蘇健

摘 要：本文對巖土工程邊坡不確定性的分類進(jìn)行分析，并提出了減少這些不確定性影響的對策，使其廣泛應(yīng)用于邊坡巖土工程實踐中。

關(guān)鍵詞：巖土工程；邊坡；不確定性；分類；對策

1、不確定性的分類

在巖土工程應(yīng)用中，不確定性的主要因素歸納為以下3個方面：

1.1 巖土參數(shù)

巖土參數(shù)就是邊坡的巖土物理力學(xué)指標(biāo)。它的不確定性很容易理解，這些參數(shù)依據(jù)時空而有顯著變化，即具有空間變異性和時間變異性。盡管我們在勘察階段采取縮短土樣存放時間、嚴(yán)格密封等多種方法可以減少時間因素帶來的影響，但我們無法克服巖土體的空間變異性必須要用統(tǒng)計的方法處理巖土的空間變異性和離散性?？臻g變異性是巖土工程所特有的，我們只有盡可能地描述它，而不能實質(zhì)性地減少它。最終得到的參數(shù)也只能是通過統(tǒng)計學(xué)方法得到的理論值參考值，而非真值。

1.2 巖土模型

模型是原型的理想化替代物，它反映原型的主要特征。對于邊坡巖土分析，模型并不是唯一的，模型的不確定性由此而來。在巖土工程實踐中發(fā)展起來的分析模型，就其實用性和復(fù)雜程度來說，是與人的認(rèn)識水平和分析能力直接相關(guān)的。邊坡巖土工程設(shè)計發(fā)展趨勢是越來越多的考慮實際坡體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和性能，這就必然要求巖土工程使用越來越復(fù)雜的模型，在確定了模型后，關(guān)鍵還在于選取合理的數(shù)值計算方法，如：有限單元法、有限差分法、極限分析法、通用條分法、滑移線法、邊界元法、離散元法、拉格朗日元法、流形元法、非連續(xù)變形分析法、半解析法等，各種方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件，可以單獨(dú)使用，也可以聯(lián)合使用。而實踐中，設(shè)計者大都選擇與實際巖土特征類似的經(jīng)典巖土體計算模型及數(shù)值計算方法。

2、邊坡巖土工程不確定性的對策

2.1 常用的對策

2.1.1 經(jīng)驗設(shè)計

巖土工程以前經(jīng)歷過完全依靠經(jīng)驗設(shè)計的階段，而且直到現(xiàn)在，工程經(jīng)驗特別是地方經(jīng)驗仍然在巖土工程設(shè)計中占有十分重要的地位。巖土工程問題中，有很多因素是不確定的，因此很難進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，我們只能通過經(jīng)驗再加上工程的具體獨(dú)有的特點(diǎn)，從而設(shè)計出一套解決方案。巖土工程師多年的實踐經(jīng)驗可以在一定程度上減少巖土參數(shù)和巖土計算模型不確定性因素的影響。

2.1.2 安全系數(shù)

在巖土工程設(shè)計中，很早就采用了安全系數(shù)這樣一個非常重要的概念，它可以有效地部分解決巖土參數(shù)、巖土計算模型不確定性因素的影響。但采用多大的安全系數(shù)往往成為問題的關(guān)鍵，特別是就2種不同的巖土計算模型來說，如果取相同的安全系數(shù)，其安全程度并不一定相同，這也增加了設(shè)計者把握的難度。例如鐵路和公路相關(guān)設(shè)計規(guī)范中，對于計算滑坡下滑力分別采用了不平衡推力法的顯式和隱式表達(dá)式，如果取相同的安全系數(shù)，計算得出的下滑力并不一樣。

2.1.3 不足之處

以上是常用的2種減少巖土不確定性影響的方法，但也可以看出，經(jīng)驗性的、保守的、感性直觀的因素是目前邊坡工程設(shè)計中普遍存在的一種現(xiàn)象，它可以表現(xiàn)為過分保守地確定巖土體力學(xué)參數(shù)、構(gòu)建相對保守的巖土計算模型，采用相對保守的安全系數(shù)，較多地考慮其它危險因素等等。當(dāng)設(shè)計者對巖土有關(guān)的不確定性了解很少時，這樣考慮問題是合理的。但是，隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)事業(yè)的不斷發(fā)展，工程建設(shè)逐步由低標(biāo)準(zhǔn)向高標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展，這種方法目前已不適應(yīng)現(xiàn)代化大型工程建設(shè)的需要，現(xiàn)在的巖土工程需要考慮本項目工程建設(shè)以外的自然環(huán)境、社會意義等因素的影響，所以要進(jìn)行更加科學(xué)的分析與決策。

作者根據(jù)多年的實踐經(jīng)驗提出了邊坡巖土工程先進(jìn)的設(shè)計模式：動態(tài)設(shè)計與施工。

2.2 推薦對策——動態(tài)設(shè)計與施工

邊坡巖土工程的巖土模型選取、力學(xué)分析較為復(fù)雜，尤其是對于地質(zhì)條件稍微復(fù)雜的地區(qū)來說，其分析計算的難度就更大，當(dāng)邊坡施工過程開始后，一些原來較為模糊的地質(zhì)條件就會逐漸地明晰，甚至還會出現(xiàn)設(shè)計時并未勘明的地質(zhì)情況。如果還按照原設(shè)計圖按部就班地施工，很有可能造成不可挽回的嚴(yán)重后果。

動態(tài)設(shè)計與施工方法使邊坡巖土工程具有彈性，即使整個巖土工程具有可改變的余地。對于邊坡巖土工程，按照單一的地質(zhì)勘察、分析設(shè)計、按圖施工這樣的思路是不科學(xué)的，這實際是一種靜態(tài)的設(shè)計施工過程，并不能對施工過程中出現(xiàn)的變化情況作出反應(yīng)，而這正是目前很多部門在設(shè)計時采取的方法，其缺陷是明顯的。由于邊坡巖土工程在實際施工中經(jīng)常會出現(xiàn)各種新情況，因此，必須對原有的設(shè)計進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整后再施工。這種動態(tài)的設(shè)計施工處理方法能對實際情況作出及時反應(yīng)，使設(shè)計更加適合現(xiàn)場真實情況。并且，我們還可以在施工過程中進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測以便估計施工現(xiàn)場的的安全性并用判斷是否要修改先期設(shè)計。動態(tài)設(shè)計與施工本身就是根據(jù)不斷獲得的信息來消除設(shè)計與施工方面的不確定性。

對于邊坡巖土工程來說，設(shè)計往往具有超前性，而施工則直接體現(xiàn)了現(xiàn)實性。二者之間不可避免地要產(chǎn)生矛盾，為解決矛盾就需要把施工中不斷獲得的新信息經(jīng)處理后傳遞給設(shè)計，以此不斷修改、完善設(shè)計，直至最終解決矛盾。為此，提出邊坡巖土工程的動態(tài)設(shè)計施工模式，如圖1所示。

圖1 邊坡巖土工程動態(tài)設(shè)計與施工的基本程序

在各級邊坡施工過程中，將觀察信息和鉆探信息及時同最近設(shè)計的依據(jù)相比較，判斷是否有較大的誤差；同時，及時分析整理監(jiān)測信息，以此作為判斷設(shè)計合理性的重要依據(jù)。經(jīng)過比較，若發(fā)現(xiàn)施工中的反饋信息同最近的設(shè)計依據(jù)有較大出入或監(jiān)測結(jié)果表明設(shè)計具有不合理性時，均應(yīng)修改設(shè)計，于是在下一級坡施工時就可采用修改設(shè)計的結(jié)果；若本級邊坡施工中獲得的信息均比較合理，則仍按最近的設(shè)計進(jìn)行下一級坡的施工。如此反復(fù)螺旋式循環(huán)操作，直到各級坡都施工完成。需要說明的是，在整個坡體施工完成后，進(jìn)行施工后的監(jiān)測仍是必要的，因為這是檢驗設(shè)計施工效果的重要判據(jù)。

因此，在施工過程中獲取有效的信息對于邊坡工程的變更設(shè)計和后續(xù)的施工都有重要的指導(dǎo)作用。

3、結(jié)束語

綜上所述，動態(tài)設(shè)計與施工方法在邊坡巖土工程中具有廣泛的運(yùn)用前景。巖土工程設(shè)計是否合理，與所采用的工程措施能否適應(yīng)工程地質(zhì)條件有關(guān)，在施工過程中建立必要的信息收集系統(tǒng)，根據(jù)開挖和其它工程所揭示的工程地質(zhì)條件對設(shè)計的巖土力學(xué)力學(xué)模型和相關(guān)參數(shù)不斷修正完善，真正實現(xiàn)動態(tài)設(shè)計與施工，這樣才更適應(yīng)邊坡巖土工程的特點(diǎn)，能更安全、高效地完成工程的設(shè)計施工，所以說“動態(tài)設(shè)計與施工”是消除邊坡巖土工程不確定性的有效對策。

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