【摘 要】随着工程建设的逐步发展，各种岩土工程设计中仍存在不少安全性问题，表现为将岩土的荷载、抗力等设计参数视为定值， 没有考虑到岩土在不同环境下的的变异性。其次，一些建筑工程为考虑建设中的种种不确定性因素引入的安全系数参考，不利于实现工程实际可靠性的分析，在设计中的每一个环节都是在大量的不确定性下进行的。因此，可靠度设计法必须在更全面地考虑各种影响因素的客观变异性基础上，用严格的概率来度量工程安全度，使得工程设计更加合理科学。
【关键词】岩土工程设计；可靠性；分析；
引言
由于岩土工程的特殊性，在其结构设计中大都处于不确定性的情况下操作的，可靠性是结构中最为重要的原则和要求。利用可靠性设计的优势在于将岩土工程的各类因素的变异性纳入到设计中，通过科学严谨的概率以计算其可靠性和安全度。
1.岩土工程中可靠性分析的特点
1.1极限状态含义
在结构设计中极限状态包括两大类，也即正常使用下的极限状态和承载能力下极限状态下的。地基工程是岩土工程中的基础部分，对结构设计不仅包括整体失衡情况下狭义的承载能力极限状态而且也包括了岩土移动、局部损坏、局部变形等导致的结构破坏的情况下而引起的承载能力的极限状态。
1.2失效演算原则
在结构分析中的失效演算是对构件进行的，对于一个构件的截面，计算模型比较简单，计算条件也比较明确。但是在岩土工程可靠性计算来说，不是针对某一环节或部门的计算而是整个工程的演算，包括变形引发的问题以及不稳定引起的问题，演算的均是岩土地基工程或整个岩土工程的影响情况的反映。在具体范围上，可以是连续体或半无限体而非孤立的截面。此外，在岩土结构设计中可靠性是经常被关注的问题，而系统可靠度亦是经常被提及的概念。然而在当前运用中目前还比较含糊，没有明确的规定，可能指的是因滑动体之间的应力传递导致的工程整体失衡问题，也可能是由一处受到破坏引起另一处破坏的问题。因涉及的范围以及内容复杂性，根据此内容进行运算比截面演算更具复杂性。
1.3土性指标的相关性
相关性是描述岩土性能高低的重要参考因素，包括诸多方面：同一指标的自身的相关性、不同指标之间的相关性、不同随机场的随机变量间的相关性、同一随机场内的不同随机变量之间的相关性。在岩土性能的相关性描述上，对于随机变量的某一土性概率特征参数的计算，均值和方差以及自相关函数。
2.工程结构可靠性分析方法
首先结构构件的功能函数 Z=g（X1，X2，…，Xn）展开，变为Taylor级数，仅保留线性项，再利用基本随机变量 X=（X1，X2，…，Xn）的一阶矩、二阶矩求取 Z 的均值μZ 与标准差σZ，对结构构件的可靠性加以确定。一次可靠度分析法有均值一次二阶矩法和改进的一次二阶矩法以及JC 法之分，各具特性。
2.1均值一次二阶矩法（中心点法）
当功能函数包含有多个相互独立的正态随机变量 X=（X1，X2，…，Xn），状态函数为：Z=g（X1，X2，…，Xn）。计算步骤：当功能函数包含有多个相互独立的正态随机变量 X=（X1，X2，…，Xn），状态函数为：Z=g（X1，X2，…，Xn）。用各随机变量的均值代入功能函数，得出功能函数的均值μZ；求功能函数的标准差σZ；求β和 Pf。因此，Z的均值、均方差为：
μZ =g（μX1，……μXn）
结构的可靠指标可表为：
要了解可靠指标β的几何意义，就要设 Z=g（X1，X2，…，Xn）是线性函数，极限状态方程为：Z=g（X1，X2，…，Xn）=a0+
那么Z的均值与均方差则如下：μZ =g（μX1，……μXn）=a0+
将X1，X2，…，Xn通过标准化转换为：Ui=
Ui 在Ω空间的均值为零，标准差为 1，有：X1=μZ +UiσZ
原结构极限状态方程：Z=g（X1，X2，…，Xn）=a0+
2.2改进的一次二阶矩法
针对均值一次二阶矩法将功能函数线性化点取作基本随机变量均值点带来的问题，改进的一次二阶矩法将功能函数线性化点取在设计验算点，从而提高了计算β的精度，并保证了对同一结构问题β的唯一性，而改进的一次二阶矩法也称为验算点法。
当极限状态方程中包含有多个相互独立的正态随机变量 X=（X1，X2，…，Xn），假设方程为：Z=g（X1，X2，…，Xn）=0，则此超曲面 Z=0 上距离中心点 M=（μX1，μX2，…，μXn）最近的点 P*=（x1*，x2*，…，xn*）为设计验算点，简称验算点。显然，xi*（I=1，2，…，n）满足极限状态方程：
Z=g（X1*，X2*，…，Xn*）
如果功能函数在验算点 P*处泰勒展开（忽略二次及其以上项）。
2.3JC 法
此法的基本思路是对非正态变量当量正态化，将其转换为等效正态随机变量，即可利用一次二阶矩法求结构可靠指标。
3.岩土工程结构可靠度设计
3.1确定目标可靠指标
目标可靠性是工程设计中的基本原则之一，指的是预先给定的作为设计依据的指标，在任何设计中都不容忽视，是工程机构设计环节以及校核环节中构件设计必须要做到的目标也即β0，确定β0的方式如下：其一，类比法或协商给定法。所谓类比法或协商给定法指的是以日常生活中存在的或经历过的各类风险作为参考，进而确定一个能够接受的实效概率以及范围。由于失效概率与可靠指标存在一一对应关系，根据选择的失效概率，就可确定目标可靠指标β0。例如，Pf=0.00005，通过反查正态分布表，可得β0=3.89；其二，校准法。校准法的使用是基于现有材料设计中安心系数、材料强度、荷载等取值的规定并加以反演分析与计算构件设计环节的可靠性指标，同时根据参数不断加以调整并最终确定可靠性指标β0。
3.2较核结构的可靠度
对于该结构可靠性的校核需要在该该结构最大极限状态下方程以及各个随机变量的概率分布的情况下进行统计分析。根据可靠性相关理论以及研究方法，求解结构构件的最小可靠指标β，同目标可靠指标β0进行比较，如果β>β0，则结构安全；反之，则不安全。这样来评价结构构件的可靠度。
4.岩土设计可靠性分析需要注意的问题
4.1在岩土工程可靠性分析上，的对于地形复杂、环境特殊、钢岔管底部进口处无施工场地， 而高处施工平台距底部进口高差较大时， 应该采用多级泵送浆的方式，同时， 合理设置底部灌浆泵的高度，根据设计灌浆压力及浆液比重来确定。
4.2在具体的岩土谁实施中，由于普通硅酸盐水泥浆液的析水率较高、而且稳定性差， 不利于进行钢衬灌浆效果的有效实现， 容易产生小缝隙， 而且补钻灌注时只吸水不吸浆的缺点较为棘手，但是，低含水稳定性浆液具有析水率较低、稳定性好的优点， 灌后不易产生干缩缝隙， 不需进行复灌，因而在进行钢衬灌浆是较为常用。
结语
总之，岩土工程结构的可靠性对于工程的质量的影响之大，尤其是安全性和实用性更是关系到岩土工程安全施工的前提。因此，岩土工程的设计阶段应进行现场勘测以收集客观的数据，在确定数据的客观性之后进而在设计阶段综合所有因素加以设计并做到设计的科学性和合理性，以保障工程的质量度以及安全度。
参考文献：
[1] 高大钊.岩土工程勘察与设计[M].岩土工程勘察与设计，人民交通出版社，2010-11-01
[2]谢兆平.建筑结构可靠度的确定[J].攀枝花学院学报.2007
[3]聂诗东.基于数值模拟技术的结构可靠性评价[J].第六届全国现代结构工程学术研讨会.2006
