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摘要：本文讨论了地基基拙设计规范米用概率机限状态设计原则的技术关键；探讨了随机场理论在地基基础设计中应用的可行性；比较了计算相关距离的几种方法；关于相关距离的研究仅仅是开始，对它的测定、分析方法尚有待完善；希望有更多的同行参加这一工作，积累各地区、各类土的经验数据，为岩土工程概率极限状态设计方法的实用化与标准化创造条件。
关键词：岩土工程设计；安全指标；地基基砂设计
前言：岩土作为天然材料，具有多样的物理、力学特性，岩土参数的变异性极大地影响着岩土结构的设计等问题，确定性方法已经显得力不从心，应用概率论的方法进行岩土结构的设计就特别有意义，概率方法在岩土工程领域中的应用取得了较好的效果。
一、可靠度设计方法的兴起
由于常规定值方法的不足，使得工程技术人员对于建筑物中存在的不确定性分析得不够透彻，常常会使得工程造价过高，造成很大的浪费。近年来，随着可靠度分析的发展，为改善这种状况提供了一个有希望的前景。
二、可靠度分析的概念
可靠度分析最本质的一点是力图定量考虑工程中的各种不确定性。这种不确定性是工程勘测、试验、设计计算，以及施工的每一个环节都存在的，因此可靠度分析的概念也要贯穿在工程的各个环节当中去。
三、可靠度分析的特点
1可靠度分析在概念上，解题的思路和方法上，计算成果的表达上均与常规方法有很大的不同，而且它比常规方法更加合理。
2既然结构物的设计是在许多不确定的情况下进行的，因此很难说设计出的结构物是绝对安全的或绝对不安全的。因为可靠度设计法承认设计出的建筑物都有风险．只是风险大小而已，风险大的设计，破坏的可能性大，破坏损失也大，但工程投资较小；反之，则投资较大而破坏损失小。但对于定值设计法来说，只要满足要求的安全系数．则设计出的结构物就是安全的。从两个方法的比较可以看出．可靠度分析的方法比较符合实际，因此也比较科学。
3可靠度方法中有一个统一的度量工程结构安全程度的标准，而且能对各种不确定性分别地加以某种形式的定量考虑，这就使得工程结构物设计得更为安全和经济。
4可靠度分析方法是在定值设计方法的基础上发展起来的，所以在可靠度分析应用的初期阶段，还必需凭借常规定值设计法所积累的经验和资料．才能使可靠度分析方法发展和逐步完善。
四、计算方法与难点
与传统的总安全系数设计方法相对应，概率极限状态设计又称为荷载一抗力系数设计方法（LRFD）。在设计表达式中各基本变量的标准值与相应分项系数的乘积定义为设计值，它是极限状态方程线上失效概率最大点的相应坐标值称为验算点坐标。这种设计表达式与习惯采用的设计式十分相似，这是为了便于工程师应用方便。分项系数是在编制规范时对各种典型情况作可靠性分析并加以优化而提出的。
可靠性分析通常用一次二阶矩法，对于一些复杂的情况也可以用其他的方法，如MOnte一Carlo模拟，高阶矩法或随机有限元方法等。岩土工程可靠性分析可以移植在工程结构可靠性分析中用得比较成熟的一次二阶矩法。与上部结构设计相比，岩土工程设计具有明显的特点，首先是研究的材料不同，上部结构所采用的建筑材料是人工制造的（如钢筋），或者是按一定要求配制的（如混凝土），在编制结构规范时可以对各种材料性能进行研究、测试统计，求得它们的平均值和变异系数，然后按一定的统计法则计算标准值，这些标准值，或乘以分项系数以后的设计值可以列在规范中，设计时按选材要求与验算的强度类别从规范查得相应的设计参数，这个过程是比较方便的。但岩土工程却完全不同，岩土材料是自然历史的产物，它的性质与位置有关，反映了地质成因与年代的影响，具有地城性的特点。因此.每个工程都要进行工程勘察，通过钻探、取土、试验或用原位测试方法提供设计参数的标准值，有些规范虽也提供一些设计参数的经验值，但只供初步设计或不重要的工程使用，不像上部结构建筑材料那样可从规范查到设计参数来设计重要工程。
五、MonteCarlo方法
MonteCarlo法可用于解确定性问题和随机问题。其基本原理是对所要求解的问题，先建立一个概率模型或随机过程，使它的参数等于问题的解，再通过模型或过程的观察或抽样试验来计算所求参数的统计特征，最后给出解的近似值。MonteCarlo模拟的方法很多，常用的MonteCarlo法、条件抽样法、对偶抽样法条件加对偶抽样法等。
采用这类方法解决问题的基本步骤为：A根据要解决的问题构造模型（对于随机问题，即为随机变量的分布），使其模型的某些特征值即为所求问题的解。B产生均匀分布的随机数，并根据模型进行随机抽样。C对模拟计算结果进行统计，给出问题的解和精度估计（对于随机问题，还可对估计结果给出分布模型及特定的累积概率）。随机变量的抽样与产生方法有两类：①均匀分布随机数的产生，包括（o，l）区间上均匀分布随机数的产生和a（，b）区间上均匀分布随机数的产生。可供前者采用的方法有乘同余法、混合同余法及其复合方法等，其中混合同余法的递推公式为：
六、随机场理论的应用
物理量与空间位置有关，并可用数值空间函数来描述其内在规律的集合称为场，场可分为确定性场和随机场两类。在区域D内，物理量是空间位置坐标的函数，并可用一阶偏导、二阶偏导来描述其特征，则这种场是确定性的，例如，岩土体内的应力场，位移场都是确定性场；某些岩土参数随深度有规律地增大或减小的变化规律也可看作是一维的场。如果在区域刀内，物理量是空间位置坐标的随机函数，物理量在空间每一点都具有随机的、不规则变动的特征，每一个坐标点都有一个相应的随机变量，则这个随机函数是在区域D内每一点随机变量的集合。我们虽不能用一个确切的函数关系来表达随机函数，但可以研究随机场的一些特征函数，在岩土工程分析中可以实际应用的只是一种最简单的随机场一齐次平稳的随机场，这种随机场的数学特征恰恰与岩土参数、岩土分析的物理机制是吻合的。
在可靠性计算中，设计参数的变异性指标应当采用空间均值方差而不应采用子样方差，这是用随机场模型与随机变量模型的最主要的差别。这一差别体现了两种不同的失效控制原则，在地基强度与稳定分析中，现有的设计计算方法都是建立在地基整体失稳的物理机制基础上，只验算已形成滑动面那个时刻的整体平衡。
因此无论是地基承载力问题或者是土坡稳定和土压力问题，都以整体失稳作为失效控制的原则，可靠性分析所求得的失效概率是指整体失稳事件出现的概率，而不是指地基中最薄弱点出现极限平衡状态的概率，显然用空间均值方差进行可靠性分析符合上述整体失效控制原则。
结束语
传统的定值设计法采用一个总的安全系数笼统地来考虑这种不确定性。可靠度设计方法是企图定量地研究这种不确定性，并估计它对建筑物的安全性的影响，其特点之一是采用分项系数，分别研究各个影响因素，而且可以随着技术的进步，及时修改相应的分项系数，以获得更大的工程效益。
参考文献
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[2]张芹.有复杂性极限状态方程的岩土工程可靠度分析.四川建筑.2015.9
[3]徐军.岩土工程可靠度基本理论研究的若干问题.四川建筑.2011.10
论文作者:刘洪
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第35期
论文发表时间:2018/5/11
标签：方法论文; 岩土论文; 可靠论文; 概率论文; 工程论文; 结构论文; 参数论文; 《建筑学研究前沿》2017年第35期论文;