水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度影響因素的灰色關(guān)聯(lián)度分析

范凌燕

(湖南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 路橋工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410132)

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水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度影響因素的灰色關(guān)聯(lián)度分析

范凌燕

(湖南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 路橋工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410132)

摘要:通過(guò)水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度室內(nèi)配比試驗(yàn)，總結(jié)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的主要影響因素。運(yùn)用灰色系統(tǒng)理論的關(guān)聯(lián)度分析方法，分析水泥摻入比、土樣含水率和有機(jī)質(zhì)含量對(duì)水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響。研究結(jié)果表明：水泥摻入比對(duì)水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度影響最大，其次是土樣有機(jī)質(zhì)含量，含水率對(duì)水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度影響最小。本文的研究結(jié)果可為今后類似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：水泥土；無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度；影響因素；水泥摻入比；含水率；有機(jī)質(zhì)含量；灰色關(guān)聯(lián)度

水泥加固土具有最大限度地利用原位土，攪拌時(shí)振動(dòng)小和噪聲小，對(duì)周邊環(huán)境影響較小，加固形式靈活，造價(jià)較低等優(yōu)點(diǎn)，因此在各類軟土地基處理工程中得到了廣泛地應(yīng)用。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)水泥土進(jìn)行了大量地研究，Kaniray等[1]研究了水泥土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與水泥摻入比、養(yǎng)護(hù)齡期及含水率之間關(guān)系；Janiraj等[2]研究了水泥加固軟質(zhì)黏土的物理力學(xué)特性，討論了軟質(zhì)黏土水泥土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、承載比與水泥摻入比關(guān)系；Fook等[3]根據(jù)粉質(zhì)黏土制作水泥土試樣的單軸抗壓試驗(yàn)結(jié)果，認(rèn)為水泥摻入比越大，水泥土強(qiáng)度越強(qiáng)。阮錦樓等[4-5]研究了水泥土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響因素及機(jī)理。饒彩琴等[6]對(duì)深圳軟土水泥土的水泥摻人比、齡期、土層含水率、水泥標(biāo)號(hào)及外加劑等的試驗(yàn)研究，揭示了各因素對(duì)深圳軟土水泥土抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律。周麗萍等[7]研究了內(nèi)蒙古河套粉質(zhì)黏土水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響因素。劉叔灼等[8]通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)研究了有機(jī)質(zhì)含量對(duì)水泥土強(qiáng)度的影響規(guī)律。肖武權(quán)等[9]通過(guò)室內(nèi)配比實(shí)驗(yàn)，研究了土質(zhì)類型、水泥摻入比、齡期、水泥牌號(hào)和含水率等因素對(duì)水泥土強(qiáng)度的影響規(guī)律。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)和灰色關(guān)聯(lián)度分析方法研究水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的主要影響因素。

1試驗(yàn)

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)采用湖南洞庭湖區(qū)某公路軟基的淤泥質(zhì)黏土。水泥為Po.32.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，水泥的物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。水為自來(lái)水。

表1　水泥的物理力學(xué)指標(biāo)

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度影響因素較多，本文試驗(yàn)考慮了水泥摻入比、土樣含水率及土樣的有機(jī)質(zhì)含量等主要影響因素，水泥摻入比分別為10%，15%，20%，25%和30%，土樣含水率分別為40%，45%，50%，55%和60%，有機(jī)質(zhì)含量分別為5%，6.4%，8.7%，9.5%和11.2%。采用尺寸為70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm的試模，進(jìn)行水泥土室內(nèi)配比試驗(yàn)，按照規(guī)范[10]要求制作試件，每組制作6個(gè)平行試樣，試件養(yǎng)護(hù)條件為：溫度為(20±2)℃，相對(duì)濕度≥95%。

1.3試驗(yàn)結(jié)果

養(yǎng)護(hù)至28 d齡期，取出試件進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，采用WDW-50型微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)過(guò)程中速率控制在10 mm/min。取每組6個(gè)試樣的抗壓強(qiáng)度平均值作為該組配合比的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

Table 2 Unconfined compressive strength of cement stabilized soil

水泥摻入比/%含水率/%有機(jī)質(zhì)含量/%無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度/MPa104050.4515456.40.5620508.70.7425559.51.08306011.21.35

2水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度影響因素的灰色關(guān)聯(lián)度分析

灰色系統(tǒng)是按顏色來(lái)命名，因?yàn)轭伾纳顪\在控制理論中常用來(lái)形容信息的多少。比如說(shuō)黑箱(Black Box)就是表示系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、參數(shù)和特征等一無(wú)所知，只能從系統(tǒng)的外部表象來(lái)研究的這類系統(tǒng)，這里的黑，表示信息缺乏。相反，一個(gè)系統(tǒng)的內(nèi)部特征全部確知，便稱這系統(tǒng)是明明白白的，白表示信息充足。而介于白與黑之間，或者說(shuō)部分信息已知部分信息未知的這類系統(tǒng)便可命名為灰色系統(tǒng)。區(qū)別白色系統(tǒng)與灰色系統(tǒng)的重要標(biāo)志是系統(tǒng)各因素之間是否具有確定關(guān)系[11]。

2.1基本原理

灰色關(guān)聯(lián)分析法是研究事物之間、因素之間關(guān)聯(lián)性的一種因素分析方法，它通過(guò)對(duì)幾種曲線幾何關(guān)系的比較來(lái)分析系統(tǒng)中多因素間的關(guān)聯(lián)程度，曲線越接近，則因素發(fā)展變化態(tài)勢(shì)越接近，相應(yīng)序列之間的關(guān)聯(lián)程度就越大，反之就越小。用來(lái)表述系統(tǒng)諸因素之間相互關(guān)系的參數(shù)主要有關(guān)聯(lián)系數(shù)ξi(k)和關(guān)聯(lián)度γi。關(guān)聯(lián)系數(shù)ξi(k)是第k個(gè)時(shí)刻比較數(shù)列xi與參考數(shù)列x0的相對(duì)差值。但數(shù)量很多，信息過(guò)于分散，不便于比較，為此有必要將各點(diǎn)的關(guān)聯(lián)系數(shù)集中為一個(gè)值，求平均值就是這種信息集中處理的一種方法。關(guān)聯(lián)系數(shù)的平均值就是關(guān)聯(lián)度，關(guān)聯(lián)度γi越大，表明比較數(shù)列xi對(duì)參考數(shù)列x0的依賴性越強(qiáng)，兩者之間的關(guān)聯(lián)程度就越大、關(guān)系越密切。

2.2灰色關(guān)聯(lián)度的計(jì)算方法

2.2.1 原始數(shù)列的無(wú)量綱化

一般來(lái)講，參考數(shù)列和比較數(shù)列的各個(gè)元素的物理意義是不一樣的，數(shù)據(jù)的量綱也就不一樣。因此，為了保證各因素具有等效性、同序性和可比性，在進(jìn)行關(guān)聯(lián)度計(jì)算之前，需要對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。常用的數(shù)據(jù)處理方法有初值化、均值化和區(qū)間相對(duì)值化等。初值化是指所有數(shù)據(jù)均用第一個(gè)數(shù)據(jù)除，然后得到一個(gè)新的數(shù)列，這個(gè)新的數(shù)列即是各不同時(shí)刻的值相對(duì)于第一個(gè)時(shí)刻的值的百分?jǐn)?shù)。而均值化處理則是用平均值去除所有數(shù)據(jù)，得到一個(gè)占平均值百分?jǐn)?shù)的數(shù)列。采用初值化處理原始數(shù)列。

若有原始數(shù)列如下：

yi={yi(1)，yi(2)， …，yi(n)}={yi(k)|k=

1，2，…，n}

(1)

對(duì)yi作初值化處理得xi

1，2，…，n}

(2)

2.2.2計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)

對(duì)于一個(gè)參考數(shù)列x0和若干個(gè)比較數(shù)列x1，x2，x3，…，xn，可以用下述關(guān)系表示參考數(shù)列與比較數(shù)列在各點(diǎn)的差值。

ξi(k)=

(3)

2.2.3關(guān)聯(lián)度的計(jì)算

求得關(guān)聯(lián)系數(shù)后，可以用下式求出比較數(shù)列xi對(duì)參考數(shù)列x0的關(guān)聯(lián)度γi

(4)

某個(gè)因素關(guān)聯(lián)度越大，表明這個(gè)因素影響越大，它就是系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)因素。

2.3水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度影響因素的灰色關(guān)聯(lián)度分析

以水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為參考數(shù)列，水泥摻灰比、含水率及有機(jī)質(zhì)含量為比較數(shù)列，對(duì)表2的數(shù)值進(jìn)行初值化和求差序列后，計(jì)算的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)見(jiàn)表3。

表3　關(guān)聯(lián)系數(shù)計(jì)算表

根據(jù)表3計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)序列，經(jīng)計(jì)算得：

γ1=0.861 3(水泥摻入比與無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的關(guān)聯(lián)程度)

γ2=0.654 8(含水率與無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的關(guān)聯(lián)程度)

γ3=0.787 7(有機(jī)質(zhì)含量與無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的關(guān)聯(lián)程度)

相應(yīng)的關(guān)聯(lián)度序列為γ1>γ3>γ2。計(jì)算結(jié)果表明：水泥摻入比對(duì)水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響最大，其次是有機(jī)質(zhì)含量，含水率對(duì)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度影響最小。

3結(jié)論

1)水泥摻入比對(duì)水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度影響最大，其次是有機(jī)質(zhì)含量，土樣含水率影響最小。

2)水泥土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)主要考慮水泥摻入比及有機(jī)質(zhì)含量對(duì)水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響。

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(編輯蔣學(xué)東)

Influence factors of unconfined compressive strength of cement-treated soil based on grey relevant degree theory

FAN Lingyan

(School of Luqiao Engineering, Hunan Communication Polytechnic, Changsha 410132, China)

Abstract：Based on the data obtained from the experiment of unconfined compressive strength (UCS)of cement stabilized soil. the factors that contribute to UCS were investigated，and three parameters，namely cement ratio， moisture content，and organic content，were regarded as the main factors. Then grey correlation theory was applied to analyse the correlation between these parameters and UCS of cement stabilized soil. It is shown that the influence of cement ratio and organic content is larger than moisture content. This study provides reference for the design of other similar projects.

Key words：cement stabilized soil；UCS；influencing factor；cement ratio；moisture content；organic content；gray relevant degree

中圖分類號(hào)：TU521.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-7029(2016)03-0476-04

通訊作者：范凌燕(1973-)，女，湖南邵陽(yáng)人，從事巖土和建材教學(xué)與研究；E-mail:70467157@qq.com

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(50678175)

收稿日期：2015-07-28