土工可靠度

可靠性用可靠度來度量，常用的可靠度指標(biāo)是可靠概率、失效概率和可靠指標(biāo)。

長期以來，工程界習(xí)槚采用安全系數(shù)的概念，并把計算安全系數(shù)的各個參數(shù)作為定值來設(shè)計工程。由于各個計算參數(shù)都存在不同程度的不確定性，故定值設(shè)計不能正確評價工程結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。如設(shè)計土工結(jié)構(gòu)物時，會遇到土層分布和地下水位不確定；取土樣數(shù)量不足，實驗數(shù)據(jù)分散性大；各種不可避免的試驗誤差；現(xiàn)場孔隙水壓力難以準(zhǔn)確測定；土體上作用力的大小和分布不明確；計算模式中存在各種偏離實際的假設(shè)或簡化等。由于以上各種不確定性，用定值概念計算得出的安全系數(shù)往往會出現(xiàn)假象。

土工可靠度是指土工結(jié)構(gòu)物在規(guī)定時間內(nèi)和規(guī)定條件下完成預(yù)定功能的概率。

設(shè)計時應(yīng)使土工結(jié)構(gòu)物滿足下列功能要求：

①能承受正常施工和正常使用時可能出現(xiàn)的各種作用（荷載、外加變形或約束變形），即工程的安全性。

②正常使用時具有良好的工作性能，即工程的適用性。

③在正常維護下具有足夠的耐久性能，即工程的耐久性、安全性、適用性和耐久性總稱為結(jié)構(gòu)物的可靠性。

中國在80年代初開始這方面的研究和應(yīng)用，取得的進展可歸納為兩個方面：

①土體概率統(tǒng)計參數(shù)的估計研究，例如土性指標(biāo)的概率統(tǒng)計，軟土性質(zhì)的概率統(tǒng)計特征，土的抗剪強度指標(biāo)的統(tǒng)計，地基土力學(xué)指標(biāo)概率分析，以及砂土、多層土地基沉降的概率分析等。

②初步應(yīng)用于土坡和土壩的穩(wěn)定分析、堤壩的滲流分析、碼頭地基的承載力和抗穩(wěn)定分析、樁基的承載力分析等土工結(jié)構(gòu)物的設(shè)計中，為設(shè)計提供有益的參考信息 。2100433B

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中我國已采用以概率理論為基礎(chǔ)并通過分項系數(shù)表達的極限狀態(tài)設(shè)計方法。地基基礎(chǔ)設(shè)計與上部結(jié)構(gòu)設(shè)計在這一點尚未統(tǒng)一。應(yīng)用概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法是方向。由于巖土工程的特殊性，巖土工程應(yīng)用概率極限狀態(tài)設(shè)計在技術(shù)上還有許多有待解決的問題。目前要根據(jù)巖土工程特點積極開展巖土工程問題可靠度分析理論研究，使上部結(jié)構(gòu)和地基基礎(chǔ)設(shè)計方法盡早統(tǒng)一起來。

《巖土工程可靠度理論》系統(tǒng)地介紹了巖土工程可靠度分析和設(shè)計的基本概念和主要方法。首先簡要介紹巖土工程的研究范疇以及巖土工程可靠度和風(fēng)險分析的基本概念，以便學(xué)生理解可靠度分析的目的和意義；之后對概率和統(tǒng)計的基礎(chǔ)知識進行回顧，為介紹可靠度分析的具體方法做鋪墊；接下來分別對可靠度分析的幾種重要方法進行詳細闡述，包括一次二階矩法、MonteCarlo模擬、響應(yīng)面法以及系統(tǒng)可靠度分析法；最后介紹了巖土工程可靠度設(shè)計原理，并給出了可靠度分析的應(yīng)用案例。

前言

1　緒論

1.1　巖土工程的范疇和特點

1.2　巖土工程的不確定性

1.3　巖土工程的可靠度分析

2　概率與統(tǒng)計分析基礎(chǔ)知識

2.1　概述

2.2　概率論的基本概念

2.2.1　概率基本公理

2.2.2　獨立性

2.2.3　條件概率

2.2.4　全概率公式和貝葉斯公式

2.3　隨機變量及其分布

2.3.1　隨機變量

2.3.2　隨機變量的函數(shù)

2.3.3　聯(lián)合分布、條件分布及邊緣分布函數(shù)

2.4　隨機變量的統(tǒng)計特性

2.4.1　矩

2.4.2　均值、眾數(shù)、中位數(shù)和分位數(shù)

2.4.3　方差、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)

2.4.4　偏度系數(shù)和峰度

2.4.5　協(xié)方差和相關(guān)系數(shù)

2.5　常用的離散型隨機變量

2.5.1　伯努利試驗與二項分布

2.5.2　幾何分布

2.5.3　泊松（Poisson）分布

2.6　常用的連續(xù)型隨機變量

2.6.1　正態(tài)分布

2.6.2　對數(shù)正態(tài)分布

2.6.3　Gamma分布

2.6.4　Beta分布

2.6.5　極值分布

2.7　Excel和Matlab的統(tǒng)計函數(shù)

2.7.1　統(tǒng)計特性函數(shù)

2.7.2　隨機變量概率分布函數(shù)

習(xí)題

3　可靠度的基本概念

3.1　概述

3.2　荷載和抗力

3.3　功能函數(shù)

3.4　可靠度指標(biāo)和失效概率

3.5　巖土抗力的統(tǒng)計特征

3.5.1　土體性質(zhì)的空間變異性

3.5.2　實測土體性質(zhì)的變異性

3.5.3　常見土工指標(biāo)的統(tǒng)計性質(zhì)

3.6　荷載的統(tǒng)計分析

3.6.1　結(jié)構(gòu)荷載的概率模型

3.6.2　荷載的各種代表值

3.6.3　荷載效應(yīng)及荷載效應(yīng)組合

習(xí)題

4　一次二階矩法

4.1　概述

4.2　中心點法

4.3　設(shè)計驗算點法

4.3.1　獨立正態(tài)分布隨機變量

4.3.2　非正態(tài)分布隨機變量

4.3.3　相關(guān)隨機變量

4.4　數(shù)據(jù)表法

4.5　小結(jié)

習(xí)題

5　蒙特卡羅方法

5.1　概述

5.2　隨機數(shù)的產(chǎn)生

5.2.1　逆變換法

5.2.2　舍選法

5.2.3　隨機向量的生成方法

5.3　蒙特卡羅法

5.4　重要性抽樣法

5.5　拉丁抽樣法

5.6　小結(jié)

習(xí)題

6　響應(yīng)面法

6.1　概述

6.2　響應(yīng)面

6.3　多項式RSM逼近技術(shù)

6.4　抽樣求解響應(yīng)面函數(shù)

6.4.1　取樣點設(shè)計與響應(yīng)行為

6.4.2　中心復(fù)合設(shè)計取樣

6.4.3　解方程求解待定系數(shù)

6.4.4　最小二乘法求解待定系數(shù)

6.5　響應(yīng)面法的迭代求解方案

6.6　利用向量投影取樣點的響應(yīng)面法

6.7　小結(jié)

習(xí)題

7　系統(tǒng)可靠度

7.1　概述

7.2　簡單系統(tǒng)的可靠度計算

7.3　系統(tǒng)可靠度的寬界

7.4　系統(tǒng)可靠度的窄界

7.5　小結(jié)

習(xí)題

8　巖土工程可靠度設(shè)計原理

8.1　概述

8.2　容許應(yīng)力設(shè)計方法及其局限性

8.2.1　容許應(yīng)力設(shè)計方法的原理

8.2.2　容許應(yīng)力設(shè)計方法的局限性

8.3　極限狀態(tài)設(shè)計方法

8.4　荷載抗力系數(shù)設(shè)計方法

8.4.1　荷載抗力系數(shù)設(shè)計方法的基本原理

8.4.2　基于容許應(yīng)力設(shè)計方法的荷載抗力系數(shù)校準(zhǔn)

8.4.3　基于FOSM方法的荷載抗力系數(shù)校準(zhǔn)

8.4.4　目標(biāo)可靠度指標(biāo)的確定

8.5　地基基礎(chǔ)規(guī)范的極限狀態(tài)設(shè)計方法

8.5.1　抗剪強度指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值和地基承載力的特征值的確定

8.5.2　地基基礎(chǔ)設(shè)計的荷載效應(yīng)組合的確定

習(xí)題

9　可靠度分析的工程實例

9.1　概述

9.2　堤壩安全性評價實例分析

9.2.1　工程概況

9.2.2　可靠度指標(biāo)的計算

9.2.3　安全性評價中的不確定性變量

9.2.4　不同堤壩方案的安全性評價

9.2.5　三種堤壩的安全性評價結(jié)果

9.3　土釘支護結(jié)構(gòu)的可靠度分析

9.3.1　土釘支護結(jié)構(gòu)

9.3.2　工程概況

9.3.3　破壞形式

9.3.4　功能函數(shù)的建立

9.3.5　土釘支護結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定性的可靠度分析

9.4　小結(jié)

名詞中英文對照

參考文獻2100433B