岩土工程风险分析及应用综述.pdf

第 2 6卷第 9期 2 0 0 5年 9月 岩 土 力 学 Ro c k a nd S oi l M e c ha ni cs 、 ，01 ． 2 6 NO． 9 S e p． 20 05 文章编号1 0 o O 一7 5 9 8 一 2 0 0 5 0 9 1 5 0 8 --0 9 岩土工程风险分析及应用综述 张贵金 ，徐卫亚 2 1 ． 长沙理工大学 河海工程学院 ，长沙 4 1 0 0 7 6 ；2 ．河海大学 岩土工程研究所，南京 2 1 0 0 9 8 摘要系统分析了岩土工程不确定性的根源及其分析方法，总结了降低不确定性的途径。系统评述了岩土参数随机场估计、 随机变量描述方法 以及模型不确定性研 究。对几类典 型岩 土工程 问题 的风险分析方法、研 究现状及其工程应用进行 了总结 。 对 目前岩土 工程风险理论及其应用 的前沿 问题进行 了研究 和展望。研究指 出岩土 工程风 险分析待研 问题 主要有系统 的风 险 源辨识方法包括风险源辨识 的可视化研 究，不确 定性 因子的合理描述研究，极限状态包括失效模式 的仿真研 究，不确 定性 计 算包括应用信息融合技术数据挖掘技术研 究，目标可靠度 研究，风险转嫁风险交换的量化及风 险跟踪 的实施研究 ，风 险的反 分析研究等 。展 望岩 土工程风 险分析与应用 风险分析反映 了对工程设计 的综合性要 求，表现 了安全与经济 的统一 定量风 险分析作 为决策 工具或传统设计 的补充 ，可给 决策者提供更多的辅助评价信息 ，提高 了结果 的置信程度 ；但现在 能描述 的还 只是 “ 随机性的确定性模式” ，工程师们只有使用 “ 保守的”选择，以适应和弥补不完全的认识与有限的资料的条件。 关键词岩土工程；风险分析 ；不确定性 中图分类号T u 3 1 1 ；O 2 1 1 文献标识码A S um m a r y a bo ut r i s k a na l ys i s o f g e o t e c hn i c a l e ng i ne e r i n g a nd i t s a pp l i c a t i o n Z H ANG G u i - j i n 。 ， XU We i y a 1 ． C h a n g s h aU n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y ， C h a n g s h a 4 1 0 0 7 6 ， C h i n a ； 2 ． H o h mU n i v e r s i t y ， N a n j i n g 2 1 0 0 9 8 ， C h i n a Abs t r ac t The i n h e r e nt u nc e r t a i n t y o n ge o t e c h ni c a l e ng i n e e rin g i s r oot s t oc k c ome i n t o b e i n g ris k． Th e k i n ds O f u n c erta i n t y ha v e b e e n s y s t e ma t i c a n a l y s i s ．T h e wa y s f o r a n a l y s i s a n d r e d u c i n g u n c e rta i n t y h a v e b e e n s u mma r i z e d．T o e v a l u a t e s t o c h a s t i c fi e l d a b o u t g e ot e c h ni ca l pa r a me t e r s ha s be e n r ev i e we d．Th e u n c e rta i nt y of t h e nu me ric a l mode l a nd v a r i a b l es de s c rip t i on h a s b e e n di s c u s s e d． Th e ris k a n a l y s i s wa y s ，s t a t us i n q uo，a nd i t s a p pl i c a t i o n fo r t y pi c a l ge o t e c h ni c a l ha v e be e n i n t e g r a t e d．Th e fo r ward qu es t i o n fo r g e o t e e h n i c a l ri s k t h e o r y ，s u c h a s r e a s o n a b l e d e s c ri p t i o n o f u n c e rt a i n f a c t o r s ，i mi t a t i o n s t u d y o f i n v a l i d a t i o n mo d e s ，ri s k a n a l y s i s a p p l i e d mo d e m i n f o r ma t i o n t e c h n o l o g y ， t O q u a n t i f y r e s e arc h t h e we a k e n e d ris k b y e n g i n e e ri n g ， a n d a n t i a n a l y s i s o f ri s k a s we l l a s r e l a t i ve q ue s t i o n h a s be e n v i e we d． Th e a p pl i c a t i o n pr o s p e c t of ge o t e c h ni c a l ris k a na l ys i s ，wi t h r e gard t O i ma g i n g s y nt he s i z e d de ma n d fo r e n gi ne e ring d e s i gn，r e pr e s e nt i n g t h e un i fic a t i on b e t we e n s a f e t y a n d e c ono my ha s b e e n s t a t e d．By wa y of s u ppl e me nt o f de c i s i o n ma ki n g o r tr a d i t i o na l d e s i gn， q ua n t i fie d ris k a na l y s i s c a n p r ov i d e m o r e a s s i s t a n t e va l ua t i o n i nf o rm a t i o n t O t h e de c i s i o n mak e r ．Ho wev e r ，i t ca n on l y be de s c rib e d o f“ r a n do m c e rta i n t y m o d e l ”a t p r es e n t ，t h e r e f or e ，t h e e ng i ne e r no n e b ut mak e c o ns e r va t i v e s e l e c t i o n i n o r de r t o a da pt a nd r e me d y i n c omp l e t e a c q ua i nt a nc e a nd l i mi t e d i nf o rm a t i on i n ge o t e c h ni c al e ng i n e e rin g． Ke y wo rd s ge ot e ch ni c a l e ng i n e e rin g； ris k a na l y s i s ；u nc e rta i n t y 1 引 言 风险是指系统在规定的时间和规定的条件下， 不能完成规定功能的概率 ，风险可由经济损 失等指 标直接表达 ，也可由失效概率 与可靠度对应 来 间接描 述 。美 国 Wi s c o n i s m 大学 J a me s C ． Hi c k ma n 教授认为风险的定义方式及其在决策过程中所起的 作用因学科而异 ，风险大小与一定的时间、空间条 件有关 。风险分析试 图认识所有不期望或异常的事 件 ，并评定每个事件出现的概率与后果。E n s t e i n E ． E ．认为风险分析反映了对工程设计的综合性要求， 表现了安全与经济的统一，并可协调工程 的近期投 资和长远效益之间的矛盾。Du n c a n 2 0 0 0年 建议工 程师依据风险估计结果进行设计 。可靠度风险理论 已在许 多土木工程结构的设计规范中得到应用，水 利工程风险分析、风险决策分析 已经是发达国家进 收稿日期；2 0 0 4 0 3 2 2 修改稿收到日期2 0 0 4 0 7 3 0 资助项目教育部科学技术研究重点项 目资助 No ． 0 1 0 9 9 ，湖北省 “ 十五 ”科技攻关项目资助 N o ．2 0 0 2 5 0 7 4 3 0 作者简介张贵金，男，1 9 6 4年生，博士，副教授 ，主要从事岩土工程 、水电工程风险方面的研究。E - ma il g j z lmn g 9 8 y a h o o ．c o m． c n 维普资讯 第 9期 张贵金等岩土工程风险分析及应用综述 l 5 0 9 行区域开发、流域规划、工程建设、社会保险的必 要条件或重要手段。2 0世纪 9 0年代末期，在洪华 生等国际著名专家的推动下，美国和 日本等国家 已 兴起考虑风险和效益的基于全概率分析思想的可靠 度设计方法。 一 切不确定性的因素是事物存在风险的根源。 岩土工程 的不确定性包括参数、模型不确定性和人 们认识的不确定性 ，使得岩土工程基础及其上部的 土木工程必然存在不同程度的风险。2 0世纪 6 0年 代可靠度风险理论被引入岩土工程领域 以来 ，风险 的概念很少给予量化，C a s a g r a n d e著名的 T e r z a g h i 演讲 1 9 6 5年指 出风险的完全定量计算不是很乐 观I J 】 ，但 同时强调辨识不确定性并在设计中应予以 重点考虑。从此，岩土工程 中的不确定性研究 已取 得 了实际的进展，不确定性概念、构造随机模型、 采用可靠指标和破坏概率来评价岩土工程安全度逐 渐被研究人员接受 ，在某些工程中还使用不确定性 的数值和解析描述来辅助决策。在美国，风险分析 已经被大坝设计委员会广泛接受， 风险分析在香港、 法国等地边坡稳定分析和评价中起着重要的决策作 用 。可 以预见，定量风险必将成为各类工程决策的 基 础 。 Ke n H o t 2 1 等认为风险估计要 以系统的、综合的 方法考虑不确定性 ，要将定量估计 q u a n t i t a t i v e ri s k a s s e s s me n t， Q R A 与定性估计相结合。Wh i t ma n r j 】 总 结岩土工程中的风 险管理涉及 4个方面的问题 ① 概率能做什么 ② 概率方法 怎样用于岩土工程 ③ 何时、 什么类型的工程适于采用可靠度方法 ④ 更多的使用可靠度方法应做什么 什么能做在岩 土工程 中，风险管理 包括 以下 5个步骤 1 风险级别鉴别风险的来源 、特性与行为 或现象 有关 的不 确 定性 ； 2 风险量化与度量利用主客观的概率 ，评 价产生错误的可能性模拟风险源及其可能产生影 响之间的关系，评价各种可能选择的风险概率值； 3 风险评价包括 以上风险评价过程和风险 管理之间的衔接； 4 风险决策风险接受和规避 。针对每一种 决策的所有成本、效益和风险进行评估，包括成本 核算、 可能导致的潜在社会经济、 环境或政治影响， 以及风险的可接受程度 ； 5 风险管理在 4 基础上，考虑可能存在的 风险因素、进行风险的量化和估计，建立风险估算 与评价模型，做 出风险决策。 2 岩土工程风险分析的理论与实践 2 ． 1 不确定性理论与风险源研究 岩体是不确 定性系统，即实际岩土工程 中存在 固有的不确定性。一切不确定性因素成为岩土工程 的风险源 ，故而岩土工程 的风险源研究主要集 中于 其中的不确定性研究。 这种不确定性包括客观和主观不确定性，前者 主要有荷载环境的初始应力场、介质地质环境 的岩 性参数、不同施工环境与条件等 ；后者主要 由于对 岩体变形破坏机理认识不清 ，导致对岩土力学分析 和模拟不足 ， 如计算模型、 参数的选取、 条件的假定、 简化计算 、信息描述、测量精度 以及设计施工数据 与信息等。总体上涉及 随机性、模糊性、信息不 完全性和信息处理的不确切性 孙钧，1 9 9 8年 。这 些不确定性正是受体的风险源 。 不确定性反映在时间和空间上，时间不确定性 用随机过程描述，空间不确定性可用 随机场描述。 如果一个基本变量的不确定性对极限状态有较大影 响，就应视为不确定性变量来考虑。不确定性在岩 土工程中是普遍存在的，在工程的所有阶段 ，工程 师们都会遇到不确定性如选址差或地质包含未显 露出的弱点；场地材料特性调查不充分；需确定的 参数值 强度 ，渗透性不清；分析得到的重要数 值的准确性 如安全系数 等因素，这此因素影响 设计的安全性。在很多情况下 ，含有不确定性因素 的设计是在实际施工时才完成的。因此 ，在进行岩 石力学与工程 问题的研究、设计、施工和工程处理 活动中进行风险分析非常必要 ，且意义重大。 2 ． 1 ． 1产生不确定性因素的原因 岩土体的不确定性源于其固有非均质、有限的 可利用信息 以及量测误差，其中地质因素是产生不 确定性的主要原因。岩土力学行为及其空间分布太 复杂以致难 以模拟， 只能采取简化的方式 。 一方面， 地质结构模型辨识是基于贡献因子的特征、有关环 境组合，如弱化变形和高渗压等，进而在模型中定 义潜在灾害，潜在 的严重地质 问题可能仅依赖于少 数几个贡献因素，应辨识这种潜在因素可能导致的 灾害，在计算设计时使用合适的地质特征。另一方 面 ，岩土工程施工技术及工程行为要求 向量化特性 转化，即对不可预见的工程敏感因素要进行量化 。 因此， 岩土工程不确定的基本原因有I 6 】 1 由 于地下特征未被辨识， 而不同于假定的情形； 2 辨 识 的地下特征普遍 不服从定量意义上 的结果 3 涉及的各部分可能存在贯通破坏 。 维普资讯 岩 土 力 学 2 0 0 5年 2 ． 1 ． 2模型的不确定性 有 目的地简化和机理不清导致计算模型的不确 定性，包括物理和数学模型两种 。物理模型一般可 采用概化模型和相等模型描述。 如采用概化模型，其合理性首先要用地质成因 分析来论证，而后还要用统计准则来证实。例如 在研究和概化渗透空间不均匀性时，应根据其形成 的地质成因条件和处理工程 问题的比例尺进行。当 原始信息不足时，部分地带的参数只能根据模拟选 取，这样便把不确定性带进了模型，用反分析法也 不一定能消除这种不确定性。 如采用相等模型，要再现研究区地质结构和水 文地质条件的总体特点，在工程模型中，对某些因 素甚至是一些重要因素可忽略不计，例如将岩溶管 道，溶蚀裂隙概化为裂隙岩体，在其周 围单元以一 个大的渗透系数等价代之 ，而不影响总体渗流场 。 在水文地质 中，由于不确定性因素经常不具备 采用统计概率评价所需要 的定量特征，在运用统计 模型进行预测包括风险分析时显然会产生误差。概 化的置信度和 已建模型的可靠性， 可通过因素一 方差 分析法取得 ，加维奇L b 对曼格什拉克 自流盆地水源 地进行水文地质概化，模型平均相对误差达 6％～ l 0％。必须评价由于没有考虑或简化 了若干水文地 质因素所产生的误差，并评价这些因素对工程的影 响程度。模型可引来多大的误差值 在哪个阶段 出 现误差，误差如何产生的怎样确定误差，能否减 少这类误差如何才能减少误差概化对预测问题 的方案有何影响这些 问题仍是不清楚的。模拟结 果同工程处理一样 ，应对模拟结果的精度和置信度 进行定量评价 ， 而定量地表现置信度是极其复杂的， 只能基于勘测所获资料通过解析计算、统计处理和 模拟等方式进行分析。 2 ． 1 ． 3描述不确定性的方法 真值 的不确定性可用随机变量的均值、变异系 数及概率分布 函数描述。描述不确定性最直观的指 标就是变异性 ，研究表 明，变量的变异性是影响风 险的最重要因素。变量的变异特征可用方差、变异 系数综合表达 。其 中方差或称离散度，是变量与均 值间的关系，是一个绝对变化值，说明变量的波动 状态，从而揭示变量差异性的物理特征；而变异系 数是一个相对数，是描述变量变化程度 的十分有力 的指标。如果变异系数不大， 则可不作为随机变量。 1 数学模型的不确定性描述 在岩土工程可靠性风险分析时，计算模型常充 当极限状态函数，所 以模型不确定性的计算和分析 在可靠度风险分析 中相当重要，同时也是模型校准 的一条有效途径。基本方法为 J P o 1 式中 为模型不确定性系数，可作为一个随机变 量来处理，只 为模型预测值， 为真实值 ，可通过 试验值近似代替 ， 尽管实验也有误差， 但实验误差， 尤其是原位试验误差较之模型的不确定性来说要小 得多。因而， 的统计特性可通过实测值 同模型预 测值的对比分析推得。进行 ， z 次试验 ，B ／ 只 。 若 的样本少，要考虑统计不确定性 。保守的模型 应是均值 1 ，若 ／6 mm ／ m 的部分土体即 为滑坡体。王保田I 2 9 分析了岩土参数空间变异性的 实质和各随机变量统计方法 ，即不连续面上几何、 力学指标变异性的来源和统计方法，给出了关键块 体判别极限状态方程组和可靠性分析 的基本公式， 并应用于三峡船闸边坡稳定分析中。 另外 ，岩质边坡存在流变特性，显然这种流变 存在不确定性 。这一类 的风 险研究还未见报道 。 3 ． 2裂隙岩体的随机渗流及多场耦合 的风险 问题 国内外学者对各向异性 、具有随机性特 点的裂 隙介质渗流 问题，做了大量 的研究。尽管有些研究 还缺乏具体的工程 实践意义 ，但对随机渗流的研究 己越来越具体。文献 [ 3 0 1 对地层渗漏 的随机分析表 明，由于渗透层的存在， 水头变异和方差急剧减小， 水头相关距离也呈同样的变化。文献[ 3 1 ] 综合应用 随机场模拟、渗流 、边坡稳定分析，研究随机渗透 系数对土坝边坡稳定的影响。按空间稳定随机场， 渗透系数服从对数正态分布 ，域 内饱和渗透系数的 空间变异用 T u r n i n g B a n d方法产生。文献[ 3 2 ] 研究 渗透系数 的变异导致下游边坡上的孔隙水压力 以及 边坡可靠指标的变化情况。渗透特性决定孔隙水压 力 其不确定性会导致预测有效应力的不确定性1 和 饱和度，二者又极强地影响抗剪强度 。目前，渗透 系数变异对安全系数和可靠指标 的影响还未弄清。 文献 【 3 3 】 建立了地下水流方程 的随机公式，但 未考虑耦合作用。由于多数岩土工程处于渗流应力 耦合场，有时还处在化学、温度场等多场耦合的赋 存环境，这种耦合作用 的不确定性形成了完整的风 险源 。文献【 3 4 】 对二维渗流应力耦合场的随机性做 了初步探讨。 目前 ，考虑耦合作用的风险分析还有 很多困难 ，诸如耦合机理及模型本身的研究、耦合 风险分析理论 、参数变异的影响规律等等。 3 ． 3地下工程的风险 地下工程中的不确定性、模糊性制约了人们对 地下工程变形破坏特性的准确认识和稳定性的可靠 性预报。从参数反演、模型识别到新的本构模型的 提出，都在力图提高地下工程数值分析结果的可靠 性 。 B o x和 Wi l s o n 1 9 5 1年最早提 出了响应面 函 J ，通过数值分析 ，建立结构响应 Y和这个结 构模型参数 。 ，X 2 ，⋯， 之间的关系。通过有限次 维普资讯 第 9期 张贵金等 岩土工程风 险分析及应用综述 1 5 1 3 的数值计算， 可获得结构响应Y 和模型参数X - ， X 2 ⋯． ， 的一组样本。借助于数据拟合 ，确定分析模型中 的待定参数和显示 函数 。颜立新 『 】 应用该法对金川 公司龙首矿 1 2 8 0 m 竖井卷扬机硐室 的稳定性进行 了可靠度分析。 Z h o u J ． 【 3 引 利用有限元研究岩土工程 固有的非均质特性 ，求解一个理想隧道开挖问题的 可靠度 。利用有限元节点信息为功能函数确定输入 参数， 计算洞室围岩锚固与不锚情形下的破坏概率， 可估计不 同支护措施 的风险趋势。文献[ 3 9 4 2 1 在 这方面做 了一些应用研究，但对不确定性的考虑都 还不完全， 更复杂的真实例子还不能考虑。 事实上， 在定量分析难以定量应用的今天 ，工程类 比与专家 经验在地下工程中仍具有重要作用I 4 引 。 4 岩土工程基于风 险的设计 岩土工程 问题设计方法可分为两大类 1 依 赖规范、规则、公认的惯例设计的多数常规工程； 2 研究长期运行 的潜在风险，以不可能完全消除 风险、以较高造价降低风险达到可忽略的水平为特 征。运用可靠性分析原理进行风险分析，其 目标是 使可能达到极限状态的概率足够小，将工程风险限 制在可接受的范围内。岩土工程风险分析的应用， 就是对实际工程进行概率极 限状态设计，在此基础 上进行风险决策。 目前，只有大型工程、建筑和公用设施按此方 法进行 了设计。可靠性设计除 桩基础规范外尚 未在岩土工程领域得到普遍应用 。GB 5 0 0 2 1 9 4 岩土工程勘察规范在极限状态与概率法的问题上， 只作了一些原则的规定。如第 1 2 1 4条规定“ 岩土 工程的定量分析可采用定值法，对特殊工程，需要 时可辅 以概率法进行综合评价” ，第 1 2 1 5条规定 在勘察成果报 告中，应按不 同情况提供岩土参数 值 。 由于岩土工程 自身的特点，不能将现有 的较为 成熟的上部结构可靠性分析方法不加区别地、简单 地移植过来 ， 必须对岩土体的赋存环境及其所受动、 静载作用效应进行研究，分析岩土体的物理力学特 性 ，正确运用概率论、统计学、模糊数学、信息熵 等理论方法，进行不确定性描述，提 出正确 的概念 与方法。失效概率通过对设计变量相联系的不确定 性进行系统分析来求得， 风险分析的相关的步骤有 1 收集信息，确立不确定性因素； 2 模拟功能和 结果，包括估计不确定性 的风 险； 3 收集附加信 息，修正参数 ，在此基础上做方案选择决策 。这使 得设计方法更为复杂，但设计更为经济f 3 引 。 当然，在岩土工程 中 概率方法不能替代传统 方法 ， 它作为一种工具， 只是有效地补充传统方法。 大量的设计会 由工程师和业主讨论直到业主 或认 知保险公司在造价和风险之间寻求一个可接受的 平衡，这才是真正意义上的优化设计。L i O n ，边坡 优化设计断面的综合影响因素包括岩土体强度指 标、工程 的重要程度、建设区经济发展指标等。地 基条件对土木工程反映敏感， N MH Al l a l a b y I4 研究 了建筑工程中地基风险对工程费用的影响，经济指 标衡量 的场地效益可用风 险模拟加 以描述 。文献 [ 4 6 ，4 7 】 利用施工实例模拟地基条件对工程成本和 工 期 的影 响。 5 岩土工程风险分析待研究的问题 岩土工程风险分析的工程应用，包括优化设计 和风险决策具有极大的实践价值 。但由于岩土工程 本身的不确定性特 点，其风险分析面临更复杂的挑 战。就 目前的认识，以下课题有待深入研究 1 实际应用方面最根本 的问题是对不确定性 因子的合理描述。对风险源的辨识，直接影响进入 模型的风险因素选取、 风险因子之间的相关性确定， 岩土工程还只能根据专家经验作一些定性的研究 。 如何结合工程背景、有限样本、风险理论建立一套 系统的风险辨识方法 ，以及风险源辨识的可视化研 究 ，具有重要的研究意义 。 2 实际工程很难清楚确定工程的临界情形， 目前能做到的定量风险估计是基于人为假定的系统 失事。岩土工程多处于多场耦合作用的赋存环境 ， 对复杂系统 ，状态变量众多且特性各异 ，极限状态 方程往往是非线性的，为了建立合理的功能函数 ， 需进行失效模式的仿真研究以弄清失效机理，并研 究适于材料非线性、动力系统的随机有限元算法 。 3 应用现代信 息技术进行风险分析 ， 在可靠 性评估中应用信息融合技术f 4 文 ，以及数据挖掘技 术。数据挖掘基于粗糙集理论，不需要预先给定某 些特征或属性的数量描述， 如统计学 中的概率分布、 模糊理论中的隶属度或隶属函数等，而是直接从给 定问题的描述集合出发，通过不可分辨关系和不可 分辨类确定给定问题的近似域，从而找出该问题中 的内在规律 u J 。 粗糙集理论同模糊集、 神经 网络、 证据理论一起 ， 成为不确定性计算的一个重要分支 。 将数据挖掘技术应用于对风险源 的识别、风险参数 的确定、失效模式的判断、功能函数的建立等方面 ， 需进 行适 用性 研 究 。 维普资讯 岩 土 力 学 2 0 0 5 年 4 目标可靠度确定、标准规范的研究理论 上应根据结构的重要性 、失效后果、破坏性质、经 济指标等因素以优化的方法分析确定 。但 限于统计 资料的稀少 ， 现有的 “ 校准法 ” 对现行结构设计规 范的反演分析，得到现有结构设计总体的可靠度水 准 ，即为今后设计的 目标可靠度L 5 5 J 实质上认为现 行 设计 规 范的可 靠度 水准 在总 体上 是合 理 的。 5 风险转嫁 减弱的量化研究，实际工程 中是通过工程处理措施来降低风险，实现风险交换 转嫁的。评价各种风险交换，提 出工程风险交 换 转嫁的概念，B o r c h给出 P a r e t o最优风险交 换这一特征 。实际工程中如何通过工程处理等措 施 实现风险交换 转嫁 ， 如何定量评价降低风险措 施的效果，风险交换的量化计算，风险跟踪的实施 等都是具有挑战性的问题和富于开创性 的课题。 6 风险的反分析 ，这包括两方面的内容一 是可靠度，即破坏概率的误差和可信度 ，这是工程 决策中所极为关注的指标 ；二是根据设计允许的风 险反求某些变量的均值或其变异范围，通过对观测 数据 的分析来指导降低风险措施的实施 。 6 岩土工程风 险分析与应用展望 尽管人们对风险分析 的应用存在多种的疑虑或 偏见，但长期 以来，对于岩土工程这样 的不确定性 因素较多、 量测实验数据有限、 模型误差大的介质， 工程师的认识依然是从概率现象入手的，研究的结 果和评价也须 以概率 的形式表达。实践证明，利用 各种不确定性研究方法 ，使用定量风险分析作为决 策工具或传统设计的补充，在相当程度上可给决策 者提供更多的辅助评价信息。 风险分析试图认识所有不期望或异常的事件 ， 并评定每个出现事件的概率与后果。完整的风险分 析是根据各种 自然现象的概率及其对相关的 自然和 人 类 即 工程系 统 的可能 响应进 行全 面 的估计 ， 对造价 以及各种社会、经济和环境方面 的灾害性结 果进行评估。风险分析反映了对工程设计的综合性 要求，表现了安全与经济的统一，并可协调工程 的 近期投资和长远效益之间的矛盾。风险分析 的结果 包括破坏路径和相关可能性，整体破坏的概率，以 及安全和造价 的平衡。 在风险分析中，概率方法 的优点是能分析材料 参数的变异性和其他方面的不确定性，其计算结果 提高了置信程度。但 并不是用一个 “ 破坏概率 ”代 替“ 安全系数 ” ， 问题本身就完全解决了。 应当指 出， 对边坡稳定、结构动力稳定性、大坝破坏、洪水演 算、渗透等的确定性分析结果是综合风险评估方法 的重要基础。 应将风险分析与确定性分析结合考虑， 共同作为决策依据 。Du n c a n认为“ 失效概率不能 看成安全 系数的替代品，而是一种补充。同时计算 安全系数和失效概率 比单独计算任何一个要好 。虽 然我们还不能准确计算安全系数和失效概率，但是 两者互补可大大提高成果的精度。 ” 事实上 ，我们 关注的 “ 总体” 、“ 分布”等概念 在真实世界中，只是形式上的，并不存在固定的原 型。从观测的资料中获得实测的经验模型，把模型 观测到的事实与模型的物理原理联系起来得到成因 模型。随机模型既不是经验的，也不是成因的，而 是实用主义的，它完全受一种用简单概率算法处理 变量峰值的硬性规定所左右，认为求出的结果具有 需要的概率意义。但决策所需要的又正是这些不可 避免的环境背景为基础的可靠性分析，且关心的与 可靠 性 有 关 的问题 往往 是 不 能定 量 回答 的。V Kl e me s 1 9 8 5年 认为现在能描述的还只是 “ 随机性 的确定性模式 ” ， 许多数学公式从一些近乎有理但带 有任意的假设出发，而得 出精密叙述但不适当的结 论。因此，在工程实践上 ，工程师只有使用 “ 保守 的”选择，以适应和弥补不完全的认识与有 限的资 料的条件。 参考文献 【 1 】 Mu i r W o o d A M ． Co n o l o f Un c e r t a i n t y i n Ge o t e c h n i c a l En g i n e e ri n g [ A] ． Ge o t e c h n i c a l e n g i n e e r i n g e me r g i n g t r e n d s i n d e s i g n a n d p r a c t i c e [ C] ． Ro t t e r d a m Ba l k e ma A A．1 9 9 4．1 55 1 7 6． 【 2 】 Ke n Ho ，Eri c L e r o i Bi l l Ro b e r d s ．Qu a n t i t a t i v e ri s k a s s e s s me n t Ap p l i c a t i o n ，my t h s a n d f u t u r e d i r e c t i o n [ A] ． M o d e r n T e c h n i q u e s f o r Da ms F i n a n c i n g ， Co n s t r u c t i o n ， Op e r a t i o n ， Ri s k As s e s s me n t [ C] ．Dr e s d e n 【 S ． n ． 】 ，2 0 0 1 ． 269 3 05． 【 3 】 Ro b e r t Wh i t ma n V Or g a n i z i n g a n d e v a l u a t i n g u n c e rt a i n t y i n g e o t e c h n i c a l e n 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