摘要:深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的類型具有多樣性和復(fù)雜性，對(duì)深基坑的穩(wěn)定性分析也有眾多的理論和方法。本文運(yùn)用可靠性理論對(duì)深基坑工程穩(wěn)定性進(jìn)行了實(shí)質(zhì)性的分析，介紹了可靠性理論在深基坑支護(hù)體系穩(wěn)定性分析中應(yīng)用的各種計(jì)算方法。

　　關(guān)鍵詞: 深基坑,穩(wěn)定性分析,可靠度理論

　　深基坑工程是集巖土工程、結(jié)構(gòu)工程、監(jiān)測(cè)技術(shù)、施工技術(shù)于一體的系統(tǒng)工程，技術(shù)復(fù)雜，實(shí)踐性、綜合性強(qiáng)，同時(shí)又是提高工程質(zhì)量減少工程事故的重點(diǎn)。關(guān)于基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析，目前大都采用常規(guī)的定值設(shè)計(jì)法，即用抗力效應(yīng)與荷載效應(yīng)的比值作為安全系數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。由于該方法忽略了計(jì)算所用參數(shù)的隨機(jī)性、計(jì)算模式的不確定性等，因而其計(jì)算所得的安全系數(shù)本身也具有隨機(jī)性和不確定性，它并不能真正反映支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與安全程度。而運(yùn)用到工程實(shí)際中的精確度不高，可能造成材料的浪費(fèi)或者存在較大的事故安全隱患，目前建筑結(jié)構(gòu)上已經(jīng)采用GB50068-2001的基于可靠度的設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

　　1 深基坑支護(hù)體系的穩(wěn)定性可靠度分析

　　1.1 主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力

　　由于在朗肯土壓力分布條件下，忽略了支護(hù)結(jié)構(gòu)與土體的摩擦作用，因而當(dāng)摩擦角 小于25°時(shí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)的嵌固深度和彎矩計(jì)算值均偏大。為了彌補(bǔ)這一缺陷，在此采用《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ120—99)(簡(jiǎn)稱《規(guī)程》)規(guī)定的土壓力分布形式。

　　1.2 深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的模式

　　基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)破壞模式主要有：傾覆破壞、坑底隆起、喪失整體穩(wěn)定性等。只要其中的一種處于失穩(wěn)狀態(tài)，則整個(gè)基坑工程系統(tǒng)即宣告失敗。因此,基坑失穩(wěn)是一個(gè)多元模式的失穩(wěn)問(wèn)題，對(duì)每一種失穩(wěn)模式均需采用結(jié)構(gòu)可靠度理論進(jìn)行分析，得出相應(yīng)失穩(wěn)模式下的穩(wěn)定可靠指標(biāo) (或失效概率 )，以評(píng)價(jià)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定可靠度。

　　1.3 深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)函數(shù)

　　對(duì)于第 種基坑失穩(wěn)模式，首先建立相應(yīng)的極限狀態(tài)函數(shù)，即功能函數(shù)：

　　其中， 為結(jié)構(gòu)抗力， 為荷載效應(yīng)。當(dāng) ( , ) >0，則系統(tǒng)安全;當(dāng) ( , ) <0，則系統(tǒng)失敗;當(dāng) ( , )=0，則系統(tǒng)處于極限平衡狀態(tài)，此式即為第 種基坑失穩(wěn)模式的極限狀態(tài)方程。

　　對(duì)于每一種失穩(wěn)模式，失穩(wěn)的概率就是其功能函數(shù) ( , ) <0出現(xiàn)的概率，用 表示失穩(wěn)概率，其表達(dá)式為：

　　式中， 為第 種失穩(wěn)模式下的可靠指標(biāo)， 為概率分布函數(shù)。

　　當(dāng)一個(gè)基坑系統(tǒng)具有 種失穩(wěn)模式(即 =1,2,…, )時(shí)，總的失穩(wěn)概率為：

　　按 法，當(dāng) 種失穩(wěn)模式完全統(tǒng)計(jì)相關(guān)時(shí)，有 = ;當(dāng) 種失穩(wěn)模式完全統(tǒng)計(jì)獨(dú)立時(shí)，有 = 1- 等認(rèn)為，由于結(jié)構(gòu)體系之間通常既不完全統(tǒng)計(jì)相關(guān)，也不完全統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，而是處于兩者之間，所以可以用這兩種極端情況作為基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)概率的界限范圍：

　　1.4 抗傾覆破壞穩(wěn)定可靠度分析

　　深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)抗傾覆破壞的可靠度分析極限狀態(tài)函數(shù)為

　　—傾覆力矩，分別為墻前的被動(dòng)土壓力 對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩和墻后的主動(dòng)土壓力 對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。

　　對(duì)懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)取墻腳處;對(duì)單(多)支點(diǎn)式支護(hù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)取最下道支撐處，此時(shí) 為最下道支撐點(diǎn)以下的主動(dòng)土壓力對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。按定值設(shè)計(jì)法，其抗傾覆破壞的安全系數(shù) ,且需滿足 。

　　1.5 抗坑底隆起穩(wěn)定可靠度分析

　　基坑坑底隆起是深基坑的破壞形式之一。目前，抗坑底隆起穩(wěn)定的驗(yàn)算方法很多，這里采用同時(shí)考慮 ﹑ 作用的抗隆起法。其抗坑底隆起失穩(wěn)的極限狀態(tài)函數(shù)為：

        2 實(shí)例分析

　　2.1 工程概況及參數(shù)

　　某電站廠房基坑開(kāi)挖深度8 ，基坑?xùn)|側(cè)有一小山體，換算成地面均布垂直荷載為60 ，采用懸臂式支護(hù)樁結(jié)構(gòu),樁長(zhǎng)17 。

　　2.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)概率

　　參照支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定可靠度分析的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算抗傾覆穩(wěn)定、抗坑底隆起穩(wěn)定、抗整體穩(wěn)定3種極限狀態(tài)，用 法編制的程序求得各極限狀態(tài)方程對(duì)應(yīng)的可靠性指標(biāo)與失效概率。

　　2.3 支護(hù)體系可靠度和失效概率

　　分別用一般界限法﹑窄界限法和 法計(jì)算得到支護(hù)體系的穩(wěn)定可靠度。

　　有文獻(xiàn)提出,在計(jì)算地基承載力時(shí)可靠度 可取0.95，計(jì)算變形時(shí) 可取0.85，本文取基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的目標(biāo)可靠指標(biāo) =1.5，其相應(yīng)的目標(biāo)失穩(wěn)概率 =0.0668， 〈 ，由此可得支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是滿足要求的。

　　3 結(jié)語(yǔ)

　　本文采用結(jié)構(gòu)可靠度理論研究基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定可靠度問(wèn)題，并用概率來(lái)度量支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，能夠更真實(shí)的體現(xiàn)隨機(jī)變量的隨機(jī)性和變異性，因而更符合工程實(shí)際。對(duì)于懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)，傾覆破壞模式和整體失穩(wěn)模式是控制失穩(wěn)模式，因而支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)就可以以這兩種模式為標(biāo)準(zhǔn)，驗(yàn)算其相應(yīng)的可靠指標(biāo)直至滿足目標(biāo)可靠指標(biāo) 的要求，之后再行驗(yàn)算其他失穩(wěn)模式的穩(wěn)定可靠指標(biāo)，當(dāng)所有失穩(wěn)模式下的穩(wěn)定可靠指標(biāo)都達(dá)到目標(biāo)可靠指標(biāo) 的設(shè)計(jì)要求時(shí)，即為最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

　　參 考 文 獻(xiàn)

　　[1] 劉建航，候?qū)W淵﹒基坑工程手冊(cè)[M]. 北京，中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1997.