第10章边坡稳定的可靠度和风险分析.pdf

第10章 边坡稳定的可靠度和风险分析 10. 1 边坡稳定的风险分析 10. 1. 1 边坡稳定分析中的不确定因素 随着对结构应力 变形和稳定分析手段的逐步完善 这些分析中包含的不确定因素也暴 露得更加明显 工程师们逐步意识到 在进行工程设计和安全评价时 不仅要很好地了解各 种分析 判断手段 而且要把握在进行这些分析过程中包含的各项不确定因素 工程建设中 的重大决策实际上就是对各项不确定因素造成的风险的评价 近年来 风险分析成为了结构和岩土工程师日益关注的课题 在岩土和边坡领域一大批 著名学者都以这一题目发表了大量的重要论文 1965 年 Casagrande 以 土工与地基工程 中计算风险的作用 为题作 太沙基讲座 演讲 同时 围绕风险分析的学术活动也十分活 跃 2000 年国际大坝会议将 风险分析在大坝安全和管理中的应用 作为一个重要专题进 行研究 交流 共收到22 个国家的48 篇论文 2000 年在墨尔本召开的世纪岩土工程会议 (GeoEng 2000) 中 也提交了大量的有关岩土工程和大坝 岩土环境工程中的风险分析方法 的特邀报告或主题报告 在此基础上 各国和各学术机构也在编制有关风险分析的导则 规 范等 Morgenstern 将岩土工程分析中包含的不确定因素分为管理因素 模型因素和参数因素 三大类 1. 管理不确定因素(Human uncertainty) 管理的不确定因素 按原文直译应为 人为不确定因素 指由于人们的行为不当导致 的岩土工程失事 最常见例子是施工质量方面的问题 本章第10.7.2 节将讨论青海沟后水库 大坝溃决的实例 这一工程在大坝设计和施工中存在诸多缺陷 是导致失事的主要原因 但 在这些缺陷的背后隐藏着管理方面的问题 有关文献 李君纯 陈祖煜 1996 详细介绍了 这些非技术因素如 项目管理没有归口由省水利厅领导 建设单位没有从事水利工程施 工经验 导致防浪墙止水存在严重施工质量问题 在建设过程中不恰当地将原设计的堆石 面板坝改为砂砾石面板坝 时值汛期 管理人员疏于职守 闸门启动不灵 导致发现险情 时无法放空水库 通讯不灵 导致人员没有及时疏散等 上述种种在项目管理方面存在的 问题 最终导致了340 余人死亡的重大事故 上述因素在风险分析中难以直接定量评估 但 是 所有从事风险分析的技术人员对这类不确定因素都需要有一个清醒的认识 否则 再好 的风险分析也是脱离实际的 2. 模型不确定因素(Model uncertainty) 模型的不确定因素反映了我们在设计过程中采用的分析方法在模拟实际情况方面的局 274 土质边坡稳定分析 原理 方法 程序 ⋅ ⋅ 限 任何一个数学模型在模拟岩土材料的特性时都存在近似性 通过第5 章的论述 我们认 识到摩尔−库仑强度准则和室内 外的试验在模拟岩土材料抗剪强度特性方面存在局限性 第2 章和第3 章介绍的极限平衡分析方法也包含有多个假定 土石坝设计规范规定对瑞典法 和 Bishop 法采用不同的允许安全系数 反映了对模型所包含的误差的处理 这些例子所包 含的误差总体来说是较小的 在边坡稳定分析领域 还有一些更大的模型不确定性因素 例 如对降雨导致的土的饱和或非饱和孔隙水压力特征的模拟 对土在渗流和抗剪强度方面各向 异性的模拟 对在地震动力条件下边坡稳定性的模拟等 沟后大坝溃决后 在残留坝体得到 一个难得一见的大坝的横剖面图 从而发现 上坝砂砾料在洒水和震动碾压条件下会发生液 化 导致骨架分离 形成一层细颗粒 一层粗颗粒这样的结构 这些细颗粒层作为相对不透 水带阻止渗入坝体内的水往垂直方向渗透 导致坝体浸润线抬高 这是大坝溃决的主要原因 详见文献 李君纯 陈祖煜 1996 在没有认识到这一问题以前 人们将筑坝材料视为各 自同性的均匀介质 那么 这样的分析就包含有较大的模型误差 在岩土工程领域 类似这 样认识上的盲区可能还不少 模型所包含的误差不一定总是不利因素 例如在边坡稳定分析领域 通常采用二维分析 方法 所得安全系数通常较实际值偏低 3. 参数不确定因素(Parameter uncertainty) 参数不确定因素是因岩土材料的极不均匀性决定的 在已经确定了数学模型的基础上 分析由于参数的变异特征 导致边坡工程结构失效的概率 这是本章要研究的重