墜落所引起的社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)界限定量風(fēng)險(xiǎn)分析應(yīng)用的案例定量風(fēng)險(xiǎn)分析的應(yīng)用分為全局的和特定場地兩方面。定量風(fēng)險(xiǎn)分析作為一種工具可以對特定場地進(jìn)行研究。然而，這種方法也可以用于大量滑坡的全局分析的估計(jì)。災(zāi)害模型是在以往滑坡調(diào)查資料的基礎(chǔ)上進(jìn)行的災(zāi)害分類。人工邊坡災(zāi)害模型與災(zāi)害分類潛在的生命損失潛在的生命損失（Potential loss of life）PLL定義為被寬度10m，體積50m3的滑坡直接

28、擊中的事件中死亡的平均人數(shù)。對于不同的災(zāi)害，考慮滑坡的規(guī)模和設(shè)施的性質(zhì)，分組統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)見Table2。根據(jù)災(zāi)害及后果模型，從35000個(gè)邊坡分類計(jì)算的PLL見Table3。切坡、填方和擋墻的PLL全局性的定量風(fēng)險(xiǎn)分析為分別確定管理目標(biāo)提供了三種邊坡風(fēng)險(xiǎn)的分布與特征；不同類型邊坡的風(fēng)險(xiǎn)分布見表Table4；挖方邊坡、填方邊坡和擋土墻的定量風(fēng)險(xiǎn)的比值是611。用于定量風(fēng)險(xiǎn)減少的目標(biāo)和風(fēng)險(xiǎn)的傳遞用于費(fèi)用利益估計(jì)不同類型邊坡的風(fēng)險(xiǎn)分布自然坡全局風(fēng)險(xiǎn)的災(zāi)害分類12種災(zāi)害的類型，3種不同的機(jī)理，4種不同的規(guī)模；渠化泥石流、混合型泥石流（）沿著地形的坡降塌落和敞開的山坡滑動(dòng)和塌落；自然坡全局風(fēng)險(xiǎn)的災(zāi)害分類頻

29、率模型頻率模型是基于降雨滑坡相關(guān)分析的結(jié)果，具有統(tǒng)計(jì)上的足夠精度。對自然坡全局的定量風(fēng)險(xiǎn)分析的結(jié)論是估計(jì)每年的潛在的生命損失為5個(gè)。特定場地的定量風(fēng)險(xiǎn)分析特定場地的定量風(fēng)險(xiǎn)分析主要用于自然坡的滑坡。對指定場地的結(jié)構(gòu)物分別計(jì)算的單體風(fēng)險(xiǎn)水平。學(xué)習(xí)香港的巖土工程經(jīng)驗(yàn)香港是市場經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)，巖土工程體制也是比較成熟的地區(qū)，從上面的介紹中可以看出的不僅是技術(shù)上的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，也可以領(lǐng)會(huì)他們在技術(shù)控制體制和監(jiān)管體制上的經(jīng)驗(yàn)。香港與大陸同文同宗，為我國巖土工程師就近學(xué)習(xí)巖土工程體制提供了方便。在我國大陸，這幾年深基坑工程的事故很多，施工的安全事故很多，三峽庫區(qū)滑坡事故也比較多，關(guān)于工程風(fēng)險(xiǎn)評估與風(fēng)險(xiǎn)決策的問

30、題引起了工程界、學(xué)術(shù)界甚至政府的重視，也得到了保險(xiǎn)業(yè)者的重視。風(fēng)險(xiǎn)評估已經(jīng)成為土木工程界，特別是巖土工程界的關(guān)注，但一般還停留在定性分析判斷的水平，采用專家咨詢打分的方法，還很少采用概率方法來分析工程風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)當(dāng)是一個(gè)有發(fā)展前途的領(lǐng)域。體制和技術(shù)層面的深化改革在設(shè)計(jì)和決策時(shí)，我們經(jīng)常面臨信息量不是十分充分的情況，概率方法是處理和估量不確定性的最有效的方法。概率方法能夠提供有價(jià)值的洞察事物的途徑，特別是當(dāng)經(jīng)驗(yàn)不充分的時(shí)候，而確定性方法是做不到的。最小樣本容量是概率方法在工程勘察中的一種直接應(yīng)用，但強(qiáng)制性條文卻沖淡了取樣數(shù)量的概率統(tǒng)計(jì)意義，形成了在6個(gè)樣的問題上討價(jià)還價(jià)的局面。巖土工程中大量采用經(jīng)驗(yàn)

31、公式，這是概率方法應(yīng)用的又一個(gè)領(lǐng)域，可是現(xiàn)在已經(jīng)有點(diǎn)面目全非了。危機(jī)表現(xiàn)在兩個(gè)方面，第一方面是出現(xiàn)了一些用計(jì)算結(jié)果進(jìn)行回歸分析得到的“經(jīng)驗(yàn)公式”！并進(jìn)入規(guī)范！第二方面是漠視經(jīng)驗(yàn)公式的“地區(qū)性”，不管土類、不管參數(shù)的范圍、不管是否經(jīng)過驗(yàn)證，拿來就用的現(xiàn)象非常普遍。邊坡設(shè)計(jì)荷載是由巖土體本身產(chǎn)生的。材料與土的強(qiáng)度采用不同準(zhǔn)則的矛盾在邊坡錨桿的設(shè)計(jì)中充分地體現(xiàn)出來。邊坡設(shè)計(jì)完全具備采用可靠度的設(shè)計(jì)方法，對于這類不涉及建筑物荷載的領(lǐng)域，又不涉及地基承載力的領(lǐng)域比較簡單。錨桿鋼筋截面強(qiáng)度驗(yàn)算，鋼筋強(qiáng)度用設(shè)計(jì)值，錨桿拉力用設(shè)計(jì)值，采用了概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。錨固長度（由錨固體與地層的粘結(jié)強(qiáng)度確定）驗(yàn)算，由

32、于與地層有關(guān)，粘結(jié)強(qiáng)度采用容許強(qiáng)度，故錨固拉力必須用標(biāo)準(zhǔn)值。錨固長度（由鋼筋與錨固砂漿之間粘結(jié)強(qiáng)度確定）驗(yàn)算，由于鋼筋和砂漿都是建筑材料，粘結(jié)強(qiáng)度用設(shè)計(jì)值，故錨固拉力也用設(shè)計(jì)值。與上部結(jié)構(gòu)荷載密切相關(guān)的問題地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，包括淺基礎(chǔ)的地基承載力驗(yàn)算、樁基礎(chǔ)的單樁承載力驗(yàn)算和各類基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，都是與上部結(jié)構(gòu)荷載密切相關(guān)的設(shè)計(jì)問題。由于荷載的分項(xiàng)系數(shù)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的可靠度分析得到的，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)荷載的設(shè)計(jì)值，即荷載標(biāo)準(zhǔn)值與分項(xiàng)系數(shù)都必須與上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)定一致。兩類可靠度分析的概念在地基基礎(chǔ)可靠度研究中，不能不考慮上部結(jié)構(gòu)荷載條件的制約。由于對荷載分項(xiàng)系數(shù)的不同處理方法，形成了兩類可靠度分析的概

33、念。一種是在上部結(jié)構(gòu)荷載分項(xiàng)系數(shù)約束條件下的可靠度分析，稱為不完全的可靠度分析；另一種是沒有約束條件的可靠度分析，稱為完全的可靠度分析。依照可靠度分析的本來意義，在地基承載力的可靠度分析時(shí)，基本變量有4個(gè)，可靠度分析的結(jié)果可以得到4個(gè)驗(yàn)算點(diǎn)坐標(biāo)，4個(gè)相應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)以及可靠指標(biāo)。取決于可變荷載、恒載、粘聚力和內(nèi)摩擦角4個(gè)基本變量變異系數(shù)的相對大小和相應(yīng)均值的大小，所得到的分項(xiàng)系數(shù)的組合必然滿足敏感度系數(shù)歸一的條件，或稱為閉合條件，即滿足下式： cos2=0根據(jù)可變荷載變異系數(shù)0.29，恒載變異系數(shù)0.07，與土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)變異系數(shù)的組合，得到的荷載分項(xiàng)系數(shù)就不可能就是荷載規(guī)范規(guī)定的可變荷載1.

34、40和恒載1.20的組合。盡管是各基本變量之間的最佳組合，但不符合荷載規(guī)范的規(guī)定而不能應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)。造成上述現(xiàn)象的原因是在編制荷載規(guī)范時(shí)只驗(yàn)算了14種構(gòu)件設(shè)計(jì)的工況，沒有驗(yàn)算地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的工況；合理的解決辦法是在優(yōu)化荷載分項(xiàng)系數(shù)時(shí)應(yīng)當(dāng)同時(shí)考慮地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的典型工況。在目前的情況下，為了今后設(shè)計(jì)工作的方便，確定地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的抗力分項(xiàng)系數(shù)時(shí)必須滿足既定的荷載分項(xiàng)系數(shù)的條件，這就提出了不完全可靠度分析的問題。所謂不完全可靠度分析，是指在滿足可變荷載分項(xiàng)系數(shù)1.40，恒載分項(xiàng)系數(shù)1.20的條件下分配土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的分項(xiàng)系數(shù)，其結(jié)果必然不能滿足閉合條件，亦即不能得到失效概率為最大的驗(yàn)算點(diǎn)。從可靠度的

35、角度看是不合理的，但從滿足工程實(shí)用的角度看，又是必要的。關(guān)于地基承載力采用概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原則的前提是極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，而不是按容許應(yīng)力設(shè)計(jì)，沒有這個(gè)前提，便不可能實(shí)現(xiàn)可靠度設(shè)計(jì)。89版建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范報(bào)批時(shí)，由于在當(dāng)時(shí)技術(shù)條件沒有具備的情況下，強(qiáng)制要求采用的結(jié)果。正確的道路應(yīng)該首先采用總安全系數(shù)法計(jì)算地基承載力，然后再進(jìn)行可靠度設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)軌。如何處理勘察與設(shè)計(jì)的體制關(guān)系？這是巖土工程與上部結(jié)構(gòu)關(guān)系的第二個(gè)方面，即我國已經(jīng)開始的、從勘察行業(yè)起步的巖土工程體制改革如何進(jìn)行下去？如何處理當(dāng)前業(yè)內(nèi)的諸多矛盾？如何提高巖土工程勘察的水平？如何提高勘察工作的地位？在勘察與設(shè)計(jì)分割的體制下，如何規(guī)避矛盾，做好巖土工程勘察工作？我國實(shí)行的是從前蘇聯(lián)引進(jìn)的勘察設(shè)計(jì)體制，這種體制的特點(diǎn)是政府既管經(jīng)濟(jì)、政府又管技術(shù)，行政條塊分割，技術(shù)封閉，勘察與設(shè)計(jì)截然分離?？辈靻挝坏娜蝿?wù)是從地質(zhì)的角度查明工程地質(zhì)條件，勘察人員對上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的情況很少了解，也不一定需要了解，因而所提供的資料不一定符合設(shè)計(jì)的需要，而設(shè)計(jì)人員對巖