地下建筑結(jié)構(gòu)-第五講可靠度分析

1、地下建筑結(jié)構(gòu)可靠度分析地下建筑結(jié)構(gòu)可靠度分析地下建筑結(jié)構(gòu)地下建筑結(jié)構(gòu)本講內(nèi)容本講內(nèi)容地下建筑結(jié)構(gòu)可靠度分析地下建筑結(jié)構(gòu)可靠度分析概述概述地下建筑結(jié)構(gòu)的不確定因素及特點(diǎn)地下建筑結(jié)構(gòu)的不確定因素及特點(diǎn) 地下建筑結(jié)構(gòu)可靠性分析的特點(diǎn)地下建筑結(jié)構(gòu)可靠性分析的特點(diǎn) 可靠性分析的基本原理可靠性分析的基本原理 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例123451. 概述概述概述：概述：1、可靠度分析的必要性、可靠度分析的必要性 地下建筑結(jié)構(gòu)由于其賦存的地層條件、施工環(huán)境和地下建筑結(jié)構(gòu)由于其賦存的地層條件、施工環(huán)境和運(yùn)營的特殊性，在很大程度上存在著隨機(jī)性、離散性和運(yùn)營的特殊性，在很大程度上存在著隨機(jī)性、離散性和不確定性，因而對(duì)地下建

2、筑結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析依靠傳統(tǒng)的不確定性，因而對(duì)地下建筑結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析依靠傳統(tǒng)的確定性力學(xué)、數(shù)學(xué)分析方法就難以準(zhǔn)確地反映其真實(shí)的確定性力學(xué)、數(shù)學(xué)分析方法就難以準(zhǔn)確地反映其真實(shí)的力學(xué)性態(tài)行為。力學(xué)性態(tài)行為。 2、國內(nèi)外可靠度分析現(xiàn)狀1. 地下結(jié)構(gòu)可靠度理論地下結(jié)構(gòu)可靠度理論地下建筑結(jié)構(gòu)的不確定因素及特點(diǎn)地下建筑結(jié)構(gòu)的不確定因素及特點(diǎn)l地層介質(zhì)特性參數(shù)的不確定性l巖土體分類的不確定性 各種巖土體分類法根據(jù)工程服務(wù)部門都有相應(yīng)的一套規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)，各種巖土體分類法根據(jù)工程服務(wù)部門都有相應(yīng)的一套規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)，而這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范本身通常是根據(jù)大量的經(jīng)驗(yàn)確定，因而存在一定的而這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范本身通常是根據(jù)大量的經(jīng)驗(yàn)確定，因而

3、存在一定的不確定性；有時(shí)由于不同工程師對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的理解和處理都不盡相同，不確定性；有時(shí)由于不同工程師對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的理解和處理都不盡相同，因而也可能引起巖土體分類的隨機(jī)性，進(jìn)而導(dǎo)致地下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因而也可能引起巖土體分類的隨機(jī)性，進(jìn)而導(dǎo)致地下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的不確定。上的不確定。 l分析模型的不確定性 1. 地下結(jié)構(gòu)可靠度理論地下結(jié)構(gòu)可靠度理論地下建筑結(jié)構(gòu)的不確定因素及特點(diǎn)地下建筑結(jié)構(gòu)的不確定因素及特點(diǎn)l載荷與抗力的不確定性 l地下結(jié)構(gòu)施工中的不確定因素 l自然條件的不確定性 1. 地下結(jié)構(gòu)可靠度理論地下結(jié)構(gòu)可靠度理論地下建筑結(jié)構(gòu)可靠性分析的特點(diǎn)地下建筑結(jié)構(gòu)可靠性分析的特點(diǎn) l周圍巖土介質(zhì)特性的變異性 地下

4、建筑結(jié)構(gòu)周圍的巖土介質(zhì)是自然界的產(chǎn)物，具有高度的地域差異性；此外，同一地區(qū)，巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)也變化復(fù)雜，具有場(chǎng)的效應(yīng)，是空間和時(shí)間的函數(shù)。 l地下建筑結(jié)構(gòu)規(guī)模和尺寸的影響 所研究的范圍一般均較大，僅僅靠一點(diǎn)或幾點(diǎn)的巖土體的性質(zhì)，不能完全代表整個(gè)巖土工程研究范圍內(nèi)的土的性質(zhì)，而是要考慮空間平均特性，即一定范圍內(nèi)的巖土平均特性。另外，室內(nèi)試驗(yàn)多為小尺寸的試件，而研究范圍的體積與試樣尺寸相比非常大。 1. 地下結(jié)構(gòu)可靠度理論地下結(jié)構(gòu)可靠度理論地下建筑結(jié)構(gòu)可靠性分析的特點(diǎn)地下建筑結(jié)構(gòu)可靠性分析的特點(diǎn) l極限狀態(tài)及失效模式的含義不同 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的極限狀態(tài)分為承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)，而地基基

5、礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的承載能力極限狀態(tài)，既包括整體失穩(wěn)所引起的狹義的承載能力極限狀態(tài)，也包含由于巖土體的局部破壞或者變形過大而導(dǎo)致的上部結(jié)構(gòu)的破壞，即變形的極限狀態(tài)也會(huì)引起承載的極限狀態(tài)，二者不是完全獨(dú)立的，這可以理解為廣義的承載能力極限狀態(tài)。 l極限狀態(tài)方程呈非線性特征l土性指標(biāo)的相關(guān)性 l概率與數(shù)理統(tǒng)計(jì)的理論與方法的應(yīng)用 1. 地下結(jié)構(gòu)可靠度理論地下結(jié)構(gòu)可靠度理論可靠性分析的基本原理可靠性分析的基本原理l結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)和極限狀態(tài)方程結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)和極限狀態(tài)方程 （一）結(jié)構(gòu)的功能要求1.安全性要求安全性要求 2.適用性要求適用性要求 3.耐久性要求耐久性要求 （二）結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)與極限狀態(tài)函數(shù)（二）結(jié)構(gòu)的功

6、能函數(shù)與極限狀態(tài)函數(shù)可靠性分析的基本原理可靠性分析的基本原理 影響可靠性的因素歸納為兩個(gè)綜合量，即結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的荷載效應(yīng)和抗力，定義結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)為： 結(jié)構(gòu)從開始承受荷載直至破壞要經(jīng)歷不同的階段，處于不同的狀態(tài)。從不同的角度出發(fā)，可以有不同的劃分方法。 若從安全可靠的角度出發(fā)，可以區(qū)分為有效狀態(tài)和失效狀態(tài)兩類。其分界，稱為極限狀態(tài)。結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)是結(jié)構(gòu)由有效狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槭У呐R界狀態(tài)。超過了這一狀態(tài)，結(jié)構(gòu)就不能再有效工作，極限狀態(tài)是結(jié)構(gòu)失效的標(biāo)志。如果整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求，則此特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)。SRSRgZ),(可靠性分析的基本原理

7、可靠性分析的基本原理可靠區(qū) 失效區(qū) S圖5-1 結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)R 可靠性分析的基本原理可靠性分析的基本原理可靠性分析的基本原理可靠性分析的基本原理可靠性分析的基本原理可靠性分析的基本原理可靠性分析的基本原理可靠性分析的基本原理可靠性分析的基本原理可靠性分析的基本原理 對(duì)于可靠度指標(biāo)，由于考慮直接應(yīng)用數(shù)值積分方法計(jì)算地下結(jié)構(gòu)的失效概率比較困難，因此實(shí)際中多采用近似方法，為此引入結(jié)構(gòu)可靠指標(biāo)的概念。 假設(shè)R 和S均服從正態(tài)分布，則功能函數(shù)Z也服從正態(tài)分布，其均值和方差為： SRZ22SRZzzzzzfuuZPZPZPp00可靠性分析的基本原理可靠性分析的基本原理其中，其中，Y為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)隨機(jī)變量為標(biāo)

8、準(zhǔn)正態(tài)隨機(jī)變量，（）為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)。）為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)。 結(jié)構(gòu)可靠度指標(biāo)結(jié)構(gòu)可靠度指標(biāo)的物理意義是：從均值到原點(diǎn)以標(biāo)準(zhǔn)差的物理意義是：從均值到原點(diǎn)以標(biāo)準(zhǔn)差z為度為度量單位的距離（標(biāo)準(zhǔn)差的倍數(shù)，即量單位的距離（標(biāo)準(zhǔn)差的倍數(shù)，即z）。）。可靠度指標(biāo)值可靠度指標(biāo)值與與pf是對(duì)應(yīng)的是對(duì)應(yīng)的 ：當(dāng)當(dāng)變小時(shí)變小時(shí)，陰影部分的面積增，陰影部分的面積增大，亦即失效概率大，亦即失效概率pf增大；而增大；而當(dāng)當(dāng)變大時(shí)變大時(shí)，陰影部分的面積減小，陰影部分的面積減小，亦即亦即pf失效概率減小。失效概率減小?？梢宰鳛楹饬拷Y(jié)構(gòu)可靠性的一個(gè)指標(biāo)，一般稱可以作為衡量結(jié)構(gòu)可靠性的一個(gè)指標(biāo)，一般稱為結(jié)構(gòu)可靠性為結(jié)構(gòu)可靠性指

9、標(biāo)指標(biāo) zzuzzuZYzzfuZPp22SRSRuu可靠性分析的基本原理可靠性分析的基本原理可靠性分析的基本原理可靠性分析的基本原理可靠性分析的基本原理可靠性分析的基本原理可靠性分析的基本原理可靠性分析的基本原理地下建筑結(jié)構(gòu)工程可靠度分析劃分為四個(gè)層次：（一）“半經(jīng)驗(yàn)半概率法” 運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法考慮不確定性的影響，通過引入一些經(jīng)驗(yàn)參數(shù)修正系數(shù)對(duì)設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行修正。目前使用的建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GBJ7-89）巖土工程勘察規(guī)范（GB50021-94）等都處于這一層次。（二）“近似概率設(shè)計(jì)法”，可近似給出破壞機(jī)制的失效概率。 一次二階矩法中的中心點(diǎn)法、驗(yàn)算點(diǎn)法以及實(shí)用設(shè)計(jì)法中的中心安全系數(shù)法和

10、分項(xiàng)系數(shù)法等都屬于該層次。可靠性分析的基本原理可靠性分析的基本原理（三）“全概率法” 其特點(diǎn)為運(yùn)用概率統(tǒng)計(jì)理論，得出極限狀態(tài)方程中所有不確定性參數(shù)的聯(lián)合概率分布模型，可以此求解出真實(shí)失效概率?？煽慷确治鲋胁捎玫拿商乜_法（Monte Carlo）模擬法、多重降維解法。 比較理想條件下的簡單問題時(shí)，真正屬于該層次的可靠性計(jì)算才能實(shí)現(xiàn)。（四）“廣義可靠性分析” 即不僅分析設(shè)計(jì)階段的安全性與失效概率，還應(yīng)同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，吸收建筑經(jīng)濟(jì)學(xué)中有關(guān)費(fèi)用與效益分析的理論和成果，分析竣工后地下建筑結(jié)構(gòu)工程體系破壞引起的經(jīng)濟(jì)損失的期望。5.4 5.4 可靠度分析近似方法可靠度分析近似方法中心點(diǎn)法中心點(diǎn)

11、法驗(yàn)算點(diǎn)法驗(yàn)算點(diǎn)法 JCJC法法 結(jié)構(gòu)體系的可靠度分析結(jié)構(gòu)體系的可靠度分析 蒙特卡羅法蒙特卡羅法123451. 概述概述 結(jié)構(gòu)可靠指標(biāo)的定義是以結(jié)構(gòu)功能函數(shù)服從正態(tài)分布或?qū)?shù)正態(tài)分布為基礎(chǔ)的，利用正態(tài)分布概率函數(shù)或?qū)?shù)正態(tài)分布函數(shù),可以建立結(jié)構(gòu)可靠指標(biāo)與結(jié)構(gòu)失效概率間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。 實(shí)際工程中，結(jié)構(gòu)功能函數(shù)可能是非線性函數(shù)，而且大多數(shù)基本隨機(jī)變量并不服從正態(tài)分布或?qū)?shù)正態(tài)分布。結(jié)構(gòu)功能函數(shù)一般也不服從正態(tài)分布或?qū)?shù)正態(tài)分布，實(shí)際上確定其概率分布非常困難，因而不能直接計(jì)算結(jié)構(gòu)的可靠指標(biāo)。1. 概述概述 但確定隨機(jī)變量的特征參數(shù)（如均值、方差等）較為容易，如果僅依據(jù)基本隨機(jī)變量的特征參數(shù)，以及它

12、們各自的概率分布函數(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)可靠度分析，則在工程上較為實(shí)用，這就是可靠指標(biāo)的近似計(jì)算方法。 本節(jié)介紹隨機(jī)變量相互獨(dú)立時(shí)的幾種近似方法，即中心點(diǎn)法、驗(yàn)算點(diǎn)法、JC法、隨機(jī)變量相關(guān)時(shí)的可靠度的分析方法以及蒙特卡羅模擬。1. 地下結(jié)構(gòu)可靠度理論地下結(jié)構(gòu)可靠度理論中心點(diǎn)法中心點(diǎn)法（一）中心點(diǎn)法的基本原理 中心點(diǎn)法是結(jié)構(gòu)可靠度研究初期提出的一種方法，其基本思想其基本思想是首先將非線性功能函數(shù)在隨機(jī)變量的平均值（也稱為中心點(diǎn)）處作泰勒級(jí)數(shù)展開并保留至一次項(xiàng)，然后近似計(jì)算功能函數(shù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，再根據(jù)可靠指標(biāo)的概念直接用功能函數(shù)的平均值（一階矩）和標(biāo)準(zhǔn)差（二階矩）進(jìn)行計(jì)算，因此該方法也稱為均值一次二階矩法

13、。（二）可靠指標(biāo)的幾何意義（二）可靠指標(biāo)的幾何意義 1. 地下結(jié)構(gòu)可靠度理論地下結(jié)構(gòu)可靠度理論中心點(diǎn)法中心點(diǎn)法（三）中心點(diǎn)法的優(yōu)缺點(diǎn)（三）中心點(diǎn)法的優(yōu)缺點(diǎn)中心點(diǎn)法最大的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算簡便，中心點(diǎn)法最大的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算簡便，不需進(jìn)行過多的不需進(jìn)行過多的數(shù)值計(jì)算，可以直接給出可靠指標(biāo)與隨機(jī)變量特征數(shù)值計(jì)算，可以直接給出可靠指標(biāo)與隨機(jī)變量特征參數(shù)之間的關(guān)系，參數(shù)之間的關(guān)系，所得到的用以度量結(jié)構(gòu)可靠程度所得到的用以度量結(jié)構(gòu)可靠程度的可靠度指標(biāo)具有明確的物理概念與幾何意義的可靠度指標(biāo)具有明確的物理概念與幾何意義，對(duì)，對(duì)于于 =l2的正常使用極限狀態(tài)可靠度的分析，較為的正常使用極限狀態(tài)可靠度的分析，較為適用。適用

14、。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：（1）該方法）該方法沒有考慮有關(guān)基本變量分布類型的信息，沒有考慮有關(guān)基本變量分布類型的信息，只是只是直接取用隨機(jī)變量的前一階矩和二階矩；直接取用隨機(jī)變量的前一階矩和二階矩； 當(dāng)實(shí)際的變量分布不同于正態(tài)分布時(shí)，其可靠度（或失效概率）當(dāng)實(shí)際的變量分布不同于正態(tài)分布時(shí)，其可靠度（或失效概率）的計(jì)算結(jié)果必將不同，因而可靠指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果會(huì)有誤差。的計(jì)算結(jié)果必將不同，因而可靠指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果會(huì)有誤差。（2）當(dāng)功能函數(shù)為非線性函數(shù)時(shí)，功能函數(shù)在隨機(jī)變量的當(dāng)功能函數(shù)為非線性函數(shù)時(shí)，功能函數(shù)在隨機(jī)變量的平均值處展開不合理；平均值處展開不合理； 隨機(jī)變量的平均值不在極限狀態(tài)曲面上，展開后的線性極限狀態(tài)

15、隨機(jī)變量的平均值不在極限狀態(tài)曲面上，展開后的線性極限狀態(tài)平面可能會(huì)較大程度地偏離原來的極限狀態(tài)曲面；其近似程度取決于平面可能會(huì)較大程度地偏離原來的極限狀態(tài)曲面；其近似程度取決于線性近似的極限狀態(tài)曲面與真正的極限狀態(tài)曲面之間的差異程度。中線性近似的極限狀態(tài)曲面與真正的極限狀態(tài)曲面之間的差異程度。中心點(diǎn)一般總離開極限狀態(tài)曲面有相當(dāng)?shù)木嚯x，對(duì)非線性功能函數(shù)心點(diǎn)一般總離開極限狀態(tài)曲面有相當(dāng)?shù)木嚯x，對(duì)非線性功能函數(shù)可靠可靠度指標(biāo)的計(jì)算誤差很難避免。度指標(biāo)的計(jì)算誤差很難避免。（3） 對(duì)有相同力學(xué)含義但數(shù)學(xué)表達(dá)式不同的極限狀態(tài)方程，對(duì)有相同力學(xué)含義但數(shù)學(xué)表達(dá)式不同的極限狀態(tài)方程，求得的結(jié)構(gòu)可靠指標(biāo)值可能求得

16、的結(jié)構(gòu)可靠指標(biāo)值可能不同。不同。 1. 地下結(jié)構(gòu)可靠度理論地下結(jié)構(gòu)可靠度理論驗(yàn)算點(diǎn)法驗(yàn)算點(diǎn)法驗(yàn)算點(diǎn)法驗(yàn)算點(diǎn)法驗(yàn)算點(diǎn)法驗(yàn)算點(diǎn)法 驗(yàn)算點(diǎn)法無疑優(yōu)于中心點(diǎn)法，驗(yàn)算點(diǎn)法是求解可靠度指標(biāo)的基礎(chǔ)，但只有在統(tǒng)計(jì)變量是獨(dú)立的正態(tài)變量和具有線性極限狀態(tài)方程的條件下才是精確的。 在地下工程中，隨機(jī)變量并非都服從正態(tài)分布，有的服從極值I型或分布。對(duì)于這類極限狀態(tài)方程的可靠度分析，一般要把非正態(tài)隨機(jī)變量當(dāng)量化或變換為正態(tài)隨機(jī)變量，常采用的方法有3種，即當(dāng)量正態(tài)化法、映射變換法和實(shí)用分析法。 其中當(dāng)量正態(tài)化法是國際結(jié)構(gòu)安全度聯(lián)合委員會(huì)（JCSS）推薦的方法，故簡稱為JC法。限于篇幅，這里對(duì)JC法做以介紹，其余兩種方法可

17、參考有關(guān)文獻(xiàn)。 1. 地下結(jié)構(gòu)可靠度理論地下結(jié)構(gòu)可靠度理論JC法法1. 地下結(jié)構(gòu)可靠度理論地下結(jié)構(gòu)可靠度理論JC法法1. 地下結(jié)構(gòu)可靠度理論地下結(jié)構(gòu)可靠度理論JC法法p 驗(yàn)算點(diǎn)法和驗(yàn)算點(diǎn)法和JC法中，法中，功能函數(shù)中各基本變量之間相互獨(dú)立功能函數(shù)中各基本變量之間相互獨(dú)立。p 但在實(shí)際地下建筑結(jié)構(gòu)工程問題中，影響結(jié)構(gòu)可靠性的隨但在實(shí)際地下建筑結(jié)構(gòu)工程問題中，影響結(jié)構(gòu)可靠性的隨機(jī)變量間可能機(jī)變量間可能存在相關(guān)性存在相關(guān)性，如土的粘聚力與內(nèi)摩擦角之間，如土的粘聚力與內(nèi)摩擦角之間負(fù)相關(guān)，容重與壓縮模量、內(nèi)聚力之間等正相關(guān)。負(fù)相關(guān)，容重與壓縮模量、內(nèi)聚力之間等正相關(guān)。p 隨機(jī)變量間的隨機(jī)變量間的相關(guān)性對(duì)

18、結(jié)構(gòu)的可靠度有明顯的影響，相關(guān)性對(duì)結(jié)構(gòu)的可靠度有明顯的影響，在結(jié)在結(jié)構(gòu)可靠度分析中應(yīng)予以充分考慮。構(gòu)可靠度分析中應(yīng)予以充分考慮。p 一般一般采用協(xié)方差矩陣將相關(guān)變量空間轉(zhuǎn)化為不相關(guān)的變量采用協(xié)方差矩陣將相關(guān)變量空間轉(zhuǎn)化為不相關(guān)的變量空間空間，針對(duì)應(yīng)用最廣泛的，針對(duì)應(yīng)用最廣泛的JC法，考慮隨機(jī)變量的分布類型法，考慮隨機(jī)變量的分布類型和變量之間的相關(guān)性，可采用改進(jìn)的和變量之間的相關(guān)性，可采用改進(jìn)的JC方法進(jìn)行可靠度的方法進(jìn)行可靠度的分析，具體請(qǐng)參考相關(guān)文獻(xiàn)。分析，具體請(qǐng)參考相關(guān)文獻(xiàn)。 1. 地下結(jié)構(gòu)可靠度理論地下結(jié)構(gòu)可靠度理論結(jié)構(gòu)體系的可靠性分析結(jié)構(gòu)體系的可靠性分析 p 地下建筑結(jié)構(gòu)，地下建筑結(jié)構(gòu)

19、，結(jié)構(gòu)構(gòu)成非常復(fù)雜結(jié)構(gòu)構(gòu)成非常復(fù)雜，從構(gòu)件的材料來看，從構(gòu)件的材料來看，有脆性材料、有延性材料，有單一材料、有多種材料；有脆性材料、有延性材料，有單一材料、有多種材料；p 從失效的模式上有多種從失效的模式上有多種，例如，擋土結(jié)構(gòu)的單一失效模式，例如，擋土結(jié)構(gòu)的單一失效模式有：傾覆、滑移和承載力不足三種，或者同時(shí)由這三者的有：傾覆、滑移和承載力不足三種，或者同時(shí)由這三者的組合。組合。p 從結(jié)構(gòu)的構(gòu)件組成的系統(tǒng)來看，從結(jié)構(gòu)的構(gòu)件組成的系統(tǒng)來看，有串聯(lián)系統(tǒng)、有并聯(lián)系統(tǒng)、有串聯(lián)系統(tǒng)、有并聯(lián)系統(tǒng)、也有混聯(lián)系統(tǒng)等。也有混聯(lián)系統(tǒng)等。例如對(duì)有支撐的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，如支撐例如對(duì)有支撐的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，如支撐體系中一

20、根支撐破壞，很有可能導(dǎo)致整個(gè)基坑的失穩(wěn)，基體系中一根支撐破壞，很有可能導(dǎo)致整個(gè)基坑的失穩(wěn)，基坑的支撐系統(tǒng)就是串聯(lián)系統(tǒng)?？拥闹蜗到y(tǒng)就是串聯(lián)系統(tǒng)。1. 地下結(jié)構(gòu)可靠度理論地下結(jié)構(gòu)可靠度理論結(jié)構(gòu)體系的可靠性分析結(jié)構(gòu)體系的可靠性分析 （一） 基本概念1結(jié)構(gòu)構(gòu)件的失效性質(zhì) 構(gòu)成整個(gè)結(jié)構(gòu)的諸構(gòu)件（連接也看成特殊構(gòu)件），由于其材料和受力性質(zhì)的不同，可以分成脆性和延性兩類構(gòu)件。 脆性構(gòu)件是指一旦失效立即完全喪失功能的構(gòu)件。例如，隧道工程中采用的剛性一旦破壞，即喪失承載力。 延性構(gòu)件是指失效后仍能維持原有功能的構(gòu)件。例如，隧道工程中采用的柔性襯砌具有一定的屈服平臺(tái)，在達(dá)到屈服承載力能保持該承載力而繼續(xù)變形。

21、構(gòu)件失效的性質(zhì)不同，其對(duì)結(jié)構(gòu)體系可靠度的影響也將不同。1. 地下結(jié)構(gòu)可靠度理論地下結(jié)構(gòu)可靠度理論結(jié)構(gòu)體系的可靠性分析結(jié)構(gòu)體系的可靠性分析 （一） 基本概念2結(jié)構(gòu)體系的失效模型 結(jié)構(gòu)由各個(gè)構(gòu)件組成，由于組成結(jié)構(gòu)的方式不同以及構(gòu)件的失效性質(zhì)不同，構(gòu)件失效引起結(jié)構(gòu)失效的方式將具有各自的特殊性。但如果將結(jié)構(gòu)體系失效的各種方式模型化后，總可以歸并為三種基本形式，即：串聯(lián)模型、并聯(lián)模型和串-并聯(lián)模型。1. 地下結(jié)構(gòu)可靠度理論地下結(jié)構(gòu)可靠度理論結(jié)構(gòu)體系的可靠性分析結(jié)構(gòu)體系的可靠性分析 （1）串聯(lián)模型）串聯(lián)模型 若結(jié)構(gòu)中任一構(gòu)件失效，則整個(gè)結(jié)構(gòu)也失效，具有這種邏輯關(guān)系的結(jié)構(gòu)若結(jié)構(gòu)中任一構(gòu)件失效，則整個(gè)結(jié)構(gòu)也失

22、效，具有這種邏輯關(guān)系的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可用串聯(lián)模型表示。系統(tǒng)可用串聯(lián)模型表示。 所有的靜定結(jié)構(gòu)的失效分析均可采用串聯(lián)模型。所有的靜定結(jié)構(gòu)的失效分析均可采用串聯(lián)模型。 例如一個(gè)隧道，各個(gè)管片可看一個(gè)串聯(lián)系統(tǒng)，其中每個(gè)管片均可看成串例如一個(gè)隧道，各個(gè)管片可看一個(gè)串聯(lián)系統(tǒng)，其中每個(gè)管片均可看成串聯(lián)系統(tǒng)的一個(gè)元件，只要其中一個(gè)元件失效，整個(gè)系統(tǒng)就失效。對(duì)于靜定結(jié)聯(lián)系統(tǒng)的一個(gè)元件，只要其中一個(gè)元件失效，整個(gè)系統(tǒng)就失效。對(duì)于靜定結(jié)構(gòu)，其構(gòu)件是脆性的還是延性的，對(duì)結(jié)構(gòu)體系的可靠度沒有影響。圖構(gòu)，其構(gòu)件是脆性的還是延性的，對(duì)結(jié)構(gòu)體系的可靠度沒有影響。圖5-6是串是串聯(lián)元件的邏輯圖。聯(lián)元件的邏輯圖。1. 地下結(jié)構(gòu)可靠度

23、理論地下結(jié)構(gòu)可靠度理論結(jié)構(gòu)體系的可靠性分析結(jié)構(gòu)體系的可靠性分析 （2）并聯(lián)模型）并聯(lián)模型 若結(jié)構(gòu)中有一個(gè)或一個(gè)以上的構(gòu)件失效，若結(jié)構(gòu)中有一個(gè)或一個(gè)以上的構(gòu)件失效，剩余的構(gòu)件或與失效的延性構(gòu)件，仍能維持整剩余的構(gòu)件或與失效的延性構(gòu)件，仍能維持整體結(jié)構(gòu)的功能，則體結(jié)構(gòu)的功能，則這類結(jié)構(gòu)系統(tǒng)為并聯(lián)系統(tǒng)。這類結(jié)構(gòu)系統(tǒng)為并聯(lián)系統(tǒng)。超靜定結(jié)構(gòu)的失效可用并聯(lián)模型表示。超靜定結(jié)構(gòu)的失效可用并聯(lián)模型表示。 圖圖5-7并聯(lián)元件的邏輯圖。在輸入與輸出之并聯(lián)元件的邏輯圖。在輸入與輸出之間有間有k條路徑，條路徑，只有在全部路徑都被堵塞時(shí)，整只有在全部路徑都被堵塞時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)才破壞。個(gè)系統(tǒng)才破壞。 對(duì)于并聯(lián)系統(tǒng)，元件的脆

24、性或延性性質(zhì)將對(duì)于并聯(lián)系統(tǒng)，元件的脆性或延性性質(zhì)將影響系統(tǒng)的可靠度及其計(jì)算模型。影響系統(tǒng)的可靠度及其計(jì)算模型。脆性元件脆性元件在在失效后將逐個(gè)從系統(tǒng)中退出工作，因此在計(jì)算失效后將逐個(gè)從系統(tǒng)中退出工作，因此在計(jì)算系統(tǒng)的可靠度時(shí)，系統(tǒng)的可靠度時(shí)，要考慮元件的失效順序要考慮元件的失效順序。而。而延性元件延性元件在其失效后仍將在系統(tǒng)中維持原有的在其失效后仍將在系統(tǒng)中維持原有的功能，因此功能，因此只要考慮系統(tǒng)最終的失效形態(tài)。只要考慮系統(tǒng)最終的失效形態(tài)。 1. 地下結(jié)構(gòu)可靠度理論地下結(jié)構(gòu)可靠度理論結(jié)構(gòu)體系的可靠性分析結(jié)構(gòu)體系的可靠性分析 （3）混合聯(lián)合模型）混合聯(lián)合模型 在延性構(gòu)件組成的超靜定結(jié)構(gòu)中，若結(jié)構(gòu)的最終失效形態(tài)在延性構(gòu)件組成的超靜定結(jié)構(gòu)中，若結(jié)構(gòu)的最終失效形態(tài)不限于一種，則這類結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可用串不限于一種，則這類結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可用串-并聯(lián)模型表示。并聯(lián)模型表示。 1. 地下結(jié)構(gòu)可靠度理論地下結(jié)構(gòu)可靠度理論蒙特卡羅法蒙特卡羅法 完整地研究一個(gè)隨機(jī)變量統(tǒng)計(jì)規(guī)律，應(yīng)給出它的概率分布。 但是，在一個(gè)物理現(xiàn)象中的某一隨機(jī)變量往往要受到多種因素的制約，要嚴(yán)格地從理論上推導(dǎo)該隨機(jī)變量的概率分布是十分困難的，甚至是不可能的。 例如，y=f(X)，已知X1,X2,.Xn的各自的分布，要根據(jù)各隨機(jī)變量X的分布去求出y隨機(jī)變量的分布，一般說來很困難，原因是Xi各自分