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[摘 要]通过查阅岩土工程设计理论,分析其适用范围,并对比现行有关规范,发现规范间的不一致.因此,本文对岩土工程的设计理论进行相关探讨,以期为相关行业人员提供借鉴.
[关键词]岩土工程；设计理论；探讨
文章编号：2095-4085（2016）02-0054-02
在牙买加南部公路设计中,对于一些岩土工程如边坡、挡墙等均采用安全系数法,美国咨询工程师对此提出疑问,表示美国工程界均采用分项系数法.在可靠度理论已非常成熟的情况下,为何岩土工程中仍采用看似“落后”的安全系数法?在中国工程技术突飞猛进的大背景下,中美规范难道真的有质的差距?带着这些疑问,笔者进行了一番考证.
1.三种设计理论的理解
目前,在工程设计中关于强度和稳定的计算方法,有三种类型：容许承载力法、安全系数法、分项系数法.其对应表达式分别为：
容许承载力法：p≤f
安全系数法：p≤fu/K
分项系数法：s≤R；S等于rssk；R等于Rk/rR式中,P为荷载标准值,fa为容许承载力fu,为极限承载力,K为安全系数,s为荷载效应,s为抗力,rs和rR分别为荷载效应和抗力的分项系数.
在极限状态设计理论中,有两种极限状态,即承载能力极限状态和正常使用极限状态.容许承载力法是一种正常使用极限状态；安全系数法和分项系数法,均对应承载能力极限状态.现以地基基础为例,以基础相关规范进行论述.容许承载力是确保地基不发生剪切破坏而失稳,同时又保证建筑物沉降不超过允许值的最大荷载.在《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2011）中,这一承载力是采用控制地基中塑性区发展的修正法计算的,也可采用静荷载试验对应时的荷载.安全系数法中,承载力特征值,即为静荷载试验的极限承载力除以安全系数2而得.分项系数法中,是将荷载标准值乘以一个大于1的分项系数,抗力的标准值除以一个大于1的分项系数.对于随机分布的荷载sk和抗力rk,荷载大于抗力而失事是一个随机事件,破坏的概率决定于两个随机变量的均值及其分布,其明确给出失事的概率,然后通过经济、技术等风险分析,给出合理的设计值.
在下图两种情况中,正态分布的荷载和抗力二者中值相等,按安全系数法,两种情况的安全系数相等；但是按分项系数法,第一种情况失事的概率明显比第二种情况大,即结构可靠度不一致.由此可以看出安全系数法的缺陷性,分项系数法相对更合理,更科学.
2.分项系数法在岩土工程中的局限性
在工程实践中,曾有一种观点,认为工程问题可以精确解决,比如钢筋能承受多少荷载是一个准确的数据,依次类推,工程问题非对即错,中间没有模糊地带,更“科学”的分项系数法,也一定会取代“落后”的安全系数法.正如本项目美国咨询工程师自诩的美国工程界已经不采用安全系数法了,爱暗示着中国工程技术标准落后.事情果真如此吗?
如前所述,分项系数法是建立在大量数据统计分析基础上的,统计样本越庞大,结论越准确.如钢筋抗拉强度,通过多次抗拉试验,取得钢筋强度的随机分布,运用一定统计理论,即可确定该型号钢筋的强度.但对于地基承载力,仍然可以采用这种方法吗?答案显然是否定的,人们不可能在地基的同一点做许多次荷载试验；不同点的荷载试验结果,离散性亦非常大,并不能构成地基的一个统计样本.没有统计分析数据,分项系数法即无法实现.
造成这种情况的原因,是因为岩土工程的特殊性,其主要有：（1）岩土材料性质的复杂性；（2）岩土材料分布的不确定性；（3）地下水对土质的影响不一致；（4）现场和实验室岩土指标的不一致；（5）岩土理论的不确定性.这些特点使分项系数法在岩土工程中的应用产生了很大困难,但随着科技的发展、资料的积累,分项系数法能否突破现有局限性,并最终取代安全系数法,笔者不敢妄下定论.
3.中国现行有关技术标准中的不一致
在我国现行有关规范中,规范之间存在不一致性,为工程技术人员造成一定困扰.如《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330-2002）中锚杆（索）采用分项系数法；而《铁路路基支挡结构设计规范》（TB10025等于2006）中锚杆挡土墙采用安全系数法.又如《公路桥涵地基和基础设计规范》（JTG D63-2007）中单桩轴向承载力为容许值（即容许承载力法）；《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）中单桩竖向承载力采用安全系数为2的特征值（即安全系数法）.造成这种现象的原因,除了制定规范的行业主管部门各自为政、缺少协调外,也有设计理论混淆的因素.
4.结语
设计理论中有容许承载力法、安全系数法和分项系数法三种类型.容许承载力对应正常使用极限状态,安全系数法和分项系数法对应承载能力极限状态.其中分项系数法最合理,但由于岩土工程的特殊性,这一方法目前无法全面取代安全系数法.此外各规范标准的设计方法不一致,各部门在制定规范时应协调一致.
结论：关于本文可作为岩土工程方面的大学硕士与本科毕业论文岩土工程师年薪100万论文开题报告范文和职称论文论文写作参考文献下载。
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