岩土工程结构可靠度讲义2011

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1、岩土工程结构可靠度刘希灵资源与安全工程学院lxlenglish@163.com13237424600《岩土工程结构可靠度》课程：32学时:9-16周，每周2次课（4学时）2学分:选修课程教材：《岩土工程结构可靠度》邓建编著成绩：平时成绩30%：适当的作业和到课考试成绩70%：开卷教学计划与管理所需专业背景知识《概率论与数理统计》《结构设计原理与方法》《岩石力学》《土力学》《其它与岩土工程、地下工程的相关设计等》《Matlab程序设计》第一章：绪论1.1引言1.2岩土工程中的不确定性1.3可靠度理论与实践的发展1.4可靠度分析的目的和程序岩土工程结构可靠度与可靠性理

2、论的区别与共同点可靠度是“产品或系统在规定条件下和规定时间内完成规定功能的概率”。可靠性理论侧重于产品或一个系统的可靠度，主要是一些基础理论；岩土工程结构可靠度侧重于工程领域应用。岩土工程自身也是一系统，其可靠度的计算远比单个或一批产品的可靠度计算复杂。1.1引言岩土工程结构可靠度与可靠性理论的区别与共同点产品失效率有浴盆曲线特征；岩土工程结构失效也有浴盆曲线特征，只不过其中间段(偶然失效期)一般比较长，特征不明显而已。岩土工程结构可靠度与可靠性理论的区别与共同点彩色电视机的平均寿命为15000小时，假设其服从指数分布，如果我们每天使用2小时，5年的可靠度和10年

3、的可靠度各为多少？解产品可靠度计算一土坡工程，得出状态函数：已知正压力均值为100KPa，标准差20KPa，土的磨擦角均值为35度，标准差5度，土的粘结力均值50KPa，标准差10KPa。求该土坡的安全度。岩土工程可靠度计算传统工程结构设计早期的工程结构设计一般采用容许应力法。容许应力法是按照结构构件的截面计算应力不大于规定的材料容许应力的原则，它要求在荷载作用下，结构或构件某截面应力不超过材料的容许应力。随着工程结构分析方法的发展，出现了破损(或破坏)阶段设计法。破损阶段设计法与容许应力法的主要区别在于考虑材料的塑性性质，计算截面或构件在塑性状态下的承载能力。安

4、全系数法工程结构设计容许应力法破损阶段设计法应力-应变模型Mazars损伤模型应力-应变模型Loland损伤模型安全系数法安全系数法优缺点通常认为安全系数大于1，结构安全；安全系数小于1，结构将产生失稳。安全系数法由于使用方便，应用时间较长、应用范围也比较广。但长时间的实践也证明，安全系数法具有局限性，表现在：(1)由于安全系数是根据经验确定的数值，使结构设计非常粗糙。(2)安全系数法不能作为度量结构可靠度的统一尺度。例如：强度均值相同，方差不同的材料，计算的安全系数一样，但安全度不会一样。(3)加大结构的安全系数，不一定能按比例地增加结构的安全度。安全系数法固有

5、缺限传统的安全系数法设计没有考虑到如下的事实：材料性能、构件尺寸以及结构的荷载都是随机的几何量或物理量，而不是确定的单值量。如岩土的强度测试离散性很大(如果正态分布，方差很大)，结构构件尺寸测量，各次测量的结果肯定有误差。安全系数法只是把这些不确定量用一个笼统的安全系数掩盖起来。为克服这些缺点，人们发展一门新的学科——工程结构可靠度。工程结构可靠度定义工程结构可靠度是在规定的时间内、在规定的条件下，工程结构完成预定功能的能力。可靠度是从概率的角度对可靠性的定量描述。可靠度设计是以承认结构有失效(或破坏)的可能性为前提的。(1)半经验半概率法--对影响结构可靠度的某

6、些参数进行数理统计分析，并与经验相结合，然后引入某些经验系数。该法对结构可靠度还不能作出定量的估计。(2)近似概率法--一次二阶矩法，它采用概率论的方法对结构可靠度进行计算，不过不是采用精确的计算方法，而是采用近似的方法计算结构的可靠度，是目前结构可靠度实际计算中应用最多的方法。(3)全概率法--是完全基于概率论的结构可靠度精确分析法。计算比较复杂，目前还很少直接使用该方法。工程结构设计方法1.2岩土工程中的不确定性岩土工程的介质很复杂。以岩体为例，岩体是地质体的一部分，这种地质体中存在着大量的结构面，如节理，裂隙，断层等，具有非常复杂的力学特性；以土介质为例，土

7、体的含水率不同，内部孔隙及结构各异，所表现的力学性质(如强度)千差万别。岩土工程地质条件及岩体性质参数具有不确定性，岩土工程中的不确定性主要表现在三个方面：(1)岩土本身固有的不均匀性；(2)统计所带来的不确定性；(3)模型不准确引起的不确定性。(1)岩土自身固有的不均匀性岩土介质与其它材料介质的最根本区别是它的性质和结构的不均匀性。a、岩体中裂隙分布的不确定性：岩体中存在着大量结构面(断层和节理)。(照片)(in2)节理裂隙调查(in3)b、岩体力学性质的不确定性：岩体是非均质的各向异性体，各点间的性质往往有较大差异，同一试样在相同试验条件下测定其强度，结果也表

8、现出一定的