邊坡巖土工程不確定性研究

何小紅

(長春科技學(xué)院，長春 130000)

邊坡巖土工程不確定性研究

何小紅

(長春科技學(xué)院，長春 130000)

在邊坡施工過程中，通過比較和分析觀察信息和設(shè)計(jì)，判斷可能產(chǎn)生的誤差；同時(shí)整理和分析監(jiān)測(cè)信息，并對(duì)設(shè)計(jì)的合理性做出判斷。在施工過程中的反饋信息與設(shè)計(jì)依據(jù)有較大沖突時(shí)，應(yīng)完善或修改設(shè)計(jì)方案，下一級(jí)施工可采用完善后的設(shè)計(jì)方案；若本級(jí)方案無差，則下級(jí)方案沿襲本級(jí)方案，如此循環(huán)反復(fù)，直至整體工程竣工。工程竣工后要繼續(xù)保持對(duì)工程的檢測(cè)，據(jù)此對(duì)設(shè)計(jì)施工的效果進(jìn)行考核。

邊坡巖土工程；不確定性；因素；對(duì)策

1 邊坡巖土工程施工概況

邊坡巖土工程施工中會(huì)遇到土工結(jié)構(gòu)、土體、周圍環(huán)境三個(gè)問題，這三個(gè)因素始終貫穿于整個(gè)施工過程，且都處于互相影響的關(guān)系。在邊坡巖土工程中存在許多可以預(yù)測(cè)但不可控制的因素，可將其稱為不確定性因素。在施工前要測(cè)定巖土的參數(shù)，涉及對(duì)巖土的取樣問題，巖土的取樣直接關(guān)系到參數(shù)測(cè)定的值是否真實(shí)準(zhǔn)確；施工前的地質(zhì)勘察僅能對(duì)施工區(qū)域的周邊地質(zhì)情況及土質(zhì)結(jié)構(gòu)取得大致的認(rèn)識(shí)，無法反映完整情況；施工前對(duì)邊坡變形情況的觀察結(jié)果往往與實(shí)際情況有不小的差距。目前，國內(nèi)大部分單位仍推行以往慣用的以地質(zhì)勘查、分析、實(shí)施施工為操作流程的靜態(tài)設(shè)計(jì)施工方法，該方法雖有一定的實(shí)用性，但無法應(yīng)對(duì)施工過程中所遇到的突發(fā)性狀況，無法對(duì)不確定因素的發(fā)生做出緊急應(yīng)對(duì)措施。

2 邊坡巖土工程施工中存在的不確定性

2.1 巖土模型

巖土模型是施工地原型的代表物，可反映目標(biāo)地土質(zhì)的基本特征。在對(duì)邊坡巖土分析時(shí)不可將采集的模型作為唯一的參考依據(jù)，否則會(huì)產(chǎn)生因模型導(dǎo)致的不確定性，且分析者的分析能力與認(rèn)知度直接關(guān)系到模型分析的復(fù)雜程度及實(shí)用度。選擇模型后，采用何種數(shù)值計(jì)算方法極為重要，可用的方法包括邊界元法、非連續(xù)變形分析法、有限單元法等，每種方法都有其最佳適用范圍，各有利弊，各種方法可單獨(dú)使用也可聯(lián)合使用，一般情況下設(shè)計(jì)者都會(huì)選擇與目的地土質(zhì)結(jié)構(gòu)類似的經(jīng)典巖土計(jì)算模型及數(shù)值計(jì)算法。

2.2 巖土參數(shù)

巖土參數(shù)即巖土的物理學(xué)指標(biāo)，巖土的參數(shù)會(huì)隨著時(shí)間和空間的變化而變化，巖土參數(shù)的特異性會(huì)引起設(shè)計(jì)者的重視，在勘察階段盡最大可能降低樣土的存放時(shí)間、密封等方式，降低外在因素對(duì)土樣的干擾，但是，這些措施僅能改善土壤參數(shù)的時(shí)間特異性，而在空間上的特異性是無法采用措施控制，只有通過設(shè)計(jì)方法與統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行處理，并不能使其在實(shí)質(zhì)上有所改變，空間的特異性是巖土參數(shù)的特殊現(xiàn)象，在處理上只能對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)總結(jié)，改變不了實(shí)質(zhì)。最終形成的巖土參數(shù)只是理論上計(jì)算的結(jié)果，而非真實(shí)數(shù)值。

2.3 人為原因

設(shè)計(jì)人員在施工前會(huì)設(shè)計(jì)多個(gè)巖土工程施工備選方案，從中挑選一個(gè)合適的方案進(jìn)行實(shí)施。不同的方案所需的經(jīng)費(fèi)不同，不同方案間的可靠性與穩(wěn)定性也各不相同。從施工方案的設(shè)計(jì)與決定整個(gè)過程均由人為因素完成，因個(gè)人的思維方式與價(jià)值觀念不同，不同決策者對(duì)實(shí)施方案的選擇也不同，其決策依據(jù)既可以是依賴充分的科學(xué)依據(jù)，也可以是直覺與經(jīng)驗(yàn)的判斷。

3 解決邊坡巖土工程不確定因素的有效對(duì)策

3.1 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)

巖土工程設(shè)計(jì)最初，完全是依賴經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的，工程經(jīng)驗(yàn)中的地方經(jīng)驗(yàn)在巖土工程的設(shè)計(jì)中具有重要的作用。由于巖土工程設(shè)計(jì)中會(huì)涉及一些不確定性因素，無法對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的把控，要想進(jìn)行準(zhǔn)確的分析是有較大難度的，設(shè)計(jì)者只能根據(jù)工程的特點(diǎn)再結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕?jīng)驗(yàn)來作為設(shè)計(jì)方案的參考依據(jù)。另外，巖土工程設(shè)計(jì)師豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可相對(duì)降低不確定性因素對(duì)巖土參數(shù)及巖土模型計(jì)算的影響。

3.2 安全系數(shù)

巖土工程設(shè)計(jì)中加入安全系數(shù)這一做法已被沿用許久，安全系數(shù)可消除巖土參數(shù)及巖土模型等不確定性因素對(duì)計(jì)算的影響，但是，在施工設(shè)計(jì)中對(duì)于安全系數(shù)的選擇是極謹(jǐn)慎的問題，如將兩種巖土模型進(jìn)行分析，即使為二者選擇相同的安全系數(shù)，所呈現(xiàn)的安全程度也會(huì)出現(xiàn)差異，增大了設(shè)計(jì)者的把控難度。

以上是降低巖土不確定性較為常用的方法，但是，二者的經(jīng)驗(yàn)性、感官因素，且相對(duì)保守的處理方法已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代大型工程建設(shè)的需求，這是以往邊坡巖土工程設(shè)計(jì)較為常見的現(xiàn)象，若設(shè)計(jì)者對(duì)工程的不確定性因素把握不足，以上兩種方法對(duì)安全系數(shù)、巖土模型計(jì)算、巖土參數(shù)較為保守的確定方法有一定的適應(yīng)，現(xiàn)代大型工程建設(shè)除了需考慮上述不確定性因素外還需考慮對(duì)環(huán)境的影響與可持續(xù)發(fā)展的可行性，以上兩種方法顯然已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代巖土工程建設(shè)的需要。經(jīng)過業(yè)內(nèi)人士的不斷探究，一種新型的具有可行性的方法—?jiǎng)討B(tài)設(shè)計(jì)與施工已引起廣泛的重視與運(yùn)用。

3.3 動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與施工

由于邊坡巖土工程在巖土系數(shù)與巖土模型選擇的特殊性，再加上復(fù)雜的地質(zhì)條件使分析的難度系數(shù)加大，在工程正式施工后，設(shè)計(jì)方案中對(duì)勘測(cè)工作的遺漏與失準(zhǔn)現(xiàn)象均會(huì)得到顯現(xiàn)，若沿用原先的設(shè)計(jì)方案則會(huì)造成嚴(yán)重的后果。動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與施工改變了傳統(tǒng)的、靜態(tài)的設(shè)計(jì)施工流程，其使設(shè)計(jì)方案更具彈性，若在操作中發(fā)現(xiàn)實(shí)際檢測(cè)結(jié)果與方案出入較大，則可以修改現(xiàn)行的設(shè)計(jì)進(jìn)行，該方案可對(duì)施工過程中出現(xiàn)的問題作出及時(shí)處理。

在動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與施工方法中，設(shè)計(jì)人員要及時(shí)采集施工現(xiàn)場(chǎng)的新信息并對(duì)比設(shè)計(jì)方案中的數(shù)據(jù)，比較兩組數(shù)據(jù)間的誤差。設(shè)計(jì)人員還應(yīng)做好施工現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)工作，隨時(shí)分析采集的檢測(cè)信息，以判斷設(shè)計(jì)方案是否合理。若設(shè)計(jì)方案中的信息與監(jiān)測(cè)信息存有較大差異，可立即修改方案，以便在下一級(jí)施工中使用新方案，若兩組數(shù)據(jù)無明顯差異，可沿用原先的方案繼續(xù)施工，以此方法貫穿于整個(gè)施工過程中，直至工程結(jié)束，而動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與施工中的連續(xù)監(jiān)測(cè)方法仍可作為對(duì)施工效果的評(píng)價(jià)方法。

巖土力學(xué)分析和模型選取在邊坡巖土工程中非常復(fù)雜，其分析難度呈直線上升。原本不甚清晰的地質(zhì)條件在邊坡施工作業(yè)開始后會(huì)變得逐漸明朗起來，有時(shí)還會(huì)有設(shè)計(jì)時(shí)未勘明的地質(zhì)情況出現(xiàn)。若不及時(shí)修正設(shè)計(jì)方案，則有可能導(dǎo)致嚴(yán)重后果。動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與施工是一種全新的方法，它能使整個(gè)邊坡巖土工程具有較為靈活的應(yīng)變性，在出現(xiàn)意外情況時(shí)具備可調(diào)整的余地。在進(jìn)行邊坡工程施工時(shí)，由于新情況會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)，傳統(tǒng)的“勘察—設(shè)計(jì)—施工”流程變得不再合理，施工方還可以通過現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)對(duì)施工的安全性做出估計(jì)，并對(duì)是否需要對(duì)先期設(shè)計(jì)進(jìn)行修改做出判斷。這是一種對(duì)新情況不斷適應(yīng)進(jìn)而消除設(shè)計(jì)與施工不確定因素的方法。

巖土工程設(shè)計(jì)方案是否合理，取決于所采用的工程措施是否適應(yīng)于施工地的地質(zhì)條件。在施工過程中，設(shè)計(jì)人員要密切監(jiān)測(cè)施工情況，及時(shí)采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并與原定方案中的數(shù)據(jù)對(duì)比，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)所暴露的實(shí)際地質(zhì)條件、巖土模型、巖土力學(xué)與參數(shù)等資料及時(shí)對(duì)方案中的漏洞進(jìn)行修復(fù)與修改，對(duì)于有出入或遺漏性的方案要及時(shí)更新，保證下一階段的施工進(jìn)行有新方案的支持，充分結(jié)合施工與動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，保證施工工作高效、安全、順利地開展。動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與施工不失為最大程度上解除不確定性因素對(duì)邊坡巖土工程影響的有效方法。

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Studyonuncertaintyofslopegeotechnicalengineering

HE Xiao-hong

(Changchun Institute of Technology, Changchun 130000, China)

In the process of slope construction, by comparing and analyzing the observation information and design, the possible errors are judged. At the same time, the monitoring information is collated and analyzed, and the rationality of the design is judged. If there is a big conflict between the feedback information and the design basis during the construction process, the design plan should be improved or modified, and the improved design plan can be adopted for the next level of construction. If the current level plan is not bad, the subordinate plan follows the plan of this level, repeat this cycle until the whole project is completed. It needs to continue to maintain the test of the project, thus making assessment on the effect of design and construction.

Slope geotechnical engineering; Uncertainty; Factor; Countermeasure

TU43

B

1674-8646(2017)24-0046-02

2017-10-25