（管理科學(xué)與工程專業(yè)論文）高等級(jí)公路填方路基質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)分析與預(yù)警管理.pdf

摘要 高等級(jí)公路路基建設(shè)投資大，技術(shù)要求高，安全隱患多，是公路工程建設(shè)的 重點(diǎn)之一。在大量高等級(jí)公路路基病害陸續(xù)出現(xiàn)并且造成巨大經(jīng)濟(jì)損失的同時(shí)， 人們也更加清楚的認(rèn)識(shí)到在公路路基建設(shè)過(guò)程( 包括設(shè)計(jì)、施工階段) 中存在著 大量不確定性影響因素。正是這些因素使得在路基設(shè)計(jì)過(guò)程中產(chǎn)生一些與客觀實(shí) 際不完全相符的假設(shè)、也使得路基施工過(guò)程中人們片面地判斷與決策，從而導(dǎo)致 路基質(zhì)量問(wèn)題的產(chǎn)生。盡量從路基建設(shè)過(guò)程中分析和控制影響路基質(zhì)量的風(fēng)險(xiǎn)因 素，最大程度地減少路基使用期中的維護(hù)費(fèi)用和相關(guān)安全事故，無(wú)論從投資還是 安全角度，這都是非常必要的。但在目前高等級(jí)公路路基質(zhì)量研究的相關(guān)文獻(xiàn)中， 學(xué)者們較少地從風(fēng)險(xiǎn)的角度對(duì)路基質(zhì)量中不確定因素進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析和評(píng)價(jià)。 鑒于此，本文運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)的理論和方法在填方路基建設(shè)全過(guò)程中，對(duì)影響填方 路基質(zhì)量的各個(gè)不確定因素進(jìn)行辨識(shí)、估計(jì)、評(píng)價(jià)和預(yù)警管理。主要針對(duì)路基不 均勻沉降和路基擋墻失穩(wěn)這兩個(gè)具有代表性的路基質(zhì)量問(wèn)題：在路基擋墻失穩(wěn) 的風(fēng)險(xiǎn)分析中，首先對(duì)其進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)影響因素的辨識(shí)，然后運(yùn)用m c 方法的風(fēng)險(xiǎn)估 計(jì)模型對(duì)擋墻設(shè)計(jì)理論中不確定因素進(jìn)行估計(jì)，說(shuō)明了設(shè)計(jì)中的不確定因素( 填 土參數(shù)) 對(duì)擋墻穩(wěn)定性的影響較大。在路基不均勻沉降的風(fēng)險(xiǎn)分析中，初次引 入了粗糙集理論，建立了路基不均勻沉降風(fēng)險(xiǎn)分析決策表模型。運(yùn)用該模型中的 “重要性”指標(biāo)和“決策規(guī)則”分別對(duì)路基不均勻沉降影響因素進(jìn)行排序和確定 風(fēng)險(xiǎn)因素的綜合影響規(guī)則。通過(guò)對(duì)路基不均勻沉降和擋墻失穩(wěn)這兩個(gè)質(zhì)量問(wèn)題的 風(fēng)險(xiǎn)因素分析并得到相關(guān)結(jié)論后，再用v b 語(yǔ)言編制程序，建立公路填方路基質(zhì)量 風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警管理體系，對(duì)在建工程路基質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)進(jìn)行預(yù)警并采取相應(yīng)的對(duì)策措 施，這在實(shí)際工程應(yīng)用中具有參考價(jià)值。 本論文結(jié)合交通部科技項(xiàng)目“交通項(xiàng)目建設(shè)全過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)分析與研究”課題( 編 號(hào)2 0 0 5 3 1 9 8 1 4 0 3 0 ) 研究完成。 關(guān)鍵詞：填方路基；質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)；不均勻沉降：擋墻失穩(wěn)；m c 原理；粗糙集理論； 風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警管理 a b s t r a c t h i 曲w a yr 0 砌，c dc o n 咖c t i w i mg r c a ti i l v e s t m c n t h i g l l 眥嘶c a ld e m 粕d s ， n 啪e r 0 砸l l i d d s 嘶t yt h r e a 協(xié)，i s eo ft h ek e yi i lh i g h w a yc o n s t f l l c t i t h e 咖l b i l 時(shí)o f r o a d b e di sam 旬o rf 如t o ra 飪t i i l gt h eq l l a l 時(shí)o f r o a dw o r l 【s 柚d 砷a lu s e o f l l ”h i 曲w a y s w 蛐eal a r g en 啪b e ro fd i s e 弱e so f h i g l l w a ym a 曲e di s 鋤畫(huà)n g 卸d h u g ee c o n o i n i cl o s sb e e nc a e d t l l e r ci sa l s o 粵- e a t e fr o g i l i t i o nt l l a tt l l e i sal o to f u n c e n a i n t yf k t o 略w l l i c h 艙叭l t i l l g i nm ed i s e 勰e so fh i g h w a yr 0a d _ b e di l lt l i e c o n s 仇l c t i o n ( i i l c l u d i n gd e s i g i l i n g 舭dc s 觚l c t i n gs t ：a g e ) o f l l i g t l w a yr oa d _ b e d f o rt h i s ， t 撼鵲s l l i l 叩t i o ni nd e s i 罌l i n gs t a g ei sn o t 鍘i t i r e l yd b j e c t i v er c a l i t y ，a l c a u s i n gp e o p l c s e - s i d e dj u d g m 饑t 鋤dq i l a l 時(shí)r i s ko fr o a d b c di nc o n 柵c 緬gs 拓i g e t o l v et l l e p r o b l e m s ，m e 孤a l y s i so fi 協(xié)u n c e r t a i l l 缸t o 體卸dt h ei d 朗t i f i c a t i o fr i s kf h c t o 陪a r c v e r yi m p o r t 鋤t t 哆t h eb e s tt oc o m r o lt l l eq u a l i t yr i s ko fr o a d b e di l lc o n s t m c t i o no f “g h w a y ，t r y 也eg r e a t e s te ) “e n tp o s s i b l et or e d l l c et h em a i n t e r l a n c ec o s t s 鋤ds c c u r i t y c i d c l l t si nu s i n ga g co fl l i g h w a y - i ti sv e r yn e c e s s a r x m a t c rw h a ti nt l l e “e wo f i n v 髓t m e n t0 rs a f b 吼 h 1t 1 1 i sm e s i s ，w r i t e r 印p l y i n g s ka n a l y s i st l l e o 叮i n t ot h ec o i l s 加l c t i o no f t i i g h w a y r o a d b e d ，t h e nd i s t i n g u i s h i n 舀e s t i m a t i n 島e v a l u a t i n gm e 岫c 眥a i n 觚。培o fq u a l i t yr i s k o ff i l lr o a d b c d ，a 1 1 dd o i n gw a n l i n gm 鋤a g e m 脅t t h eq u a l 崎r i s ki si n c l u d i n gt h e i n s t a b i l i t yo fm a d b e dr c t a i n i n gw a ua i l dt h eu n e v e n m e m e mo ff i nr o a d b e d i i lt l l e a i l a l y s i so fi n s t a b i l i t yo fr o a d b e dr e t a i n i n gw a l l ，吣i n gt l l e s ke s t i m a t c dm e l l l o d mc s i m u l a t i o nm e t l l o dt oa p l p m i s et l l ef a i l u mp r o b a b i l i t yo fp r c s e n td e s i g nt h e o r y hm c a i l a l y s i so f t i l e 蚰c v 饑s c n l 鋤e i l to ff i l lr o a d b e d ，r o u g l ls c tw 鶴砷d u c e dt og i v i i l gt h e o r d e ro fu n c e r t a i nf 犯t o r so ft h e 刪e ns e m e m e n to ff i u a d _ b e d ，a n do b t a i n i n gt h e s y l l t h e s i sa f f t c dm l e s n t i i ep m g r a mo fr o a d b c dq u a l 蚵r i s ke a r i y w a n l i n g m 鋤a 胂n e l l ts ”t 鋤i sc o m p i l c dt 0c o n n d lt h eq 弧l i t yr i s ko ft l l ep r o j c c tw l l i c hi s c o n s 仇l c t i n g t l l i sm e s i si sb a s c do nt 1 1 es c i e i l t i f i cr c s e a r c h p r o j c c t o fm i n i s 時(shí)o f c o m m u n j c a t i o n sf e 覡d 據(jù)p r d 黜足捃后彳以口咖括冊(cè)dc d 聆肋，5 ，咖礦( b 研所“以泐f 泐l p 砌卵fc d s 枷c f 砌( n o ：2 0 0 5 3 1 9 8 1 4 0 3 0 ) k e yw o r d s ：f i nr o a d b e d ；q u a l i t yr i s k ；帥e v 吼s e t t l 鋤e n t ；i n s t a b i l 時(shí)o f 豫t a i n i n gw a l l ； m u 曲s c t ；m cs i m u l a t i o n ；r i s ke a r l y w 鋤i n gm a i l a g e l t l e l l t 重慶交通大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所 取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā) 表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確 方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 學(xué)位論文作者簽名： 、 臀電 日期：叼年月。日 重慶交通大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向 國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)重 慶交通大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部?jī)?nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮 印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 學(xué)位論文作者簽名： 磨蓬 指導(dǎo)教師簽名： 日期：p 6 7 年手月。日 日期：歷矽年月。日 第一章緒論 第一章緒論 筆者先對(duì)高等級(jí)公路填方路基質(zhì)量問(wèn)題研究背景進(jìn)行了闡述，然后對(duì)目前國(guó) 內(nèi)高等級(jí)公路在建設(shè)階段( 設(shè)計(jì)、施工階段) 填方路基質(zhì)量問(wèn)題研究狀況進(jìn)行了 分析，指出了現(xiàn)存的問(wèn)題和不足，并闡明了本文的研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)。 1 1 問(wèn)題的提出幻蜘嘲矧咖 進(jìn)入8 0 年代，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，為滿足交通運(yùn)輸?shù)男枰?，我?guó)公路建設(shè)飛 速發(fā)展，以高速公路為標(biāo)志的高等級(jí)公路從無(wú)到有，進(jìn)入一個(gè)新的建設(shè)時(shí)期，根 據(jù)交通部統(tǒng)計(jì)資料，截止到2 0 0 6 年初，全國(guó)公路通車?yán)锍踢_(dá)2 0 0 萬(wàn)公里、高速公 路3 5 萬(wàn)公里、一級(jí)公路3 8 2 萬(wàn)公里。高等級(jí)公路以其巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，贏 得了社會(huì)的公認(rèn)，己經(jīng)成為現(xiàn)代化交通的重要標(biāo)志。今后，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和 社會(huì)的蓬勃發(fā)展，公路客、貨運(yùn)輸量的迅速增長(zhǎng)，高等級(jí)公路將進(jìn)一步發(fā)展，在 國(guó)務(wù)院最新通過(guò)的國(guó)家高速公路網(wǎng)規(guī)劃中，我國(guó)將在未來(lái)3 0 年時(shí)間內(nèi)建成8 5 萬(wàn)公里國(guó)家高速公路。 隨著東部平原地區(qū)交通的發(fā)展，高等級(jí)公路的建設(shè)逐步由東部轉(zhuǎn)向西部，由 平原轉(zhuǎn)入山區(qū)。我國(guó)是一個(gè)多山的國(guó)家，山丘區(qū)面積達(dá)到了全國(guó)面積的7 0 。在 山丘區(qū)修筑高等級(jí)公路，由于地質(zhì)、地貌條件的限制和公路線形的制約，深挖、 高填路基十分普遍。然而挖方邊坡的塌方，滑坡等破壞，不僅維修困難，而且將 阻塞交通，甚至?xí)斐删薮髠鰮p失。填方路基的不均勻沉降以及支護(hù)結(jié)構(gòu)的失 穩(wěn)，將導(dǎo)致路面的開(kāi)裂、斷板，甚至導(dǎo)致整個(gè)路基破壞。填方路基不均勻沉降及 其支護(hù)結(jié)構(gòu)可靠度和路基的邊坡穩(wěn)定性已經(jīng)成為山區(qū)修建高等級(jí)公路迫切需要深 入研究的問(wèn)題。 據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，我國(guó)山區(qū)高速公路填方路堤平均高度在6 米以上，而高填方的 路堤高度多在2 0 米以上。從目前己運(yùn)營(yíng)的高速公路情況來(lái)看，普遍反映路堤沉降 嚴(yán)重。高填方路堤存在的主要病害有路面裂縫，路面下陷，橋頭跳車，下穿構(gòu)造 物出現(xiàn)斷裂破壞等，而且隨著路堤填方高度的增加，這些病害也愈加嚴(yán)重。目前 公路工程界已認(rèn)識(shí)到產(chǎn)生這些病害的主要原因是路基的不均勻沉降及其支護(hù)結(jié)構(gòu) 失穩(wěn)、破壞。 在我國(guó)西南山嶺地區(qū)，存在著大量公路填方路基質(zhì)量病害的工程實(shí)例，如： 四川境內(nèi)宜賓內(nèi)江高速公路k 9 6 + 8 0 0 k 9 9 + 3 8 0 段路基由于處于不良地 質(zhì)高填方路段，建設(shè)過(guò)程中及建成通車后，發(fā)生了不同程度的過(guò)量沉降變形和不 均勻沉降，局部甚至有塑性擠出變形和坍滑現(xiàn)象發(fā)生，路面病害更為嚴(yán)重。 第一章緒論 2 重慶渝黔高速公路二期雷神店至崇溪河段，填方最高1 8 米，運(yùn)營(yíng)期間出現(xiàn) 了較大不均勻沉降，路基整體穩(wěn)定性較差，在大量雨水的侵蝕下，隨時(shí)有路基塌 方的危險(xiǎn)。 四川達(dá)州一重慶高速公路k 2 5 + 3 2 5 段高填方路段沉降量已經(jīng)達(dá)到6 5 鋤， 路 面損壞，已經(jīng)嚴(yán)重影響了該高速公路的正常運(yùn)營(yíng)，帶來(lái)了巨大損失。 云南省投資3 7 7 億元的某公路1 9 9 8 年5 月工程建成后十八天，發(fā)現(xiàn)填挖結(jié) 合部路基不均勻沉降，填方路基大范圍沉陷，邊緣坍塌，路面懸空，并伴隨著縱 向開(kāi)裂，為此不得不再投入l 億元進(jìn)行返工修復(fù)，造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失，產(chǎn)生 了極其不良的社會(huì)影響。類似的工程案例不勝枚舉。 高等級(jí)公路路基建設(shè)投資大，技術(shù)要求高，安全隱患多，其造價(jià)占公路工程 建設(shè)總造價(jià)的6 0 一7 0 ，是公路工程建設(shè)的重點(diǎn)之一。其關(guān)系著公路工程建設(shè) 的成敗與安危，會(huì)對(duì)整個(gè)工程的可行性、安全性及經(jīng)濟(jì)性等起著重要的制約作用， 在很大程度上影響公路工程建設(shè)的投資及使用效益。路基施工改變了沿線原有的 自然狀態(tài)，挖填及借棄土石方涉及當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)平衡、水土保持和農(nóng)田水利，并且路 基長(zhǎng)期處在大自然環(huán)境中，其穩(wěn)定性受當(dāng)?shù)刈匀粭l件影響很大。因此，在進(jìn)行路 基設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)時(shí)，需要深入調(diào)查公路沿線的自然條件，從整體( 地區(qū)) 和局部 ( 具體路段) 去分析研究，掌握各有關(guān)自然因素的變化規(guī)律及水溫情況、人為因素對(duì) 路基穩(wěn)定的影響，因地制宜地采取有效工程措施，確保路基工程質(zhì)量。總體而言， 路基應(yīng)具有足夠的整體穩(wěn)定性、足夠的強(qiáng)度和足夠的水溫穩(wěn)定性。路基作為公路 工程的重要組成部分，是路面的基礎(chǔ)。路基穩(wěn)定與否，對(duì)路面工程質(zhì)量影響甚大， 關(guān)系到公路的正常使用，相關(guān)圖片見(jiàn)圖1 1 圖1 4 。 圖1 1 路基邊緣不均勻沉降造成路肩縱向裂縫 p h o t o1 1 l c a lc r a c ko f r o a ds h o u l d c r 圖1 2 路基橫向裂縫造成路面裂縫破壞 p h o t o1 2t t a 腳e r 辯c m c ko f p a v e m 朋t 第一章緒論 圖1 3 路基縱向裂縫造成路面斜裂縫 p i l o t o1 3k l i n e dm c ko fp a _ y 州衄t 圖1 4 路基不均勻沉降造成瀝青路面的沉陷 p h o t o1 1 4u n c 啪s e t t l a i l c n to f 拼w e m 曲t 在大量高等級(jí)公路路基質(zhì)量病害陸續(xù)出現(xiàn)并且造成巨大經(jīng)濟(jì)損失的同時(shí)，人 們也更加清楚的認(rèn)識(shí)到了在公路路基建設(shè)過(guò)程( 包括設(shè)計(jì)，施工階段) 中存在著 大量不確定影響因素。正是由于這些因素使得路基設(shè)計(jì)過(guò)程中產(chǎn)生一些與客觀實(shí) 際不完全相符的假設(shè)，使得路基施工過(guò)程中人們的片面判斷和決策，從而導(dǎo)致路 基質(zhì)量問(wèn)題的產(chǎn)生。要解決這些問(wèn)題，對(duì)其不確定因素的分析，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素的辨 識(shí)是非常重要的途徑。盡量從路基建設(shè)過(guò)程中控制影響路基質(zhì)量的風(fēng)險(xiǎn)因素，最 大程度地減少其使用期中的維護(hù)費(fèi)用和相關(guān)安全事故，無(wú)論從投資還是安全角度， 這都是非常必要的。 填方路基常見(jiàn)的質(zhì)量問(wèn)題可分為：( 1 ) 路基的整體下沉或不均勻沉降；( 2 ) 填方 路基擋土墻失穩(wěn)；( 3 ) 路基填方的整體滑動(dòng)或邊坡的滑塌。 填方路基質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)分析的根本目的在于有效預(yù)防和最終根治路堤病害。其具 有以下實(shí)際意義： ( 1 ) 在高速公路建設(shè)中，當(dāng)路線跨越深溝時(shí)，可采用高填路堤方案，加快我 國(guó)的高速公路進(jìn)山越嶺的步伐，使我國(guó)的公路建設(shè)跨上一個(gè)新的臺(tái)階。 ( 2 ) 公路跨越軟土地區(qū)各種沖溝時(shí)，局部路段采用高填路堤方案與高架橋方 案相比，降低造價(jià)，縮短工期，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)更加合理，使公路的修建創(chuàng)造更大 的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 第一章緒論 4 1 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與存在的問(wèn)題嘲蜘嗍m 凇舊1 7 1 1 2 1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 公路工程質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)研究管理現(xiàn)狀 在國(guó)外，特別是發(fā)達(dá)國(guó)家，公路工程質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)管理隨著公路建設(shè)的不斷發(fā)展 得以逐步健全完善，其中也有工程項(xiàng)目發(fā)生損失和失敗所帶來(lái)的教訓(xùn)。人們?cè)诜e 極利用新技術(shù)、新工藝、新材料來(lái)進(jìn)行工程建設(shè)時(shí)，也面臨著許多的不確定因素。 再加上社會(huì)、法律、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的壓力，風(fēng)險(xiǎn)管理得以迅速開(kāi)展起來(lái)。至2 0 世紀(jì) 6 0 年代，質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)管理進(jìn)一步系統(tǒng)化、理論化和專業(yè)化，具備了相應(yīng)的專業(yè)人才 和專門研究機(jī)構(gòu)，專門處理因?yàn)槲窗l(fā)生而帶來(lái)可能性的負(fù)面影響。 目前，西方國(guó)家普遍實(shí)行由專門的工程建設(shè)咨詢公司來(lái)參與公路工程建設(shè)的 整個(gè)過(guò)程，包括前期的工程項(xiàng)目可行性分析、建設(shè)中的工程質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)管理、投資 費(fèi)用的管理、項(xiàng)目投資回收期的管理等等。由于國(guó)外有著健全的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制， 有的國(guó)家已經(jīng)把公路工程建設(shè)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)管理獨(dú)立開(kāi)來(lái)，完全由市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)體制和行 自律行為加以解決。同時(shí)具備了較完善的風(fēng)險(xiǎn)防范體制，對(duì)可能產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)采取 相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)策略加以消化。 與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的公路工程質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)管理尚處在起步階段。在計(jì)劃經(jīng) 濟(jì)時(shí)期，公路工程項(xiàng)目的投資是以國(guó)家為主，企業(yè)也以國(guó)有企業(yè)為主體，一旦出 現(xiàn)問(wèn)題，風(fēng)險(xiǎn)也是由國(guó)家承擔(dān)，對(duì)企業(yè)影響不大，因而質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)極為淡薄。 改革開(kāi)放以來(lái)，公路項(xiàng)目投資主體的多元化、企業(yè)所有制結(jié)構(gòu)的調(diào)整、市場(chǎng) 競(jìng)爭(zhēng)的加劇使得公路工程質(zhì)量的風(fēng)險(xiǎn)管理越來(lái)越被有關(guān)部門和企業(yè)所重視。近幾 年來(lái)，我國(guó)相繼頒布了相關(guān)法律法規(guī)，為進(jìn)行有效的公路質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)管理提供了重 要的法律依據(jù)。深圳、上海、北京等地陸續(xù)進(jìn)行了相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)管理的試點(diǎn)工作。 2 影響公路填方路基質(zhì)量的不確定因素風(fēng)險(xiǎn)分析 公路填方路基是帶狀的土工建筑，屬于巖土工程的一個(gè)分支。公路路基質(zhì)量 主要表現(xiàn)在路基整體穩(wěn)定性、足夠的強(qiáng)度和足夠的水溫穩(wěn)定性。隨著對(duì)路基巖土 工程變形研究和穩(wěn)定分析手段的逐步完善，其中包含的不確定因素( 環(huán)境因素、 土體參數(shù)、人為因素等等) 的影響作用也暴露得更加明顯。工程師們逐步意識(shí)到。 在進(jìn)行路基工程設(shè)計(jì)和安全評(píng)價(jià)時(shí)，不僅要很好地了解各種分析、判斷手段，而 且要把握在進(jìn)行這些分析過(guò)程中包含的各項(xiàng)不確定因素，公路工程建設(shè)中的重大 決策實(shí)際上就是對(duì)各項(xiàng)不確定因素造成的風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)。 近年來(lái)，在巖土工程領(lǐng)域一大批著名學(xué)者都發(fā)表了大量的相關(guān)論文。1 9 6 5 年， c 勰a 斟鋤d e 以“土工與地基工程中計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)的作用”為題作“太沙基講座”演講， 第一章緒論 他指出，風(fēng)險(xiǎn)作為一種用來(lái)考慮和評(píng)估工程實(shí)踐中諸多不確定和無(wú)法預(yù)測(cè)因素而 導(dǎo)致工程質(zhì)量問(wèn)題的一種手段時(shí)，是所有巖土工程中先天固有的。國(guó)外圍繞巖土 工程風(fēng)險(xiǎn)分析的學(xué)術(shù)活動(dòng)一直十分活躍。2 0 0 0 年，在墨爾本召開(kāi)的世紀(jì)巖土工程 會(huì)議( g e 0 e n g2 0 0 0 ) 中也提交了大量的有關(guān)巖土工程和巖土環(huán)境工程中的風(fēng)險(xiǎn)分 析方法主題報(bào)告。在此基礎(chǔ)上，各國(guó)和各學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)也在編制有關(guān)巖土工程風(fēng)險(xiǎn)分 析的導(dǎo)則、規(guī)范等。 2 0 0 0 年，美國(guó)學(xué)者m o 啊l s t 鋤將路基巖土工程分析中包含的不確定因素分 為管理因素、模型因素和參數(shù)因素三大類： t 管理不確定因素餌u m n r b 缸鉚 管理的不確定因素，按原文直譯應(yīng)為“人為不確定因素”。指由于人們的行 為不當(dāng)導(dǎo)致的巖土工程失事。最常見(jiàn)例子是填方路基施工質(zhì)量方面的問(wèn)題。這些 人為因素在風(fēng)險(xiǎn)分析中難以直接定量評(píng)估。但是，所有從事風(fēng)險(xiǎn)分析的技術(shù)人員 對(duì)這類不確定因素都需要有一個(gè)清醒的認(rèn)識(shí)，否則，再好的風(fēng)險(xiǎn)分析也是脫離實(shí) 際的。 b 模型不確定因素( m o d du n c e r b i n t y ) 模型的不確定因素反映了我們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中采用的分析方法在模擬實(shí)際情況 方面的局限，任何一個(gè)數(shù)學(xué)模型在模擬巖土材料的特性時(shí)都存在近似性。不論是 在高填方路基不均勻沉降研究領(lǐng)域還是在邊坡穩(wěn)定分析領(lǐng)域，都存在一些模型不 確定性因素。例如對(duì)降雨導(dǎo)致的土的飽和或非飽和孔隙水壓力特征的模擬；對(duì)土 在滲流和抗剪強(qiáng)度方面各向異性的模擬；對(duì)在地震動(dòng)力條件下邊坡穩(wěn)定性的模擬 等。在沒(méi)有認(rèn)識(shí)到這些問(wèn)題以前，人們將填方路基填筑材料視為各自同性的均勻 介質(zhì)，那么，這樣的分析就包含有較大的模型誤差。 t 參數(shù)不確定因素( p 4 n h * t e r n 4 妯t ，0 參數(shù)不確定因素是因路基巖土材料的極不均勻性決定的。在己經(jīng)確定了數(shù)學(xué) 模型的基礎(chǔ)上，正是由于參數(shù)的變異特征，導(dǎo)致了填方路基不均勻沉降和路基邊 坡工程結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。研究路基巖土材料各項(xiàng)參數(shù)的變異特征是建立在對(duì)巖土材料基 本特性，如干密度、內(nèi)摩擦角、顆粒級(jí)配、滲透系數(shù)及強(qiáng)度等大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上， 而這些試驗(yàn)本身包括的各種誤差。 3 路基穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)分析方法通常分為定性和定量分析兩種 定性風(fēng)險(xiǎn)分析方法分析的結(jié)論通常用危險(xiǎn)度：極高、高、中等詞句表達(dá)。 表1 1 是定性風(fēng)險(xiǎn)分析的主要描述方法。進(jìn)行定性風(fēng)險(xiǎn)分析主要有以下三個(gè) 方面： 1 ) 按發(fā)生概率予以量化。 第一章緒論 6 2 ) 使用失效樹(shù)( f a u l t1 k e ) 的推理方法。 3 ) 專家系統(tǒng)。專家評(píng)估可以和上述幾種定性分析工作相結(jié)合。進(jìn)一步提高 定性風(fēng)險(xiǎn)分析的可靠度。 定性風(fēng)險(xiǎn)分析術(shù)語(yǔ)表嗍表1 1 q u a l i 協(xié)t i v er i s k 卸a l y s i sg l o s s a r y 1 曲l e1 1 定量風(fēng)險(xiǎn)分析是建立在風(fēng)險(xiǎn)概率和以資金損失和人員安全為定量指標(biāo)基礎(chǔ) 上的一個(gè)綜合決策系統(tǒng)。 第一章緒論 7 1 ) m o r g 蛆( 1 9 9 2 ) 用以下的條件概率計(jì)算公式來(lái)評(píng)價(jià)一個(gè)獨(dú)立個(gè)體的風(fēng)險(xiǎn)。 r ( n 呵) = = p ( h ) p ( s h ) p ( r s ) v ( i 。，r ) ( 1 2 ) 式中：r ( i n ) 為一個(gè)獨(dú)立個(gè)體發(fā)生人員傷亡的年頻率，p ( 哪為路基邊坡失穩(wěn)的 年發(fā)生頻率；p ( s h ) 為災(zāi)害的空間破壞頻率( 例如路基滑塌對(duì)一定距離的建筑物的 影響) ；p ( t s ) 為考慮時(shí)間效應(yīng)影響的概率；v ( i 仃) 為個(gè)體的脆弱程度。 2 ) 對(duì)于資金的損失，評(píng)估公式為： p ( r ) = p ( 田p ( s h ) v ( p s ) e ( 1 3 ) 式中：p ( r ) 為以貨幣為單位的每年資金的損失，相應(yīng)個(gè)體是長(zhǎng)久存在的，還是臨時(shí)的， 此值就有明顯的不同。v ( p ，s ) 為建筑物對(duì)路基滑坡風(fēng)險(xiǎn)的脆弱程度。e 為以貨幣 為單位的損失，其余變量定義同上式( 1 2 ) 4 在公路路基沉降研究方面一1 對(duì)高填方路基或填筑在軟土地基上的路堤，控制路基固結(jié)度、路基的沉降速 率和工后沉降量是直接影響高等級(jí)公路建成后路面質(zhì)量、行車舒適度、使用壽命 等的關(guān)鍵性問(wèn)題。為此國(guó)內(nèi)外許多技術(shù)人員進(jìn)行了深入的研究，但主要側(cè)重點(diǎn)是 基于填方填料本身的工程性質(zhì)預(yù)測(cè)路基沉降量，他們提出了許多計(jì)算高填方沉降 量與時(shí)間關(guān)系的的方法，主要包括兩個(gè)方面： 通過(guò)對(duì)路基的土樣做試驗(yàn)來(lái)獲取路基填土的參數(shù)，同時(shí)選擇合適的計(jì)算模 型來(lái)計(jì)算路基的沉降量 1 ) 經(jīng)典沉降計(jì)算方法 經(jīng)典的沉降計(jì)算方法認(rèn)為在荷載作用下地基中附加應(yīng)力場(chǎng)是根據(jù)半無(wú)限空 間各向同性彈性體理論計(jì)算的，將沉降從變形機(jī)理角度分為瞬時(shí)沉降、固結(jié)沉降 和次固結(jié)沉降三部分，而最終沉降量等于這三者之和。瞬時(shí)沉降包括兩部分：一部 分是由地基的彈性變形產(chǎn)生的，另一部分則由地基塑性區(qū)的擴(kuò)展，繼而擴(kuò)大所產(chǎn) 生的側(cè)向剪切位移引起的。目前有關(guān)瞬時(shí)沉降的計(jì)算方法，均針對(duì)前一部分而言， 對(duì)于路基而言，瞬時(shí)沉降是在體積不變情況下由負(fù)載區(qū)域下的土體剪應(yīng)變而引起 的。對(duì)于固結(jié)沉降常采用分層總和法計(jì)算，次固結(jié)沉降常采用分層總和法根據(jù)蠕 變?cè)囼?yàn)確定參數(shù)求解。 雖然這種方法能夠?qū)β坊某两颠M(jìn)行計(jì)算，但該方法的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的選取會(huì)因 人而異，從而導(dǎo)致結(jié)果的差異。造成這種情況的原因是多方面的，首先是目前流 行的以太沙基理論為基礎(chǔ)的一維固結(jié)理論不僅不能反映造成沉降的三維影響，而 且，假定荷載瞬間施加，其加載與實(shí)際不符，必然使得計(jì)算的沉降歷程與實(shí)際的 沉降歷程不符，即使通過(guò)轉(zhuǎn)換時(shí)間零點(diǎn)和逐級(jí)疊加等方法也缺乏可靠的理論基礎(chǔ)。 第一章緒論 8 其次是目前的理論還不能有效地引入側(cè)向變形和次固結(jié)的影響，因而計(jì)算的最終 沉降比實(shí)測(cè)沉降資料推算的最終沉降小，必須用一個(gè)沉降系數(shù)進(jìn)行修正。 2 ) 有限元法 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，大型數(shù)值計(jì)算越來(lái)越容易，有限元法也取得了 飛速的發(fā)展。該方法是將地基和結(jié)構(gòu)作為一個(gè)整體來(lái)分析，將其劃分網(wǎng)格，形成 離散體結(jié)構(gòu)，在荷載作用下算得任意時(shí)刻地基和結(jié)構(gòu)各點(diǎn)的位移和應(yīng)力。其中基 礎(chǔ)底面的豎向位移就是所要求的沉降。它所依據(jù)的試驗(yàn)是三軸壓縮試驗(yàn)。該方法 可以將地基作為二維或三維問(wèn)題來(lái)考慮，反映了側(cè)向變形的影響。它可以考慮土 體應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的非線性特性，采用非線性彈性的本構(gòu)模型，或者彈塑性本構(gòu)模 型。 從計(jì)算方法上來(lái)說(shuō)，這是一種較為完善的方法。它的缺點(diǎn)是計(jì)算工作量大， 參數(shù)的選取對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響很大，尤其是一些須經(jīng)過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定的參數(shù)如滲透 系數(shù)等，因室內(nèi)試驗(yàn)受諸多因素的影響，使得與實(shí)測(cè)值差異很大，而且要做三軸 排水試驗(yàn)。 通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)的沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以獲得沉降規(guī)律，從而預(yù)測(cè)路基的沉降量 1 ) 指數(shù)曲線配合法( 三點(diǎn)法) 由于所用三點(diǎn)法選定的任意性，往往會(huì)使推算結(jié)果帶有人為的誤差。而大量 的工程實(shí)例應(yīng)用表明，該模型后期確實(shí)擬合較好，但對(duì)前期沉降擬合不夠穩(wěn)定。 其擬和出來(lái)的結(jié)果偏小。 - “三點(diǎn)法”只能推算三個(gè)參數(shù)，即地基的最終沉降量瓦，瞬時(shí)沉降蜀和固結(jié) 參數(shù)，這樣就把另一固結(jié)參數(shù)口視為常數(shù)。 2 ) 雙曲線配合法 對(duì)于高壓縮性軟粘土來(lái)說(shuō)，其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系明顯呈非線性，所以某些軟土的 實(shí)際壓縮過(guò)程不一定符合指數(shù)曲線關(guān)系。根據(jù)實(shí)測(cè)沉降曲線的實(shí)際形態(tài)近似于一 條雙曲線，采用雙曲線來(lái)配合后，通過(guò)曲線外延來(lái)推得未知某時(shí)刻的沉降量或最 終沉降量。 雙曲線法是一種經(jīng)驗(yàn)方法，推算原理不強(qiáng)，理論性不夠明確，也會(huì)因?qū)崪y(cè)沉 降時(shí)間不夠，無(wú)法用雙曲線法推測(cè)，但比較簡(jiǎn)單明了，所以有一定的實(shí)用性。該 法和指數(shù)曲線模型類似，需要有較長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)資料，否則造成推算值存在較大 偏差。使用雙曲線擬和出的沉降結(jié)果偏大。一些科研人員通過(guò)工程實(shí)例的比較分 第一章緒論 9 析，認(rèn)為雙曲線更適合推算軟粘土的沉降發(fā)展。 3 ) 拋物線法 拋物線法是河海大學(xué)的許永明博士等【5 帳據(jù)滬寧高速公路長(zhǎng)期的工后沉降觀 測(cè)資料，總結(jié)地基沉降規(guī)律，提出的一種新方法，還待工程實(shí)際的應(yīng)用及驗(yàn)證。 4 ) 泊松曲線法 宰金珉教授在研究沉降與時(shí)間的關(guān)系時(shí)得出全過(guò)程的沉降量與時(shí)間的關(guān)系。 通過(guò)幾個(gè)工程的實(shí)踐，泊松曲線能較好的反映全過(guò)程的沉降量與時(shí)間的“s ”形關(guān) 系，但主要研究都是針對(duì)一級(jí)線性加載或近似一級(jí)線性加載情況，對(duì)于多級(jí)加載 情形還值得進(jìn)一步研究。 5 1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法 近年來(lái)，有些學(xué)者利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)a n n ( a r t m c i a ln e u m ln e 咐o r k s ) 較強(qiáng)的 非線性映射能力和學(xué)習(xí)能力，提出基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高速公路路基沉降預(yù)測(cè)方 法。利用實(shí)測(cè)資料直接建模，選擇a n n 數(shù)十種模型之一的b p ( b a c kp r o p a g a t i o n ) 網(wǎng)絡(luò)，即反向誤差傳播網(wǎng)絡(luò)模型來(lái)分析路基沉降?？紤]到路基沉降受諸多因素的 影響，從中選出1 2 個(gè)具有代表性的參數(shù)作為網(wǎng)絡(luò)的輸入，選用路基中線下地表最 終沉降量做為網(wǎng)絡(luò)的輸出。用該模型進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，只需將待測(cè)點(diǎn)的影響參數(shù)輸入 網(wǎng)絡(luò)，即可得到預(yù)測(cè)結(jié)果。該方法對(duì)高度復(fù)雜和高度非線性的土工結(jié)構(gòu)進(jìn)行直接 建模，能很好地反映軟土路基的沉降規(guī)律。但是該法對(duì)多級(jí)荷載下的路堤沉降預(yù) 測(cè)，特別是沉降一時(shí)間曲線上有明顯“臺(tái)階現(xiàn)象”的情形適用性較 差。 d 遺傳算法 地基沉降非線性模型的參數(shù)識(shí)別實(shí)質(zhì)上是一個(gè)優(yōu)化問(wèn)題，而建立在種群遺傳 和自然選擇的基礎(chǔ)上，模擬了自然界“物競(jìng)天擇，適者生存”的遺傳算法是處理 復(fù)雜優(yōu)化問(wèn)題的理想方法。 遺傳算法是一種具有高度并行、隨機(jī)、自適應(yīng)搜索的新計(jì)算方法。它同常規(guī) 的優(yōu)化方法相比，遺傳算法不直接和模型參數(shù)打交道，而是處理代表參數(shù)的編碼： 遺傳算法在整個(gè)操作過(guò)程中，同時(shí)控制著一個(gè)解群，而不是局限于一個(gè)點(diǎn)，這就 大大提高了搜索效率，并避免陷入局部極值：求解時(shí)，不計(jì)算目標(biāo)函數(shù)的微分，故 對(duì)目標(biāo)函數(shù)和約束條件沒(méi)有苛刻要求，這在處理高度非線性問(wèn)題方面與傳統(tǒng)方法 比較，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。遺傳算法在我國(guó)公路工程界的應(yīng)用較少，需要更多的工 程實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證。 7 ) 灰色理論預(yù)測(cè)法”嘞3 第一章緒論 l o 針對(duì)高填路基和軟土地基路堤容易出現(xiàn)工后沉降，導(dǎo)致路面破壞或路堤與 橋、涵等結(jié)構(gòu)物差異沉降，影響行車安全這一情況，分析沉降量一時(shí)間關(guān)系的計(jì) 算方法，考慮路基質(zhì)量控制中存在“灰現(xiàn)象”，利用灰色系統(tǒng)理論來(lái)預(yù)測(cè)沉降值。 通過(guò)利用灰色模型簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)沉降的發(fā)展趨勢(shì)，推算預(yù)報(bào)各結(jié)構(gòu)層次的施 工時(shí)間表，加快工程進(jìn)度，確保路基施工的工程質(zhì)量。雖然對(duì)路基填土過(guò)程和恒 載后的沉降均進(jìn)行了模型構(gòu)建，但只針對(duì)恒載后的工后沉降進(jìn)行了計(jì)算、預(yù)測(cè)、 分析，未涉及到路堤施工期的沉降計(jì)算，考慮荷載變化的路基沉降灰色g m ( 1 ，1 ) 模型應(yīng)用還待深入研究。 8 ) 模糊綜合評(píng)判法 應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)方法中的模糊綜合判斷原理，對(duì)多因素影響的沉降進(jìn)行分析探 討，判斷最終沉降量以進(jìn)行預(yù)報(bào)和控制。當(dāng)影響路基的最終沉降量的因素較多且 具有模糊性時(shí)，可應(yīng)用多級(jí)模糊綜合評(píng)判法，其主要思路是先把每一個(gè)因素分為 若干等級(jí)，如：好、較好、一般、較差、差等5 個(gè)等級(jí)，建立每個(gè)因素及其各個(gè)等 級(jí)論域上的模糊集，然后通過(guò)對(duì)一個(gè)因素進(jìn)行綜合評(píng)判，實(shí)現(xiàn)一個(gè)因素的單因素 評(píng)判處理因素的模糊性，最后對(duì)所有因素進(jìn)行綜合評(píng)判得到評(píng)判結(jié)果。當(dāng)因素具 有多個(gè)層次時(shí)可先按最低層次的各個(gè)因素進(jìn)行綜合評(píng)判，一層一層依次向上評(píng)， 一直評(píng)判到最高層次，得出總的評(píng)判結(jié)果。其主要步驟及過(guò)程是先建立因素集、 備擇集、權(quán)重集再根據(jù)等級(jí)評(píng)價(jià)矩陣來(lái)模糊綜合評(píng)判確定沉降量。由于路基沉降 是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，考慮因素很多，其權(quán)數(shù)主要靠人的主觀判斷，當(dāng)因素很多時(shí)很 難判斷準(zhǔn)確，故進(jìn)行綜合評(píng)判時(shí)有一定誤差。 1 2 2 存在的問(wèn)題 通過(guò)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料可知，在公路路基高填方邊坡穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)分析研究方 面，有了較為豐富的理論方法，在實(shí)際工程中也得到了應(yīng)用。在公路路基高填方 沉降預(yù)測(cè)方面，方法和理論有了很多創(chuàng)新和改進(jìn)，包括有確定性的和不確定性的 方法。 但這些研究中還存在許多需要補(bǔ)充和解決的問(wèn)題，如： ( 1 ) 學(xué)者們針對(duì)高填路基的沉降問(wèn)題，基于填方填料本身工程性質(zhì)的不確定 性，運(yùn)用各種理論方法對(duì)路基沉降量進(jìn)行預(yù)測(cè)。但較少涉及到造成路基 不均勻沉降的大量不確定因素的風(fēng)險(xiǎn)分析，較少?gòu)穆坊ㄔO(shè)過(guò)程中，考 慮到各個(gè)影響因素( 自然環(huán)境因素，人為因素等) 對(duì)路基不均勻沉降的 影響程度。 ( 2 ) 較少涉及到對(duì)現(xiàn)行路基設(shè)計(jì)理論本身的不確定分析研究。例如，在路基 第一章緒論 擋墻設(shè)計(jì)理論中，對(duì)填方填土參數(shù)的假設(shè)與實(shí)際工程是否具有較大的差 異性? 基于此不同程度的差異，設(shè)計(jì)理論計(jì)算得到的路基擋墻可靠度能 否與實(shí)際工程一致? ( 3 ) 不確定分析方法在對(duì)路基不均勻沉降分析時(shí)，由于目前其理論上尚不完 善，主觀判斷因素較強(qiáng)，還不能將定性分析和定量分析很好地結(jié)合起來(lái)， 有一定的局限性。因此，應(yīng)進(jìn)行大量的理論及應(yīng)用研究工作，引入新的 理論與現(xiàn)有理論互補(bǔ)，才使其能盡早、更客觀地應(yīng)用于工程實(shí)踐。 ( 4 ) 對(duì)路基不均勻沉降影響因素的分析，在國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中較少提及到各個(gè)影 響因素( 自然環(huán)境、人為因素，工程本身等等) 對(duì)沉降狀態(tài)的綜合影響 規(guī)律。 ( 5 ) 對(duì)填方路基質(zhì)量的控制，目前許多文獻(xiàn)都是在路基建設(shè)完成或路基病害 出現(xiàn)之后，才予以實(shí)施，其治理費(fèi)用相當(dāng)昂貴。而在填方路基建設(shè)階段 ( 設(shè)計(jì)、施工階段) 運(yùn)用預(yù)警管理理論進(jìn)行路基質(zhì)量控制的研究，在筆 者所查閱的文獻(xiàn)中沒(méi)有具體提及到。 1 3 本文研究?jī)?nèi)容及意義 1 3 1 本文研究?jī)?nèi)容 國(guó)內(nèi)外對(duì)高等級(jí)公路填方路基質(zhì)量問(wèn)題研究的成果比較多，但也存在上節(jié)中 提到的一些需要補(bǔ)充和解決的問(wèn)題，如：運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)分析理論在路基建設(shè)全過(guò)程中， 對(duì)影響填方路基質(zhì)量的各個(gè)不確定因素進(jìn)行辨識(shí)、估計(jì)、評(píng)價(jià)、預(yù)警管理。 本文以高等級(jí)公路填方路基質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)分析與預(yù)警管理作為主要研究?jī)?nèi)容?？?慮到路基不均勻沉降和路基擋墻失穩(wěn)是兩個(gè)最具有代表性的路基質(zhì)量問(wèn)題，而且 對(duì)公路的運(yùn)營(yíng)安全和工程造價(jià)有較大的影響。所以作者分別從這兩個(gè)方面著手： ( 1 ) 路基擋墻失穩(wěn)方面： 對(duì)影響路基擋墻失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行辨識(shí)。 針對(duì)路基擋墻失穩(wěn)的工程案例，運(yùn)用m c 方法對(duì)路基擋墻設(shè)計(jì)理論 中不確定性因素進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)分析，通過(guò)估計(jì)擋墻失效概率說(shuō)明路基 擋墻填土參數(shù)的空間差異對(duì)擋墻穩(wěn)定性的影響是非常大的。 ( 2 ) 路基不均勻沉降方面： 基于大量公路不均勻沉降病害的案例，對(duì)路基不均勻沉降的風(fēng)險(xiǎn)影 響因素進(jìn)行辨識(shí)。 第一章緒論1 2 初次引入了粗糙集理論，建立了路基不均勻沉降風(fēng)險(xiǎn)分析決策表模 型。運(yùn)用該模型有效地對(duì)路基不均勻沉降的影響因素進(jìn)行排序，得主 要風(fēng)險(xiǎn)因素，并獲取影響因素的綜合影響規(guī)則。 采用預(yù)警管理理論，建立填方路基質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警管理系統(tǒng)，應(yīng)用到 類似在建工程中。以路基不均勻沉降為例，利用其綜合影響規(guī)則對(duì) 其不均勻沉降狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到沉降狀態(tài)值。從而對(duì)在建項(xiàng)目進(jìn) 行路基不均勻沉降監(jiān)測(cè)預(yù)警管理，針對(duì)各種沉降狀態(tài)，及時(shí)采取防 治措施。這具有較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用參考價(jià)值。 論文的框架如下圖： 1 3 2 本文的創(chuàng)新點(diǎn) 圖1 5 論文框架圖 f i g i 】1 5f h m eo f t h et l l e s i s ( 1 ) 運(yùn)用m c 方法對(duì)路基擋墻設(shè)計(jì)理論中不確定因素進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)； ( 2 ) 在路基不均勻沉降的影響因素風(fēng)險(xiǎn)分析中，引入粗糙集理論作為一次 新的嘗試。 ( 3 ) 建立填方路基質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警管理系統(tǒng)，并用v b 語(yǔ)言編寫(xiě)應(yīng)用程序。 第二章公路填方路基質(zhì)鼉問(wèn)題特性研究與風(fēng)險(xiǎn)分析 1 3 第二章公路填方路基質(zhì)量問(wèn)題特性研究與風(fēng)險(xiǎn)分析 公路工程填方路基質(zhì)量主要表現(xiàn)在路基整體穩(wěn)定性、足夠的強(qiáng)度和足夠的水 溫穩(wěn)定性。但由于存在大量影響填方路基質(zhì)量的不確定因素，那么路基質(zhì)量的控 制可視為路基質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的管理。在本章中，作者主要分析研究了填方路基質(zhì)量問(wèn) 題的特性，并闡述了填方路基質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)分析理論，為后面各章節(jié)的內(nèi)容提供了理 論依據(jù)。 2 1 公路填方路基質(zhì)量問(wèn)題的特性研究 2 1 1 公路填方路基質(zhì)量問(wèn)題的特點(diǎn) 公路路基建設(shè)的直接目的是為公路工程服務(wù)，是路面的基礎(chǔ)。路基質(zhì)量的優(yōu) 劣是評(píng)定公路路基功能的重要指標(biāo)。公路路基的質(zhì)量關(guān)系著公路工程建設(shè)的成敗 與安危，會(huì)對(duì)整個(gè)工程的可行性、安全性及經(jīng)濟(jì)性等起著重要的制約作用，并在 很大程度上影響公路工程的建設(shè)投資及使用效益。 而公路路基裸露在大氣中，經(jīng)受著土體自重、行車荷載和各種自然因素的作 用，路基的各個(gè)部分將產(chǎn)生變形。路基的變形可分為可恢復(fù)變形和不可恢復(fù)變形， 路基的不可恢復(fù)將引起路基標(biāo)高和邊坡坡度、形狀的改變。嚴(yán)重時(shí)，造成土體位 移，危及路基的整體性和穩(wěn)定性，造成路基出現(xiàn)各種質(zhì)量病害。 公路路基質(zhì)量主要表現(xiàn)在三個(gè)方面： ( 1 ) 足夠的整體穩(wěn)定性。路基是直接在地面上填筑或挖去一部分地面而建 成的。路基修建后，改變了原地面的天然平衡狀態(tài)。在工程地質(zhì)不良的地區(qū)，修 建路基可能加劇原地面的不平衡狀態(tài)，從而導(dǎo)致路基發(fā)生各種破壞現(xiàn)象。防止路 基結(jié)構(gòu)在行車荷載及自然因素作用下發(fā)生整體失穩(wěn)、不允許的變形或破壞，則必 須采取一定的措施來(lái)保證路基整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。保證路基穩(wěn)定性的措施之一就 是設(shè)置路基擋墻。 ( 2 ) 足夠的強(qiáng)度。路基的強(qiáng)度是指路基抵抗變形與破壞的能力。行車荷載 以及路基路面的自重使路基本體和地基產(chǎn)生一定的變形。較大的變形會(huì)影響路面 的使用功能。特別是路基不均勻沉降，將直接導(dǎo)致路面的不均勻沉降，降低路面 平整度，同時(shí)，這也是路面早期破損的重要原因。為保證路基在外力作用下不 致產(chǎn)生超過(guò)允許范圍的變形，就要求路基應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度。 ( 3 ) 足夠的水溫穩(wěn)定性。路基的水溫穩(wěn)定性是指路基在水和溫度的作用下 保持其強(qiáng)度的能力。路基在地面水和地下水的作用下，其強(qiáng)度將會(huì)顯著降低。特 第二章公路填方路基質(zhì)暈河題特性研究與風(fēng)險(xiǎn)分析1 4 別是季節(jié)性冰凍地區(qū)，由于水溫狀況的變化，路基將發(fā)生周期性凍融作用，形成 凍脹和翻漿，使路基強(qiáng)度急劇下降。因此，對(duì)路基不僅要求具有足夠的強(qiáng)度，而 且還應(yīng)保證在最不利的水溫狀況下，強(qiáng)度不致顯著降低。這就是路基水溫穩(wěn)定性 的要求。 一般地，公路路基由填方路基和挖方路基兩個(gè)部分組成。但填方路基與挖方 路基相比，兩者主體存在著較大的差異。挖方路基是人為地開(kāi)挖自然環(huán)境中的巖 土所形成的路顰。而填方路基是人為地填筑巖土形成的路堤。一般情況下挖方路 基和填方路基的巖土參數(shù)和工程性質(zhì)會(huì)有較大的差異。主要表現(xiàn)在挖方路基巖土 力學(xué)性質(zhì)相對(duì)較好，路基穩(wěn)定性好，能夠滿足公路工程的技術(shù)要求。而填方路基 的主體主要為人工填筑巖土體。由于人工、機(jī)械、環(huán)境等局限性，人工填土的土 體工程性質(zhì)相對(duì)較差，路基穩(wěn)定性亦然。所以填方路基質(zhì)量問(wèn)題中存在的不確定 因素相對(duì)于挖方路基更多，更復(fù)雜，在高等級(jí)公路路基質(zhì)量問(wèn)題中所占的比例更 大。 對(duì)于挖方路基，其質(zhì)量問(wèn)題主要表現(xiàn)在挖方高邊坡的穩(wěn)定性方面。對(duì)于填方 路基，其質(zhì)量問(wèn)題包括路基不均勻沉降、路基擋土墻失穩(wěn)破壞、填方路基邊坡失 穩(wěn)破壞這三個(gè)方面。 作者考慮到時(shí)間、篇幅有限并且填方路基更具有公路路基代表性，本文以填 方路基質(zhì)量作為研究對(duì)象。 2 1 ，2 填方路基質(zhì)量的控制參數(shù)和代表陛質(zhì)量問(wèn)題 填方路基質(zhì)量的主要控制參數(shù)包括：路基穩(wěn)定性、路基強(qiáng)度、路基彎 沉指標(biāo)、路基沉降量、路基水溫穩(wěn)定性。 常見(jiàn)的填方路基質(zhì)量病害主要包括：路基不均勻沉降、路基擋土墻失穩(wěn)和填 方路基邊坡失穩(wěn)滑塌。 其中路基不均勻沉降病害幾乎能反映出填方路基質(zhì)量所有的控制參數(shù)，如路 基強(qiáng)度、沉降量、水穩(wěn)定性等等。路基擋土墻失穩(wěn)會(huì)直接影響到填方路基的整體 穩(wěn)定性，甚至造成破壞性災(zāi)難。而由于這兩方面路基質(zhì)量問(wèn)題存在性比較普遍， 所以在填方路基質(zhì)量問(wèn)題中，路基不均勻沉降和擋墻失穩(wěn)是其最主要的兩個(gè)質(zhì)量 問(wèn)題。 本文主要圍繞路基不均勻沉降和擋墻失穩(wěn)這兩方面的填方路基質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行 風(fēng)險(xiǎn)分析研究，具有較強(qiáng)的代表性。 下一節(jié)將針對(duì)填方路基質(zhì)量問(wèn)題從風(fēng)險(xiǎn)的角度分析研究。 第二章公路填方路基質(zhì)鼉問(wèn)題特性研究與風(fēng)險(xiǎn)分析 1 5 2 2 公路填方路基質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的特點(diǎn) 公路填方路基作為重要的巖土工程，由于大量不確定因素的作用，其質(zhì)量風(fēng) 險(xiǎn)的存在是為人們所共識(shí)的。早在1 9 6 5 ，美國(guó)學(xué)者的c a s a g r a n d e ”1 就指出，風(fēng)險(xiǎn) 作為一種用來(lái)考慮和評(píng)估工程實(shí)踐中由諸多不確定因素導(dǎo)致的工程質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的一 種手段時(shí)，是所有巖土工程中先天固有的。而在當(dāng)今的工程技術(shù)還沒(méi)有發(fā)展到能 準(zhǔn)確確定這些因素的情況下，工程技術(shù)人員已經(jīng)清醒地意識(shí)到風(fēng)險(xiǎn)在工程實(shí)踐中 的先天存在性，并運(yùn)用安全與經(jīng)濟(jì)相平衡的原則對(duì)工程質(zhì)量的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析計(jì)算。 這一工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的思想，就構(gòu)成現(xiàn)今公路路基質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的基本理論框架。 公路填方路基質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)與一般的風(fēng)險(xiǎn)比較而言，也有其明顯的特殊性： ( 1 ) 公路路基工程是一個(gè)龐大的單個(gè)建設(shè)項(xiàng)目，其總體質(zhì)量目標(biāo)關(guān)系到公路 工程是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求和滿足使用要求。一旦路基質(zhì)量存在重大問(wèn)題，即意味著 建設(shè)項(xiàng)目的失敗，這將導(dǎo)致投資損失和工期延誤，即工程質(zhì)量一票否決權(quán)。由于 影響路基質(zhì)量目標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)因素很多，所以質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)管理具有極其重要的作用，此 外還要堅(jiān)持科學(xué)性、合法性和提高效率的原則： ( 2 ) 因?yàn)楣仿坊こ痰淖陨硖攸c(diǎn)，導(dǎo)致影響其質(zhì)量目標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)因素種類繁 多，作用機(jī)理復(fù)雜，不易進(jìn)行準(zhǔn)確的識(shí)別。因此相對(duì)其它的風(fēng)險(xiǎn)來(lái)說(shuō)，公路路基 工程質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)管理的難度較大： ( 3 ) 在分析復(fù)雜的風(fēng)險(xiǎn)因素時(shí)，既要全面考慮，防止因?yàn)檫z漏造成風(fēng)險(xiǎn)管 理存在缺陷，從而導(dǎo)致對(duì)路基質(zhì)量目標(biāo)產(chǎn)生影響。同時(shí)又要重點(diǎn)突出，為風(fēng)險(xiǎn)應(yīng) 對(duì)的策略和措施的制定提供切實(shí)可行、符合實(shí)際的依據(jù)： ( 4 )由于公路路基工程建設(shè)復(fù)雜的特點(diǎn)，其風(fēng)險(xiǎn)因素的種類、原因、作用 各不相同。對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法的選用、優(yōu)化直接影響到結(jié)果的精確度和正確性，需 要運(yùn)用準(zhǔn)確、合理的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法對(duì)路基質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)管理模型進(jìn)行計(jì)算、分析。 ( 5 ) 從路基質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的分析、評(píng)價(jià)結(jié)果出發(fā)，需要制定適宜的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)策 略以達(dá)到防范風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生、保障路基建設(shè)正常進(jìn)行的目的。 2 3 公路填方路基質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的分類 公路路基工程建設(shè)階段的活動(dòng)涉及到社會(huì)經(jīng)濟(jì)、政治、法規(guī)、市場(chǎng)、建筑科 學(xué)技術(shù)、各類應(yīng)用科學(xué)及尖端科學(xué)、人們行為、自然環(huán)境、地理、地質(zhì)條件等等 各個(gè)方面。 下面將影響公路填方路基質(zhì)量的風(fēng)險(xiǎn)因素分類。 ( 1 ) 自然風(fēng)險(xiǎn)( n a t u r a lr i s k ) ：由于自然力的作用，造成路基破壞或人員 傷亡的風(fēng)險(xiǎn)。 第二章公路填方路基質(zhì)鼉問(wèn)題特性研究與風(fēng)險(xiǎn)分析 雨水； 氣溫； 風(fēng)力； 洪水； 地質(zhì)條件； 地形： 地震； 地下水： ( 2 ) 人為風(fēng)險(xiǎn)( p e r s o n a lr i s k ) ：由于人的活動(dòng)而帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。人為風(fēng)險(xiǎn)又可 分為行為風(fēng)險(xiǎn)、經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。 行為風(fēng)險(xiǎn)； 經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)； 技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)； 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)： 2 4 公路填方路基質(zhì)量的風(fēng)險(xiǎn)分析 公路填方路基質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)分析是對(duì)填方路基建設(shè)過(guò)程中的影響路基質(zhì)量的各種 風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)、風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)和