巖土工程的可信度探究范文

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工程實例

根據(jù)基坑可靠度研究的現(xiàn)狀以及考慮到各地同一類土的物理力學(xué)性質(zhì)存在較大的差別，土的物理指標(biāo)和抗剪強(qiáng)度指標(biāo)隨著區(qū)域的不同而變化，土性參數(shù)具有變異性大、區(qū)域性強(qiáng)等特點，其數(shù)據(jù)統(tǒng)計不能過大，具體的巖土工程設(shè)計必須根據(jù)所處的場地土性進(jìn)行;又限于錨樁支護(hù)形式的基坑的復(fù)雜性，本文結(jié)合遼寧省地區(qū)的某個具體的工程來進(jìn)行可靠度的研究。

工程地質(zhì)條件

根據(jù)遼寧省抗震防災(zāi)基礎(chǔ)資料，勘察場地在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造上講，位于華北地塊內(nèi)，根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造活動的特點，位于遼北凹陷地塊內(nèi)，大地構(gòu)造上處于遼東塊隆與下遼河－遼東灣塊陷相交接的部位。場地地表大部分為人工棄土，地形坑洼不平、存在未清理舊基礎(chǔ)以及人為采砂形成的大坑，但總體地勢平緩，局部高低起伏較大，地面標(biāo)高介于41.85～48.26m。地貌類型屬渾河高漫灘及古河道。根據(jù)鉆探揭示，場地勘察深度范圍內(nèi)的地層結(jié)構(gòu)由第四系全新統(tǒng)人工填筑層(Qml4)、第四系全新統(tǒng)渾河高漫灘及古河道沖洪積層(Qal+pl4)組成。

基坑支護(hù)工程設(shè)計

本基坑周長為1548m，垂直支護(hù)長度為339m，其余為自然放坡。基坑開挖深度為11.8～16.7m，基坑北側(cè)10m處存在已建成的鋼筋混凝土防洪堤。基坑的設(shè)計計算分為五個剖面去進(jìn)行，1-1剖面支護(hù)方式采用旋挖混凝土做護(hù)坡樁，附四層錨索錨拉，樁頂設(shè)一道冠梁，樁間噴射混凝土的聯(lián)合支護(hù)體系;2-2剖面支護(hù)方式采用旋挖混凝土做護(hù)坡樁，附二層錨索錨拉，樁頂設(shè)一道冠梁，樁間噴射混凝土的聯(lián)合支護(hù)體系;3-3剖面采用二級自然放坡加土釘、掛網(wǎng)噴射混凝土支護(hù)方式;4-4和5-5剖面支護(hù)方式采用懸臂、樁頂設(shè)置一道冠梁，樁間噴射混凝土的聯(lián)合支護(hù)體系。本文只討論基坑1-1剖面支護(hù)的可靠度，其具體支護(hù)體系設(shè)計見圖1。樁后各土層有:細(xì)砂、黏土、中砂、礫砂、圓礫可看出，各土層的分布厚度并不是連續(xù)一致的，為使計算簡便，現(xiàn)根據(jù)實際情況假設(shè)各土層的厚度是個定值，其值如表1所示。

計算相關(guān)參數(shù)及其選取

基坑支護(hù)可靠度設(shè)計所涉及的隨機(jī)變量，大致可分為:與土性參數(shù)有關(guān)的隨機(jī)變量，主要為內(nèi)摩擦角φ、黏聚力c、重度γ;基坑外側(cè)附加荷載;支護(hù)結(jié)構(gòu)本身的變異性。其中基坑外側(cè)附加荷載和支護(hù)結(jié)構(gòu)本身的變異性與摩擦角φ、黏聚力c、重度γ等隨機(jī)變量的變異系數(shù)相比非常小，對基坑的可靠度計算影響很小，故可當(dāng)做常量處理。根據(jù)土性參數(shù)的統(tǒng)計分析可知各土層土性參數(shù)重度γ、黏聚力c和摩擦角φ的均值、其標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)。根據(jù)各土層的自相關(guān)距離，進(jìn)而求出方差折減系數(shù)Γ2(H)，最后根據(jù)表1最后可把樁后各土層厚度“點”方差轉(zhuǎn)化為“均值”方差，結(jié)果如表2所示。

樁錨支護(hù)形式的基坑可靠度計算數(shù)學(xué)模型

根據(jù)現(xiàn)行的設(shè)計規(guī)范JGJ120－99《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》要求，本論文所研究的樁錨支護(hù)形式的基坑的可靠度，主要考慮:整體穩(wěn)定性的驗算、抗傾覆穩(wěn)定性驗算以及支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度的計算。根據(jù)土性參數(shù)的統(tǒng)計分析和圖1可知本基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)底部不存在軟弱下臥層，所以不會發(fā)生整體失穩(wěn)，從而沒有必要進(jìn)行整體穩(wěn)定性驗算;支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度方面主要是驗算排樁的強(qiáng)度是要保證排樁截面具有足夠的抗壓、抗彎強(qiáng)度和抵抗剪切的能力來抵抗土壓力的作用，根據(jù)大量的工程實際經(jīng)驗可知很少由于排樁的承載力不夠而引發(fā)基坑破壞，本文在此不作考慮。所以本文只考慮抗傾覆穩(wěn)定性驗算。

抗傾覆穩(wěn)定性功極限狀態(tài)方程:根據(jù)樁錨支護(hù)形式的基坑抗傾覆穩(wěn)定性安全系數(shù)的定義，可以推導(dǎo)出樁錨支護(hù)形式的基坑抗傾覆穩(wěn)定性的極限狀態(tài)方程如下：式中，R為抗力;S為荷載效應(yīng);Mp為被動土壓力及支點力對樁底的彎矩，對于內(nèi)支撐支點力由內(nèi)支撐抗壓力決定;對于錨桿或錨索，支點力為錨桿或錨索的錨固力和抗拉力的較小值;Ma為主動土壓力對樁底的彎矩。式中，Eai為每層主動朗肯土壓力;Epi為每層被動朗肯土壓力;Hi為每層朗肯土壓力至樁底的垂直距離;Fi為錨索的錨固力;li為錨索樁底的豎直距離。

基坑目標(biāo)可靠指標(biāo)的計算結(jié)果的確定

通過以上所述可知安全系數(shù)與可靠指標(biāo)β存在一定的關(guān)系式，故可通過此公式可求得目標(biāo)可靠度指標(biāo)，本基坑的安全系數(shù)界限值為［K］=1.2，其目標(biāo)可靠指標(biāo)的計算結(jié)果見表3。采用JC方法和蒙特卡洛法(MonteCarlo法)分別計算當(dāng)前基坑的可靠性指標(biāo)，其計算結(jié)果見表4。通過表3可知，此基坑的目標(biāo)失效概率非常小，是為人們所能接受的，其目標(biāo)可靠度指標(biāo)是合理的。從表4可看出當(dāng)前基坑的可靠性指標(biāo)β大于基坑的目標(biāo)可靠性指標(biāo)β0，這與傳統(tǒng)方法求得基坑的安全系數(shù)1.668大于規(guī)范規(guī)定的1.2，其結(jié)果是一致的，說明此基坑的安全度符合規(guī)范的要求可以看出用破壞概率的形式給出基坑的可靠度比較簡單、直觀易于人們接受。

從表3可看出，在同一個工程，安全系數(shù)一樣的情況下，利用“點”均值和“點”標(biāo)準(zhǔn)差計算的結(jié)果和利用“空間”均值和“空間”標(biāo)準(zhǔn)差計算的結(jié)果也有一定的差值。后者的可靠度指標(biāo)β值要要大于前者可靠度指標(biāo)β值，這說明利用“空間”均值和“空間”標(biāo)準(zhǔn)差計算的基坑可靠度要大于利用“點”均值和“點”標(biāo)準(zhǔn)差算的基坑可靠度。這是因為安全系數(shù)只與相關(guān)的土性參數(shù)如內(nèi)摩擦角φ、黏聚力c、重度γ的均值有關(guān)，而可靠度指標(biāo)和破壞概率除與相關(guān)土性參數(shù)的均值有關(guān)外，也與土性參數(shù)的變異系數(shù)有關(guān)。這也說明可靠度指標(biāo)比安全系數(shù)更全面、真實反映了基坑的可靠度。

結(jié)語

本文介紹了現(xiàn)階段建筑結(jié)構(gòu)中常用來計算目標(biāo)可靠指標(biāo)的方法，即“校準(zhǔn)法”，此方法通過對現(xiàn)行規(guī)范的大量反復(fù)計算，得出現(xiàn)有工程結(jié)構(gòu)中相應(yīng)的可靠指標(biāo)值，繼承了現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠度水準(zhǔn)，比較可信。故引用此方法計算得到本文基坑的抗傾覆穩(wěn)定性目標(biāo)可靠度指標(biāo)，本文基坑的抗傾覆目標(biāo)可靠度指標(biāo)為2.55，相對應(yīng)的破壞概率為0.54%，利用JC法求得的基坑的抗傾覆可靠度指標(biāo)為3.15，相對應(yīng)的破壞概率為0.082%，說明此基坑是安全的。從計算結(jié)果中可以看出此基坑可靠度較高，用可靠度指標(biāo)來衡量基坑的可靠度比安全系數(shù)更全面、真實，并且用破壞概率的形式給出基坑的可靠度比較簡單、直觀易于人們接受。

作者：苗永陽 李慧方楹 王慶龍張春波單位：黑龍江省建筑設(shè)計研究院沈陽建筑大學(xué)