关键词：岩土工程；概率分析法；基本问题
引言：
概率统计理论在我国工程结构领域发展比较成熟，其分析方法的可靠性已经得到实践验证。我国已在建筑设计规范中加入半概率统计方法。但在岩土工程领域，概率分析法离实用还有一定差距。究其原因，岩土工程的研究对象是岩石和土壤，其性质常随时间和空间而变，难以人为控制，因而比结构工程的研究对象要复杂的多。在概率土力学中，岩土的这种可变性称为土的变异性。土的变异性复杂多变，要正确深入的了解它并非易事。研究表明，土的变异性在概率分析方法中的不确定性远大于计算方法的不确定性。
一、概率分析方法概述
常规设计方法中不考虑土的变异性，它把土看成是介质平均的一种材料，因而各种参数都是确定的，载荷和计算方法也都是确定的。为考虑不确定性引入的安全系数也是确定的。这种设计方法简单，结果明确，易于被人们接收[1]。但在实际岩土工程中，从勘探到施工，每个环节都包含着极大的不确定性。概率分析方法力图定量研究过程中的种种不确定性，并能将各参数和计算方法定量反映出来。举个例子，在土体稳定课题中，它采用滑动力与抵抗力的差值来代替比值，避免了含糊与不精确（比如孔隙压力引起的力矩是引起滑动的原因还是作为抗滑因素）。在设计及计算的过程中，概率分析途径往往结合决策论优化分析和应用。所以，通过概率分析方法得出的结果可能不是一个确定的值，而对应于不同区间下不同保证率，以便选择出最佳方案。同时应当明确，概率设计途径的一个重要参考依据仍是经验判断和经验数据。作为一种有力工具，概率统计理论只是对现有数据进行更细致分析和充分利用，为人们判断提供准确参考和适用条件，而不是否定现有经验和判断方法。
二、土层的概率模拟问题
岩土工程概率分析中，首先要考虑也是最困难的问题即为地层资料的概率分析问题。这种分析应基于工程地质观点，而不仅仅是地质观点。如地质勘探中进行的少量钻孔和坑槽探工作，这些表面地质工作和采用物探方法的勘察工作只能作为随机工程的实现，而不能作为工程上的完全参考依据[2]。
从一定程度上来看，地层特征并非完全随机的。因为它是已经确实存在于空间中的事物，所以可以说在一定范围内这些特性和特征必然有联系，并且服从一定规律。如果勘察工作进行得无限多的话，那么这些情况便可以得到确知。但在实践中，进行无限多的勘察是不可能的，实际工作中不可避免的要通过少量资料去推断整体情况。概率统计理论便是这样一种工具，通过分析随机数据得出总体样本分布。
三、岩土参数可变性问题
参数的空间可变性是岩土工程概率分析方法中一项重要的基本工作[3]。岩土工程的问题往往不是研究岩体中某些特定点的特性，而是需要得到一定范围内岩土的特性。以土坡稳定问题为例，通常沿滑动面的土的平均强度决定其稳定性，坡面上作用的分布力又与土的平均密度相关。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因此必须研究一定空间范围内的岩土特性，这就是空间可变性课题关注的内容。
岩土的空间可变性又可分为两部分：随机分量与趋势分量。这种随机分量在空间上的不同量值可以用自协方差函数或自相关函数来描述。因此，在对空间可变性进行研究过程中，不仅要关注某个特性的均值、方差在空间的分布变化，还需研究自协方差函数或自相关函数，以及这些函数的波动范围和相关距离等问题。如果统计特性仅关系到空间中特定的点，称为“点”特性，如果统计特性为一定空间内的特性，称为“空间”特性。估计自相关函数的一般方法为根据空间范围的平均值求得方差，该方差可以表达为以空间区间为自变量的下降函数。当求得一组空间某特性平均值的大量值后，依靠“方差衰减函数”即可确定此空间特性的自相关函数。
四、概率分析法可靠性问题
由于岩土材料是一种非线性材料，在不同的应力水平下具有不同的变形特性。因此不同条件下的状态方程也是非线性的。同时，岩土的各性质指标彼此之间具有相互关联性。所以在可靠度计算中不能简单套用结构工程中关于可靠性的计算公式。对于岩土材料高度非线性的问题，如果功能函数高度非线性化，一次二阶矩阵必须将线性化点选在失效边界上，即选在与结构失效最大概率设计验算点上，而不是选在基本变量的均值点上[4]。对于岩土各特征性质相互关联问题，应先利用控制变量的方法将互相关的变量转化为不相关的当量变量，再进行计算。
在岩土工程概率分析中还常常遇到非正态变量的情况，这时需将非正态随机变量当量正态化，再按上述方法进行计算。
五、结语
概率分析法无论在科学性上、成果表达上都比定值法更合理、明确。虽然概率分析法在结构工程中得到越来越多的应用。但在岩土工程中的应用还不成熟，还有一些问题需要解决，未来还有很长的路要走。一方面，方法本身存在不完善的情况，比如定量确认岩土工程中的因素还有困难；对岩土工程中种种不确定性目前还认识的不够；地质勘探工作中贯穿概率的概念还没有足够的定义研究；地层资料分析中的概率处理方法缺乏理论支持等。另一方面，设计人员对概率统计方法和可靠度分析方法掌握不够，无法解决实际问题。要使概率分析法在岩土工程中达到应用，首先要努力完善分析方法，同时方法的易行性方面要简单可靠，易为工程师所接受。虽然目前岩土工程中概率分析的方法没有广泛应用，但事实证明在岩土工程中进行概率分析方法是正确的，并将给未来工程实施带来可观效益。
同时应当明确，常规的定值方法与概率方法并不是互相对立的，而是相辅相成，互为补充。事实上，通过常规方法长期以来积累的经验和数据来进行概率统计分析，是概率分析法的基础和重要组成部分。
参考文献：
[1]唐小松，李典庆，周创兵，等.不完备概率信息条件下边坡可靠度分析方法[J].岩土工程学报，2013，35（6）：1027-1034.
[2]麻健鹏.关于岩土工程概率取值问题的探讨[J].科学技术创新，2017（21）：168-169.
[3]陈锐.试论岩土设计中可靠性的分析[J].华东科技：学术版，2017（2）：337-337.
[4]蒋水华，魏博文，黄劲松.考虑参数空间变异性的失稳边坡参数概率反分析[J].岩土工程学报，2017，39（3）：475-485.
论文作者:班兴瑞
论文发表刊物:《基层建设》2018年第21期
论文发表时间:2018/8/21
标签：概率论文; 方法论文; 岩土工程论文; 岩土论文; 空间论文; 特性论文; 函数论文; 《基层建设》2018年第21期论文;