深基坑支护结构稳定性可靠度研究

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1、深基坑支护结构稳定性可靠度研究　　摘要:本文通过介绍深基坑可靠性分析的基本原理以及可靠度指标β的确定方法，引出了深基坑支护结构稳定性分析的模式及方法，通过两个工程实例阐述了基坑支护结构稳定性的可靠性分析的实质，找到了解决该问题的方法，为今后扩大相关研究范围奠定了坚实的基础。关键词:深基坑；稳定性分析；可靠度理论中图分类号：TV551.4文献标识码：A深基坑支护稳定性的可靠度分析要解决的是支护结构在整个基础工程施工期间，在主动土压力和被动土压力的共同作用下，结构保持稳定的概率。关于基坑支护结构稳定性分

2、析，采用常规的定值设计法，即抗力效应与荷载效应的比值作为安全系数来评价基坑支护结构的稳定性。由于该方法忽略了计算所用参数的随机性、计算模式的不确定性等，因而其计算所得的安全系数本身也具有随机性和不确定性，它并不能真正反映支护结构的稳定与安全程度，因而运用到工程实际中的精确度不高，可能造成材料的浪费或者存在较大的事故安全隐患，目前建筑结构上普遍采用基于可靠度的统一设计标准。1深基坑可靠性分析的定义及类型1.1深基坑支护可靠性定义11一个基坑支护设计方案是否是成功的，必须满足两点要求：（a)支护结构及周

3、围建筑物稳定，变形控制在要求范围内，（b)方案最经济。如果一个工程满足了第一个要求而不满足第二个要求，则不能认为完全成功，因为它不是最优方案。基坑可靠性问题之所以提出，是由于基坑工程一系列设计变量具有不确定性，基坑工程性质属于非确定或随机性的，而可靠性理论提供系统的构思，可靠性分析方法为评价不确定性因素的工程影响的有效手段。可靠性是指在规定的条件下和规定的时间内，完成预定功能的能力，可靠度就是在规定的条件下和规定的时间内，完成预定功能的概率。1.2基坑工程不确定性的基本类型基坑工程设计和评价中的数学

4、模型、力学模型、基本变量及预测结果都带有某种不确定性，主要有以下三种类型。l)物理不确定性11基坑形成以后是否发生不允许的大变形和破坏，主要取决于基坑土体不连续面的形态、强度和变形性质、地下水压和荷载的实际值，以及支护结构的强度等。然而，影响基坑稳定的各个参数的真值都不能精确的知道，特别是土体参数，因为它们都是变化量，这是历史的和现代的地质作用过程和作用产物所确定的不确定性，它反映了诸参数的空间变异性，对支护结构来说，它们一般都是人工材料，不确定性相对较小，但也是存在的。2)统计不确定性在基坑可靠性

5、分析过程中，先要建立各个基本变量的概率模型，然后确定它的参数值，概率分布的参数值是根据样本数据估计的，样本和样本容量不同，估计的参数也不同，显然我们能够掌握的始终是统计量，不是基坑土体和支护结构的真值。3)模型不确定性基坑可靠性分析与设计是利用地质模型、力学模型、数学模型来实现一组输入量或基本变量(如基坑几何参数、强度参数、支护结构强度参数等)与所要求的输出量(如可靠指标、破坏概率等)之间的联系。这些模型一般是立足于对土体平衡分析与运动的确定性，采用确定性分析方法的简化图式与力学模型，因而在形式上是

6、确定的。模型不确定性是由简化假设和未知边界条件而产生的，也就是由未包含在模型中的其它变量和它们之间相互关系的未知效应产生的。1.3可靠度指标β的确定11设计可靠度是设计规范规定的或设计取用的作为设计依据的可靠度，它表示设计所预期达到的工程可靠度，或者从风险角度说，它表示设计所允许的或可以接受的风险水平。风险是相对的，既要考虑安全，又要考虑经济合理性，所以并不是可靠性越高越好，可靠性越高，费用就越多，一般说来，要把可靠度从99%提高到99.9%这样的数量级，费用呈指数增加。国内外许多学者和专家都在探索

7、如何选择最适宜的破坏概率或设计可靠指标。目前，由于资料的缺乏，一般采用类比法或校准法来确定设计可靠度。类比法是参照已有的建筑结构或其它方面的可靠度指标，确定一个能够接受的指标值。由于对风险水平的接受程度往往因人而异，所以用类比法确定设计可靠度难以为人们所公认。校准法是通过对现行规范安全度的校核(反演计算)，找出隐含于现有工程中相应的可靠指标，以综合分析和调查，据此制定今后设计采用的目标可靠指标。这实质上是充分注意到了工程建设长年积累的实践经验，继续现行设计规范规定的设计可靠度水准，认为它从整体上来讲

8、是合理的、可以接受的。在现阶段，从实用的角度来说，这是一种切实可行的，比较安全的确定设计可靠度的方法。我国“建筑结构设计统一标准(GBJ68一84)”中对建筑结构工程可靠度取值规定如表1所示：破坏类型安全等级一级二级三级延性β3.73.22.7脆性β4.23.73.2表1我国建筑结构工程可靠度取值112深基坑支护结构稳定性分析的模式及方法2.1深基坑支护结构失稳的模式基坑支护结构的失稳破坏模式主要有：倾覆破坏、坑底隆起、丧失整体稳定性等。只要其中的一种处于失稳状态，则