土工可靠度功能要求

设计时应使土工结构物满足下列功能要求：

①能承受正常施工和正常使用时可能出现的各种作用（荷载、外加变形或约束变形），即工程的安全性。

②正常使用时具有良好的工作性能，即工程的适用性。

③在正常维护下具有足够的耐久性能，即工程的耐久性、安全性、适用性和耐久性总称为结构物的可靠性。

土工可靠度是指土工结构物在规定时间内和规定条件下完成预定功能的概率。

可靠性用可靠度来度量，常用的可靠度指标是可靠概率、失效概率和可靠指标。

长期以来，工程界习槚采用安全系数的概念，并把计算安全系数的各个参数作为定值来设计工程。由于各个计算参数都存在不同程度的不确定性，故定值设计不能正确评价工程结构的安全性和可靠性。如设计土工结构物时，会遇到土层分布和地下水位不确定；取土样数量不足，实验数据分散性大；各种不可避免的试验误差；现场孔隙水压力难以准确测定；土体上作用力的大小和分布不明确；计算模式中存在各种偏离实际的假设或简化等。由于以上各种不确定性，用定值概念计算得出的安全系数往往会出现假象。

中国在80年代初开始这方面的研究和应用，取得的进展可归纳为两个方面：

①土体概率统计参数的估计研究，例如土性指标的概率统计，软土性质的概率统计特征，土的抗剪强度指标的统计，地基土力学指标概率分析，以及砂土、多层土地基沉降的概率分析等。

②初步应用于土坡和土坝的稳定分析、堤坝的渗流分析、码头地基的承载力和抗稳定分析、桩基的承载力分析等土工结构物的设计中，为设计提供有益的参考信息 。2100433B

在建筑结构设计中我国已采用以概率理论为基础并通过分项系数表达的极限状态设计方法。地基基础设计与上部结构设计在这一点尚未统一。应用概率理论为基础的极限状态设计方法是方向。由于岩土工程的特殊性，岩土工程应用概率极限状态设计在技术上还有许多有待解决的问题。目前要根据岩土工程特点积极开展岩土工程问题可靠度分析理论研究，使上部结构和地基基础设计方法尽早统一起来。

《岩土工程可靠度理论》系统地介绍了岩土工程可靠度分析和设计的基本概念和主要方法。首先简要介绍岩土工程的研究范畴以及岩土工程可靠度和风险分析的基本概念，以便学生理解可靠度分析的目的和意义；之后对概率和统计的基础知识进行回顾，为介绍可靠度分析的具体方法做铺垫；接下来分别对可靠度分析的几种重要方法进行详细阐述，包括一次二阶矩法、MonteCarlo模拟、响应面法以及系统可靠度分析法；最后介绍了岩土工程可靠度设计原理，并给出了可靠度分析的应用案例。

前言

1　绪论

1.1　岩土工程的范畴和特点

1.2　岩土工程的不确定性

1.3　岩土工程的可靠度分析

2　概率与统计分析基础知识

2.1　概述

2.2　概率论的基本概念

2.2.1　概率基本公理

2.2.2　独立性

2.2.3　条件概率

2.2.4　全概率公式和贝叶斯公式

2.3　随机变量及其分布

2.3.1　随机变量

2.3.2　随机变量的函数

2.3.3　联合分布、条件分布及边缘分布函数

2.4　随机变量的统计特性

2.4.1　矩

2.4.2　均值、众数、中位数和分位数

2.4.3　方差、标准差和变异系数

2.4.4　偏度系数和峰度

2.4.5　协方差和相关系数

2.5　常用的离散型随机变量

2.5.1　伯努利试验与二项分布

2.5.2　几何分布

2.5.3　泊松（Poisson）分布

2.6　常用的连续型随机变量

2.6.1　正态分布

2.6.2　对数正态分布

2.6.3　Gamma分布

2.6.4　Beta分布

2.6.5　极值分布

2.7　Excel和Matlab的统计函数

2.7.1　统计特性函数

2.7.2　随机变量概率分布函数

习题

3　可靠度的基本概念

3.1　概述

3.2　荷载和抗力

3.3　功能函数

3.4　可靠度指标和失效概率

3.5　岩土抗力的统计特征

3.5.1　土体性质的空间变异性

3.5.2　实测土体性质的变异性

3.5.3　常见土工指标的统计性质

3.6　荷载的统计分析

3.6.1　结构荷载的概率模型

3.6.2　荷载的各种代表值

3.6.3　荷载效应及荷载效应组合

习题

4　一次二阶矩法

4.1　概述

4.2　中心点法

4.3　设计验算点法

4.3.1　独立正态分布随机变量

4.3.2　非正态分布随机变量

4.3.3　相关随机变量

4.4　数据表法

4.5　小结

习题

5　蒙特卡罗方法

5.1　概述

5.2　随机数的产生

5.2.1　逆变换法

5.2.2　舍选法

5.2.3　随机向量的生成方法

5.3　蒙特卡罗法

5.4　重要性抽样法

5.5　拉丁抽样法

5.6　小结

习题

6　响应面法

6.1　概述

6.2　响应面

6.3　多项式RSM逼近技术

6.4　抽样求解响应面函数

6.4.1　取样点设计与响应行为

6.4.2　中心复合设计取样

6.4.3　解方程求解待定系数

6.4.4　最小二乘法求解待定系数

6.5　响应面法的迭代求解方案

6.6　利用向量投影取样点的响应面法

6.7　小结

习题

7　系统可靠度

7.1　概述

7.2　简单系统的可靠度计算

7.3　系统可靠度的宽界

7.4　系统可靠度的窄界

7.5　小结

习题

8　岩土工程可靠度设计原理

8.1　概述

8.2　容许应力设计方法及其局限性

8.2.1　容许应力设计方法的原理

8.2.2　容许应力设计方法的局限性

8.3　极限状态设计方法

8.4　荷载抗力系数设计方法

8.4.1　荷载抗力系数设计方法的基本原理

8.4.2　基于容许应力设计方法的荷载抗力系数校准

8.4.3　基于FOSM方法的荷载抗力系数校准

8.4.4　目标可靠度指标的确定

8.5　地基基础规范的极限状态设计方法

8.5.1　抗剪强度指标标准值和地基承载力的特征值的确定

8.5.2　地基基础设计的荷载效应组合的确定

习题

9　可靠度分析的工程实例

9.1　概述

9.2　堤坝安全性评价实例分析

9.2.1　工程概况

9.2.2　可靠度指标的计算

9.2.3　安全性评价中的不确定性变量

9.2.4　不同堤坝方案的安全性评价

9.2.5　三种堤坝的安全性评价结果

9.3　土钉支护结构的可靠度分析

9.3.1　土钉支护结构

9.3.2　工程概况

9.3.3　破坏形式

9.3.4　功能函数的建立

9.3.5　土钉支护结构体系稳定性的可靠度分析

9.4　小结

名词中英文对照

参考文献2100433B