湖南科技大学毕业设计（论文）固结压力对地基沉降影响题目的可靠度计算作者空学院土木工程学院专业 工程力学学号 学02060230指导教师检区-00九年六月六日湖南科技大学毕业设计（论文）任务书土木工程学院 工程力学 系（教研室）系（教研室）主任：（签名） 年月日学生姓名:杨学学号:0502060230 专业:工程力学1设计（论文）题目及专题： 固结压力对地基沉降影响的可靠度计算2学生设计（论文）时间：自2009 年3 月15 日开始至 2009 年6 月10 日止3设计（论文）所用资源和参考资料：1）所用资源主要有：湖南科技大学图书管、土 木学院资料室相关资料；网络数据库资源。2）参考资料主要有：结构可靠度理论、岩土工程中地基承载力的可靠度分析、地基沉 降的概率计算方法和可靠度计算、地基及基础、土木工程可靠性理论及其应用等。4设计（论文）应完成的主要内容：1）学习相关知识；阅读与论文内容相关文献；2） 了解有关可靠度分析一些基本概念和原理；3） 了解可靠度的计算方法；熟练掌握其中的 JC法；4）用JC法计算固结压力对地基沉降影响的可靠度。5提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求：1）以论文形式提交；独立完成此论文；按时提交论文；2）论文书写形式、公式、单位、数学符号、图表等排版符合湖南科技大学及土木工程 学院毕业论文规范；3）论文内容的叙述要求条理清晰，有理有据；计算结果合理。6发题时间： 2009 年 3 月 10 日（签名）（签名）指导教师: 学 生:本文较全面地介绍了可靠度的基本概念、计算方法及其应用情况，其中，较系统地 介绍了随机变量相互独立时的JC法。同时，在土力学的相关知识上，阐述了前期固结 压力对地基沉降的影响。最后，结合工程实例运用JC法计算对由于正常压密黏土层引起地基沉降的失效概率。关键词：可靠度；JC法；地基沉降结构可靠度的分析方法主要是将结构系统计算中的量值视为随机量，用可靠指标来 明确的表示可靠度本文较系统的介绍了结构可靠度的基本概念， 将结构设计中的一切变量视为司机变 量，以可靠指标作为结构可靠度设计的依据。简要阐述了结构可靠度的相关数学基础和 计算方法，重点在一次二阶矩中心点法的基础上，建立了挡土墙结构稳定性的可靠度分 析模型，并以一挡土墙为例，说明了其稳定性的可靠度分析的具体方法。本文较系统的介绍了结构可靠度的理论，简要阐述了可靠度的计算方法，重点介绍了运用贝叶斯法 (Baye9求解岩石边坡可靠度的问题。同时，对边坡及其稳 定性的基本概念作了简单点介绍。在计算实例中利用贝叶斯方法对断层带抗剪强度 参数进行分析，其可靠度分析采用离散化降维解法，从而求得可靠度。ABSTRACTIn this paper,there is a more comprehensive introduction to the basic concepts of reliabilitycalculation methods and its application,including a more systematic introduction to random variables independent of each other at the time of JC method.At the same time,in the knowledge of soil mechanics,the paper elaborate the pre-consolidation pressure on the impact of foundation settlement.Finally,combining project examples the paper use JC method calculate the failure probability of foundation settlement as a result of normal compaction of clay layers.Keywords: Reliability;JC method; Foundation settlement目 录第一章前言 1第二章绪论 2可靠度的含义 22.2影响工程结构可靠性的三种不确定性 22事物的随机性 22事物的模糊性 32事物知识的不完善性 3结构可靠度理论的发展历史及工程应用 42.4 结构可靠度分析的过程、目的和意义 62.5 地基沉降的可靠度分析 82 地基沉降可靠度概念 82 地基沉降可靠度分析特点 8第三章结构可靠度分析93.1 结构设计中的变量 93.2 结构的极限状态 93.3 结构可靠度 93.4 结构可靠指标 13第四章结构可靠度的计算方法 144.1一次二阶矩方法 144中心点法 144验算点法（JC法） 154映射变换法 254.1.4 实用分析法 254.2 二次二阶矩法 254.3 二次四阶矩法 254.4 广义随机空间内的可靠度计算方法 254.5 可靠度分析的数值方法 264 响应面法 264 随机有限元法 264 Monte-carlo 方法 26第五章地基沉降的可靠度计算285.1 前期固结压力对沉降的影响 285.2 算例（JC 法） 30第六章总结 34参考文献 35致谢 36第一章前言不确定性普遍存在于土木工程的设计与分析之中，能否合理、准确、可靠地处理不确定因素，不仅关系到工程的安全与可靠，而且也直接影响工期与投资。随着我国国民经济的迅速发展，建立在确定性分析基础上的设计方法越来越不能适应现代化大规模复 杂土木工程体系分析与设计。工程结构可靠性理论是一门涉及多学科并与工程应用有着密切关系的学科，对结构设计能否符合安全可靠、耐用适用、经济合理、技术先进、确保质量的要求，起着重要 的作用。近20年来结构工程可靠度设计进入了实质性应用阶段；同时，先后制定了铁路、 公路、港口、水利等工程可靠度设计统一标准， 为岩土工程可靠性设计逐步进入实用阶 段奠定了基础。本文是针对工程结构可靠度，概括其现今存在的各种计算方法以及其应用情况和发 展前景。这些方法包括有一次二阶矩法、二次二阶矩法、二次四阶矩法、广义随机空间 内的可靠度计算方法、可靠度分析的数值方法。其中重点介绍一次二阶矩法中的JC法的原理、基本的数学处理方法、以及在工程中的应用。在本文的编写过程中，通过对结构可靠度理论的深入学习，能够清楚的了解结构的 可靠度的基本概念，研究意义和发展现状和所取得的成果， 能够对结构可靠度的各种计 算方法有了清晰的认识，清楚他们的理论基础，以及他们的各自的优缺点，会用结构可 靠度计算方法中的JC法来解决实际问题，同时也了解了前期固结压力对沉降的影响。第二章绪论2.1可靠度的含义钢、木、砖石、混凝土及钢筋混凝土等建造的工业与名用建筑的承重结构，公路和 铁路的桥梁、涵洞，港口工程的码头，水利工程的堤坝、渡槽、水闸，给水排水构筑物 的水池、水管等，统称为结构工程。它们在相当长的使用期内，需要安全可靠地承受设 备、人群、车辆等使用荷载，经受风、雪、冰、雨、日照或是波浪、水流、土压力、地 震等自然环境作用。它们的安全可靠与否，不仅影响工农业生产，而且还常常关系到人 身安危。特别是一些重要的纪念性建筑物，作为一个时代的文化特征，将流传后世，对 安全可靠、适用、美观、耐久等方面，有更高的要求。工程结构的设计大致可以分为两个步骤：第一步是调查研究，分析对比，在满足预 定功能的条件下，进行可行性分析，选择合理的结构总体布置、结构方案和型式；第二 步是根据选定的结构型式，设计结构各构件的截面和可行的施工方案。 第二步的内容中， 设计部分主要包括结构或构件截面内力或应力的分析，以及根据截面的内力或应力，选择截面尺寸，确定材料用量等，通常称为结构计算。截面或构件的设计，应使所设计的结构在设计基准期内，经济合理地满足下列要求： 能承受正常施工和正常使用期间可能出现的各种作用（包括荷载及外加变形或约束变 形）；在正常使用时具有良好的工作性能；在正常维修和养护下，具有足够的耐久 性；在偶然事件（如地震、爆炸、龙卷风等）发生时及发生后，能够保持必要的整体 稳定性。1结构的安全性和可靠性是有区别的。 如上述要求的第、项，关系到人身财产安 全，属于结构的安全性；第项关系到结构的适用性，第项关系到结构的耐久性。安 全性、适用性和耐久性三者总称为结构的可靠性。用来度量可靠性的指标称为可靠度。 可靠度比安全度的含义更为广泛。影响工程结构可靠性的三种不确定性工程结构要求具有一定的可靠性， 是因为工程结构在设计、施工、使用过程中具有 种种影响结构安全、适用、耐久的不确定性。这些不确定性大致有以下几个方面：2事物的随机性所谓事物的随机性，是事件发生的条件不充分，使得在条件与事件之间不能出现必 然的因果关系，从而事件的出现与否表现出不确定性，这种不确定性成为随机性。例如, 掷一枚硬币，事先不能肯定出现的是正面还是反面，是随机的。但掷后出现的是正面还是反面，则是明确而不含糊的。不是正面就是反面，“非此即彼”。又例如，混凝土试块 的强度试验事先不能决定该试块出现什么强度数值，是随机的。但一经试验，这次试验的强度值明确而不含糊的。研究事物随机性问题的数学方法主要有概率论、 数理统计和 随机过程。2事物的模糊性事物本身的概念是模糊的，个一个对象是否符合这个概念是难以确定的， 也就是说 一个集合到底包含那些事物是模糊的， 而非明确的，主要表现在客观事物差异的中间过 渡中的“不明确性”，也即“模糊性”。例如，“高个与矮个”、“多云与少云”、“冷与热”等等都难以客观明确的划定界限。又 如，工程结构中的“正常与不正常”、“适用与不适用”、“耐久与不耐久”、“安全与危险” 等也没有客观和明确的界限。日常事物中存在着大量模糊性事件。2事物知识的不完善性事物是若干联系、相互作用的要素所构成的具有特定功能的有机整体。人们常用颜 色来简单地描述掌握事物知识的完整程度。 按照知识掌握的完善程度把事物（或称系统） 分为三类：白色系统、黑色系统和灰色系统。白色系统是指完全掌握其知识的系统， 如一批钢筋是一个系统，它有多少根，钢筋 的外形尺寸及其屈服强度、极限强度等，可以通过检验和试验清楚的了解。黑色系统是指人们毫无知识的系统。例如，人类已可乘坐宇宙飞船到达月球。但是, 在现有的科学技术条件下，如欲在月球上建造住宅，则对“月球建筑”的设计和施工目 前是毫无所知的。灰色系统是指部分掌握其知识、部分未掌握其知识的系统，系统中既有白色参数又 有黑色参数。例如，对于地震，准确地掌握何时何地会发生地震，在现有的科学技术条 件下，还是做不到的。但是，地震发生后的震级或烈度，人们还是可以评定的，尽管震 级或烈度的评定带有一定的模糊性。白色、灰色、黑色系统都与人的认识水平有关，随着科学技术的进步，过去认为不 可知的事物（黑色系统）可以转变为灰色系统。灰色系统可以转变为白色系统。工程结构中的知识的不完善性可以分为两种： 一种是客观信息的不完善性，是由于 客观条件的限制而造成的，如由于测量的困难，不能获得所需要的足够的资料；另一种 是由于主观知识的不完善性，主要是人对客观事物的认识不清晰， 如由于科学技术发展 水平的限制，对“待建”桥梁未来承受的车辆荷载的情况不能完全掌握。对知识不完善性的描述还没有成熟的数学方法， 但在工程实践中必须考虑时，目前 只能由有经验的专家对这种不确定性进行评估， 引入经验参数。例如，对前述的