岩土工程风险分析与管理

近年来,风险分析已成为岩土工程师日益关注的课题。一些著名学者以这一题目发表了大量的重要论文。1965年,Casagrande以“土工与地基工程中计算风险的作用”为题作“太沙基讲座”演讲。围绕风险分析的学术活动也十分活跃。2000年国际大坝会议以“风险分析在大坝安全和管理中的应用”作为一个重要专题进行研究、交流;2000 年在墨尔本召开的世纪岩土工程会议(GeoEng,2000)中,也提交了大量的有关岩土工程和大坝、岩土环境工程中的风险分析方法的特邀报告或主题报告。在此基础上,各国和各学术机构也在编制有关风险分析的导则、规范等。

(1)风险分析和标准。以堤防工程为例,荷兰防洪历史悠久,大约有1/4的面积在平均海平面以下。如果没有堤防,在海潮或河流水位较高时,大约2/3的荷兰会被洪水淹没。1993年和1995年莱茵河和默兹河的大洪水对荷兰人处理洪水淹没风险的方法产生了重大的影响。荷兰回顾并修订了多年来设计和加固堤防的老办法。如上所述,荷兰采用“ROG”的方法将堤防分为四类。

关于“风险”的定义很多,但通常认为风险包含有发生非期望的损失、伤害或灾害的可能性的意思。“风险”可以定义为在给定时间里,发生不希望事件(死亡、损伤、经济损失)的数量,它等于一次事件产生的后果C 和这个事件发生的概率F 的乘积:R=C×F。因而,风险是对事故的下述三方面特性给出的全面描述:会发生什么事故(事故类型)?发生该类型事故的可能性有多大(概率)?事故的后果如何(经济损失、人员伤亡)?对于某项工程(或某行动)来说,风险分析的三要素是:危险、机理和后果。风险分析的结果一般以图表、报告等形式给出。对大坝、堤防和边坡,又经常以年计的失效概率来评价其安全性。图9-4为南非、荷兰和澳大利亚大坝委员会对不同等级大坝允许标准。

图9-4　一些国家对大坝允许风险的规定

(a)南非;(b)荷兰;(c)澳大利亚
N—失效个体的数量

(2)风险评价方法。Morgenstern将岩土工程分析中包含的不确定因素分为管理因素、模型因素和参数因素三大类。定性风险分析方法进行定性风险分析的主要手段有以下三个方面。(www.xing528.com)

1)按发生概率予以量化。

2)使用失效树(fault tree)的推理方法。

3)专家系统。专家评估可以和上述几种定性分析工作相结合。进一步提高定性风险分析的可靠度。

图9-5　风险管理基本流程图

以荷兰堤防工程为例,Harrie K.T.Kuijper介绍了可靠度方法在荷兰堤防工程设计中的应用。他认为,概率设计是以防护区可以接受的洪灾概率为基础的,概率设计方法将每个结构物和堤防的各个剖面全面考虑在内的整个防洪体系的失事概率,因此概率设计是全系统的整体性设计方法。在研究方法上,荷兰采用了系统分析(输入-输出模型;破坏树分析)→可能的破坏方式编目→破坏后果的评价→风险评估的思路。

(3)风险管理。风险管理是对风险和承受者的脆弱度进行分析并作出相应对策的综合体系。这里包括了对风险的评估和灾害采取的各项应对措施。图9-5给出了基本流程图。