何小紅

(長春科技學(xué)院，長春 130000)

邊坡巖土工程不確定性研究

何小紅

(長春科技學(xué)院，長春 130000)

在邊坡施工過程中，通過比較和分析觀察信息和設(shè)計，判斷可能產(chǎn)生的誤差；同時整理和分析監(jiān)測信息，并對設(shè)計的合理性做出判斷。在施工過程中的反饋信息與設(shè)計依據(jù)有較大沖突時，應(yīng)完善或修改設(shè)計方案，下一級施工可采用完善后的設(shè)計方案；若本級方案無差，則下級方案沿襲本級方案，如此循環(huán)反復(fù)，直至整體工程竣工。工程竣工后要繼續(xù)保持對工程的檢測，據(jù)此對設(shè)計施工的效果進行考核。

邊坡巖土工程；不確定性；因素；對策

1 邊坡巖土工程施工概況

邊坡巖土工程施工中會遇到土工結(jié)構(gòu)、土體、周圍環(huán)境三個問題，這三個因素始終貫穿于整個施工過程，且都處于互相影響的關(guān)系。在邊坡巖土工程中存在許多可以預(yù)測但不可控制的因素，可將其稱為不確定性因素。在施工前要測定巖土的參數(shù)，涉及對巖土的取樣問題，巖土的取樣直接關(guān)系到參數(shù)測定的值是否真實準確；施工前的地質(zhì)勘察僅能對施工區(qū)域的周邊地質(zhì)情況及土質(zhì)結(jié)構(gòu)取得大致的認識，無法反映完整情況；施工前對邊坡變形情況的觀察結(jié)果往往與實際情況有不小的差距。目前，國內(nèi)大部分單位仍推行以往慣用的以地質(zhì)勘查、分析、實施施工為操作流程的靜態(tài)設(shè)計施工方法，該方法雖有一定的實用性，但無法應(yīng)對施工過程中所遇到的突發(fā)性狀況，無法對不確定因素的發(fā)生做出緊急應(yīng)對措施。

2 邊坡巖土工程施工中存在的不確定性

2.1 巖土模型

巖土模型是施工地原型的代表物，可反映目標地土質(zhì)的基本特征。在對邊坡巖土分析時不可將采集的模型作為唯一的參考依據(jù)，否則會產(chǎn)生因模型導(dǎo)致的不確定性，且分析者的分析能力與認知度直接關(guān)系到模型分析的復(fù)雜程度及實用度。選擇模型后，采用何種數(shù)值計算方法極為重要，可用的方法包括邊界元法、非連續(xù)變形分析法、有限單元法等，每種方法都有其最佳適用范圍，各有利弊，各種方法可單獨使用也可聯(lián)合使用，一般情況下設(shè)計者都會選擇與目的地土質(zhì)結(jié)構(gòu)類似的經(jīng)典巖土計算模型及數(shù)值計算法。

2.2 巖土參數(shù)

巖土參數(shù)即巖土的物理學(xué)指標，巖土的參數(shù)會隨著時間和空間的變化而變化，巖土參數(shù)的特異性會引起設(shè)計者的重視，在勘察階段盡最大可能降低樣土的存放時間、密封等方式，降低外在因素對土樣的干擾，但是，這些措施僅能改善土壤參數(shù)的時間特異性，而在空間上的特異性是無法采用措施控制，只有通過設(shè)計方法與統(tǒng)計法進行處理，并不能使其在實質(zhì)上有所改變，空間的特異性是巖土參數(shù)的特殊現(xiàn)象，在處理上只能對其進行統(tǒng)計總結(jié)，改變不了實質(zhì)。最終形成的巖土參數(shù)只是理論上計算的結(jié)果，而非真實數(shù)值。

2.3 人為原因

設(shè)計人員在施工前會設(shè)計多個巖土工程施工備選方案，從中挑選一個合適的方案進行實施。不同的方案所需的經(jīng)費不同，不同方案間的可靠性與穩(wěn)定性也各不相同。從施工方案的設(shè)計與決定整個過程均由人為因素完成，因個人的思維方式與價值觀念不同，不同決策者對實施方案的選擇也不同，其決策依據(jù)既可以是依賴充分的科學(xué)依據(jù)，也可以是直覺與經(jīng)驗的判斷。

3 解決邊坡巖土工程不確定因素的有效對策

3.1 經(jīng)驗設(shè)計

巖土工程設(shè)計最初，完全是依賴經(jīng)驗設(shè)計的，工程經(jīng)驗中的地方經(jīng)驗在巖土工程的設(shè)計中具有重要的作用。由于巖土工程設(shè)計中會涉及一些不確定性因素，無法對其進行準確的把控，要想進行準確的分析是有較大難度的，設(shè)計者只能根據(jù)工程的特點再結(jié)合當?shù)氐慕?jīng)驗來作為設(shè)計方案的參考依據(jù)。另外，巖土工程設(shè)計師豐富的實踐經(jīng)驗可相對降低不確定性因素對巖土參數(shù)及巖土模型計算的影響。

3.2 安全系數(shù)

巖土工程設(shè)計中加入安全系數(shù)這一做法已被沿用許久，安全系數(shù)可消除巖土參數(shù)及巖土模型等不確定性因素對計算的影響，但是，在施工設(shè)計中對于安全系數(shù)的選擇是極謹慎的問題，如將兩種巖土模型進行分析，即使為二者選擇相同的安全系數(shù)，所呈現(xiàn)的安全程度也會出現(xiàn)差異，增大了設(shè)計者的把控難度。

以上是降低巖土不確定性較為常用的方法，但是，二者的經(jīng)驗性、感官因素，且相對保守的處理方法已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代大型工程建設(shè)的需求，這是以往邊坡巖土工程設(shè)計較為常見的現(xiàn)象，若設(shè)計者對工程的不確定性因素把握不足，以上兩種方法對安全系數(shù)、巖土模型計算、巖土參數(shù)較為保守的確定方法有一定的適應(yīng)，現(xiàn)代大型工程建設(shè)除了需考慮上述不確定性因素外還需考慮對環(huán)境的影響與可持續(xù)發(fā)展的可行性，以上兩種方法顯然已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代巖土工程建設(shè)的需要。經(jīng)過業(yè)內(nèi)人士的不斷探究，一種新型的具有可行性的方法—動態(tài)設(shè)計與施工已引起廣泛的重視與運用。

3.3 動態(tài)設(shè)計與施工

由于邊坡巖土工程在巖土系數(shù)與巖土模型選擇的特殊性，再加上復(fù)雜的地質(zhì)條件使分析的難度系數(shù)加大，在工程正式施工后，設(shè)計方案中對勘測工作的遺漏與失準現(xiàn)象均會得到顯現(xiàn)，若沿用原先的設(shè)計方案則會造成嚴重的后果。動態(tài)設(shè)計與施工改變了傳統(tǒng)的、靜態(tài)的設(shè)計施工流程，其使設(shè)計方案更具彈性，若在操作中發(fā)現(xiàn)實際檢測結(jié)果與方案出入較大，則可以修改現(xiàn)行的設(shè)計進行，該方案可對施工過程中出現(xiàn)的問題作出及時處理。

在動態(tài)設(shè)計與施工方法中，設(shè)計人員要及時采集施工現(xiàn)場的新信息并對比設(shè)計方案中的數(shù)據(jù)，比較兩組數(shù)據(jù)間的誤差。設(shè)計人員還應(yīng)做好施工現(xiàn)場的監(jiān)測工作，隨時分析采集的檢測信息，以判斷設(shè)計方案是否合理。若設(shè)計方案中的信息與監(jiān)測信息存有較大差異，可立即修改方案，以便在下一級施工中使用新方案，若兩組數(shù)據(jù)無明顯差異，可沿用原先的方案繼續(xù)施工，以此方法貫穿于整個施工過程中，直至工程結(jié)束，而動態(tài)設(shè)計與施工中的連續(xù)監(jiān)測方法仍可作為對施工效果的評價方法。

巖土力學(xué)分析和模型選取在邊坡巖土工程中非常復(fù)雜，其分析難度呈直線上升。原本不甚清晰的地質(zhì)條件在邊坡施工作業(yè)開始后會變得逐漸明朗起來，有時還會有設(shè)計時未勘明的地質(zhì)情況出現(xiàn)。若不及時修正設(shè)計方案，則有可能導(dǎo)致嚴重后果。動態(tài)設(shè)計與施工是一種全新的方法，它能使整個邊坡巖土工程具有較為靈活的應(yīng)變性，在出現(xiàn)意外情況時具備可調(diào)整的余地。在進行邊坡工程施工時，由于新情況會經(jīng)常出現(xiàn)，傳統(tǒng)的“勘察—設(shè)計—施工”流程變得不再合理，施工方還可以通過現(xiàn)場檢測對施工的安全性做出估計，并對是否需要對先期設(shè)計進行修改做出判斷。這是一種對新情況不斷適應(yīng)進而消除設(shè)計與施工不確定因素的方法。

巖土工程設(shè)計方案是否合理，取決于所采用的工程措施是否適應(yīng)于施工地的地質(zhì)條件。在施工過程中，設(shè)計人員要密切監(jiān)測施工情況，及時采集監(jiān)測數(shù)據(jù)并與原定方案中的數(shù)據(jù)對比，根據(jù)施工現(xiàn)場所暴露的實際地質(zhì)條件、巖土模型、巖土力學(xué)與參數(shù)等資料及時對方案中的漏洞進行修復(fù)與修改，對于有出入或遺漏性的方案要及時更新，保證下一階段的施工進行有新方案的支持，充分結(jié)合施工與動態(tài)設(shè)計，保證施工工作高效、安全、順利地開展。動態(tài)設(shè)計與施工不失為最大程度上解除不確定性因素對邊坡巖土工程影響的有效方法。

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Studyonuncertaintyofslopegeotechnicalengineering

HE Xiao-hong

(Changchun Institute of Technology, Changchun 130000, China)

In the process of slope construction, by comparing and analyzing the observation information and design, the possible errors are judged. At the same time, the monitoring information is collated and analyzed, and the rationality of the design is judged. If there is a big conflict between the feedback information and the design basis during the construction process, the design plan should be improved or modified, and the improved design plan can be adopted for the next level of construction. If the current level plan is not bad, the subordinate plan follows the plan of this level, repeat this cycle until the whole project is completed. It needs to continue to maintain the test of the project, thus making assessment on the effect of design and construction.

Slope geotechnical engineering; Uncertainty; Factor; Countermeasure

TU43

B

1674-8646(2017)24-0046-02

2017-10-25