利用ＡＮＮ分析水泥紅粘土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響因素

摘要：本文利用ANN對(duì)水泥紅粘土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響因素分析與探討，總結(jié)得出了影響水泥紅粘土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的最佳摻入比、最佳含水量和齡期。

關(guān)鍵詞：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；水泥紅粘土；水泥摻入比；齡期；含水量

0 引言

在我國(guó)的廣西、貴州、云南、四川、湖南等省區(qū)大量分布著紅粘土，紅粘土的狀態(tài)從地表往下有逐漸變軟的規(guī)律。采用深層攪拌法處理下臥可塑、軟塑、流塑紅粘土，提高下臥層的變形模量和承載力，可充分發(fā)揮上部硬塑紅粘土的作用，形成復(fù)合地基，滿足建筑物對(duì)地基強(qiáng)度和變形的要求，可大大降低地基處理費(fèi)用、縮短工期，且施工時(shí)無環(huán)境污染，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。目前用水泥加固紅粘土的研究則較少，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度通常用來判定加固土的效果，故無側(cè)限抗壓強(qiáng)度是水泥紅粘土重要的力學(xué)性能參數(shù)。

影響水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的因素很多，由于主觀因素的不確定性，本文主要討論影響水泥紅粘土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的水泥摻入比、齡期和含水量這三個(gè)客觀因素。

1人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Artificial Neural Network) 是20世紀(jì)八、九十年代迅速發(fā)展起來的，基于模仿生物大腦的結(jié)構(gòu)和功能而構(gòu)成的一種信息處理系統(tǒng)。Rumelhart 等人于1985 年提出了反向誤差傳播的網(wǎng)絡(luò)模型，它屬于多層次的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，下層的每一個(gè)神經(jīng)元與上層的每一個(gè)神經(jīng)元都實(shí)現(xiàn)全連接，而每層各神經(jīng)元之間無連接，主要由輸入層、隱含層和輸出層組成。利用梯度下降法使網(wǎng)絡(luò)輸出層的誤差平方和最小，通過連續(xù)不斷地在相對(duì)于誤差函數(shù)斜率下降最快的方向上計(jì)算網(wǎng)絡(luò)數(shù)值和閾值的變化而不斷逼近目標(biāo)值，因此可以應(yīng)用于水泥紅粘土的性能研究。

利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析水泥紅粘土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的客觀因素，可以隨機(jī)抽取一個(gè)樣本，改變其中一個(gè)影響因素的數(shù)值而其它影響因素保持不變，即可得到一組新的樣本，再將新樣本分別提供給網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行仿真，比較網(wǎng)絡(luò)新輸出值與樣本的原網(wǎng)絡(luò)值，從而定量分析出該影響因素對(duì)水泥紅粘土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響方式和影響程度。

2水泥紅粘土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度影響因素分析

選取的樣本數(shù)據(jù)為：水泥摻入比為20％，無外摻劑，水泥等級(jí)為42.5級(jí)，含水量為40.2％，齡期為90天，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度預(yù)測(cè)值為3.1731MPa，實(shí)測(cè)值為3.1244MPa，相對(duì)誤差為1.57％。具體操作如下：水泥摻入比依次取12％、15％、18％、20％、22％、25％，其它影響因素不變；齡期依次取7天、17天、28天、38天、60天、90天，其它影響因素不變；含水量依次取35.2％、40.2％、45.2％、50.2％，其它影響因素不變。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響因素如下：

2.1 從水泥摻入比與無側(cè)限抗壓強(qiáng)度圖（圖1）中可知：水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨水泥摻入比的增加而增大，當(dāng)摻入比小于13％時(shí)，曲線很陡，表明無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨摻入比的增大而顯著提高；當(dāng)摻入比大于13％時(shí)，曲線趨于平緩，說明此時(shí)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨摻入比的增大而提高緩慢。因此無側(cè)限抗壓強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的水泥最佳摻入比為13％。

2.2 水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨齡期的增長(zhǎng)而增大，但在各個(gè)齡期階段的增長(zhǎng)是不相同的（圖2）。從圖中數(shù)據(jù)可以看出，強(qiáng)度的增長(zhǎng)主要集中在齡期的前28天，而剩下的強(qiáng)度增長(zhǎng)又主要集中在28天～60天之間。故水泥土前期的養(yǎng)護(hù)必須加倍認(rèn)真負(fù)責(zé)，以保證強(qiáng)度的正常增長(zhǎng)。

2.3 水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨含水量的增大而減小，示意圖且減小的幅度隨含水量的增大而增大（如圖3）。當(dāng)土樣的含水量增加到一定限度后再繼續(xù)增加，水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度將會(huì)大幅度下降。由于土樣含水量的變化對(duì)水泥土強(qiáng)度的影響相當(dāng)大，若能采取措施降低原土樣含水量后再進(jìn)行攪拌樁施工，必能有效提高水泥土強(qiáng)度。

3 結(jié)論

應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)水泥紅粘土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)測(cè)是完全可行的，其結(jié)果是可信的。對(duì)影響無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的主要因素進(jìn)行定量分析得出：

3.1 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的最佳水泥摻入比為13％；

3.2 齡期對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響主要集中在前60天；

3.3 土樣含水量變化對(duì)水泥土抗壓強(qiáng)度的影響相當(dāng)大，當(dāng)土樣含水量增大到某一程度（45％）后繼續(xù)增加（45％～50％），水泥土抗壓強(qiáng)度將出現(xiàn)大幅下降（48.8％）。

參考文獻(xiàn)

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