Dr. Morgenstern 63年的经验总结---从确定性到不确定性 (Part 1)

11月前浏览527

1 引言

在Dr. Yacoub和Dr. Hoek的介绍后【RIC2023终身成就奖介绍(Lifetime Achievement)】，Dr. Morgenstern作了大约一个小时发言，与大家分享了他63年职业生涯的经验和教训。在本部分(Part 1)，Dr. Morgenstern分享了他职业早期作堤坝稳定性评价时学习到的一个教训，借此延申出确定性到不确定性的基本概念。

2 Dr. Morgenstern的发言

2.1 分享的主题

谢谢Evert的慷慨话语，能够在你的介绍下发言是一种特别的荣幸，毕竟你比我年长，我尊重你的资历。正如你所说，我们已经认识很长时间了。事实上，我想这也是因为Evert在岩石力学方面的杰出贡献以及他对多伦多大学和该组织(指Rocscience)的贡献，才将我们聚集在一起。因此，能够与Evert一起分享这个场合是一种特别的荣幸。我在1956年离开多伦多大学去伦敦攻读研究生学位，1960年加入到帝国理工学院的教职，那是一个令人兴奋的时代，有效应力【检查和评价土的有效应力(Evaluate the effective stress of soil)】的概念刚开始应用，Bishop的滑动圆分析【地震载荷作用下的边坡稳定性分析(Seismic Loading)】发表了一两年，数值计算才刚刚开始，我们要使用机器语言(指的是汇编语言)进行编程，所以那是一个特别的时期，能够加入到如此杰出的团队是一件非常特别的事情。我在1960年至1968年期间在帝国理工学院任职。正如Evert所说，我于1968年回到了加拿大。在此我想与大家分享从1960年到今天这63年间的这段经历，这个过程以确定性到不确定性的主题作为标志。

作为一个年轻学者，职业生涯的早期阶段是专注于教学和制定研究计划，这两者都意味着确定性和遵循标准。但是，作为发展基石的不确定性的发现实际上来自于专业实践。正如Evert所述，这将在今天分享的主题中得到体现。

2.2 学到的教训

第一个真正指出我们工作中不确定性影响的例子是一个简单的任务。60年代中期，因为作为一个初级人员而得到足够的声誉，而被邀请分享一些专业实践作一个设计。下图所示的是一个坝体的横截面，这个坝体建在一个废弃的砖坑内，用来储存液体粉煤灰，这些粉煤灰通过火车运到现场。坝体的上游材料由坚硬的粘土页岩(Clay Shale)【不同类型土的弹性模量---一个经验总结】组成，底部由一些风化的软粘土页岩组成(Weathered Clay Shale)，上游材料容易压实，能够形成一个坚硬的坝堤，下游材料由软的风化粘土组成(Soft Clay)，这些材料由于太弱不能用于砖的烘烤，但经济上需要使用它。

我使用十字板剪切试验(Vane Shear Test)测量了土的不排水强度(undrained strength)，计算出安全系数值是1.8，已经超过了安全系数的标准值1.5，所以认为这个堤坝是稳定的结构。完成后的某个时间，电话铃声响了，业主说你评价的堤坝发生破坏了，我去一看说，"不，它没有破坏，只是屈服了(开玩笑)"。当然他是正确的。幸运的是，这个事故没有严重到摧毁我的事业，但我确实学到了一个教训，安全系数、标准测试和设计标准都有其不确定性。我通过其他案例学习，提醒我在标准测试和标准程序等应用之前需要反思，并开始制定确定性和不确定性的概念，这导致了后来产生出一篇相当重要的论文。

2.3 不确定的来源

首先从一些不确定性的来源开始，这些不确定性称为随机的和认知的不确定性，但我很早就认识到了人类的不确定性，这种不确定性并没有嵌入到模型不确定性中，我后来称之为嵌入式忽视(embedded ignorance)的人类不确定性，这个问题直到今天仍然困扰着我们。

不确定性的来源有三种：

(1) 参数的不确定性；

(2) 模型的不确定性；

(3) 人类的不确定性。

【注释】Dr. Morgenstern在表述随机的和认知的不确定性时使用了aliatoric and epistemic。下面对这两个术语作简单解释。随机性和认知性是概率论中的两个重要概念，它们在统计学、风险管理、金融工程等领域都有广泛应用。随机性(aliatoric)指的是由于不确定性而导致的结果无法预测或控制的性质，而认知性(epistemic)则是指我们对信息的了解和理解程度。随机性和认知性是两种不同类型的不确定性，它们都对风险管理和决策分析有着重要的影响。

(1) 随机性（aliatoric）是指由于随机因素引起的不确定性，包括自然现象的随机性和人为现象的随机性。例如，掷骰子、翻硬币、彩票开奖等都属于随机性。在风险管理领域，随机性通常用于描述不确定的风险事件，如自然灾害、市场波动等。

(2) 认知性（epistemic）是指由于信息不完备或不准确引起的不确定性，包括人类的认知和信息的不确定性。例如，在投资决策中，由于信息不完备或不准确，投资者无法完全预测市场的变化，这种不确定性就是认知性。在风险管理领域，认知性通常用于描述由于信息不足或错误所导致的风险。

3 参考

[1] Morgenstern, N.R. (1991) Limitations of stability analysis in geotechnical practice. Geotecnia 61: 5-19.

[2] Hoek E. (2006) Practical Rock Engineering---When is a rock engineering design acceptable. 341p.

来源：计算岩土力学