近日，岩土工程领域权威期刊《岩土工程学报》2025年第7期首篇论文发表了工程风险分会理事李典庆教授团队论文“岩土工程协同式风险评估方法”，为大型复杂岩土结构高效风险评估提供了有效工具。李典庆教授为通讯作者，论文合作者是肖特副教授和周创兵院士。

1 问题描述

岩土结构物赋存环境复杂，荷载、岩土体物理力学参数等均存在显著不确定性，其变形与稳定性分析长期以确定性分析方法为主，无法定量考虑各种不确定性因素对岩土结构物安全的影响，亟需研究适用于大型复杂岩土结构可靠度分析与风险评估方法。然而，大型复杂岩土结构安全标准高，破坏概率极低。其次，岩土结构变形与稳定性随机响应复杂，对可靠度求解方法的适用性要求更严格。第三，岩土工程失事后果十分严重，相应的风险评估与风险控制方法难度更大。大型复杂岩土结构高效风险评估方法是实现风险控制的关键瓶颈。

传统随机有限元法计算假定少，它能很好地处理高维不确定性和多失效模式，但对于大型岩土工程可靠性问题来说，该方法计算效率极低。例如，数万次有限元模拟才能较准确地估计1.0E-3量级的失效概率，对于大型三维岩土工程安全问题可能将耗时数月。岩土工程中针对同一问题有多种计算模型【见图1】，如二维模型之于三维模型、稀疏网格之于精细网格等。如何充分利用简单模型（精度低但效率高）和复杂模型（精度高但效率低）的优势实现既高效又准确的岩土结构可靠性分析与风险评估，是一个关键难题。

图1

2 主要创新

在随机有限元法的框架下，提出了大型复杂岩土工程协同式风险评估方法【图2】。创建了初步分析和精细分析中失效概率及风险分析的统一形式计算表达式【见图3】。该方法包含两步：①基于简单模型的初步分析，②基于复杂模型的精细分析。初步分析旨在快速得到大致的风险水平并划分样本空间，精细分析挑选其中少量代表性样本采用复杂模型重分析，修正得到无偏的风险评估结果。该方法通过样本空间建立简单模型和复杂模型的内在联系，既能灵活处理复杂的岩土体空间变异性，又能避免建立简单模型和复杂模型之间复杂的映射关系。

图2

图3

通过边坡、浅基础、基坑等3个典型岩土工程算例【图4-6】，展示了最常用的响应面加有限元、二维加三维、粗糙网格加精细网格的简单模型和复杂模型协同组合，验证了协同式风险评估方法的有效性和通用性。协同式风险评估方法的计算效率较传统随机模拟方法提高了几个数量级，为大型复杂岩土工程定量风险评估提供了有效工具。

图4

图5

图6

3 科学价值

协同式风险评估方法突破了传统风险评估的计算模型依赖性，奠定了多模型协同的理论基础，为解决复杂工程风险评估难题提供了兼顾精度和效率的有效工具。多模型协同策略可以进一步推广应用于贝叶斯更新、最优化等诸多目标明确的随机问题。

论文链接：https://doi.org/10.11779/CJGE20240581

参考文献：肖特, 李典庆*, 周创兵. 岩土工程协同式风险评估方法[J]. 岩土工程学报, 2025, 47(7): 1335-1343.

作者简介：

肖特

上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院副教授

研究方向：岩土工程安全及灾害风险防控

李典庆

武汉大学水利水电学院教授

研究方向：库坝系统安全与灾害风险防控

周创兵

南昌大学工程建设学院教授

研究方向：水工岩石力学与库坝安全