二灰穩(wěn)定土壓實(shí)度影響因素的灰色關(guān)聯(lián)分析

胡衛(wèi)東, 祝新念, 肖四喜

(湖南理工學(xué)院 土木建筑工程學(xué)院, 湖南 岳陽 414000)

二灰穩(wěn)定土壓實(shí)度影響因素的灰色關(guān)聯(lián)分析

胡衛(wèi)東, 祝新念, 肖四喜

(湖南理工學(xué)院 土木建筑工程學(xué)院, 湖南 岳陽 414000)

應(yīng)用灰色系統(tǒng)理論, 對(duì)二灰穩(wěn)定土壓實(shí)度與其材料關(guān)聯(lián)因子作關(guān)聯(lián)度分析, 找出影響二灰穩(wěn)定土密實(shí)度的主要因素, 并對(duì)其關(guān)聯(lián)因子進(jìn)行排序. 計(jì)算結(jié)果表明: 灰色關(guān)聯(lián)分析方法思路明確, 分析結(jié)果可靠, 對(duì)工程設(shè)計(jì)和施工具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值.

二灰穩(wěn)定土; 壓實(shí)度; 灰色關(guān)聯(lián)分析

Abstract:Based on the grey system theory, this paper analyzes the grey correlation of the compactness of lime-flyash soil mixture. The relevant factors are put in order. The calculation results show that the grey correlation analysis method is clear and definite and its analysis results are reliable. It is of great practical value to both design and construction of project.

Key words:lime-flyash soil mixture; compactness; grey correlation analysis

二灰穩(wěn)定土是在石灰土內(nèi)摻入一定數(shù)量的粉煤灰, 可改善石灰土的火山灰反應(yīng), 從而增加石灰土的強(qiáng)度. 二灰穩(wěn)定土設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是石灰、粉煤灰的劑量及壓實(shí)的最佳含水量和壓實(shí)度. 壓實(shí)度成為公路路面工程中評(píng)定施工質(zhì)量的一項(xiàng)至關(guān)重要的技術(shù)指標(biāo). 合理確定最大干密度, 并用以正確評(píng)價(jià)路面結(jié)構(gòu)層的壓實(shí)效果, 一直是人們關(guān)注的問題.

本文采用灰色系統(tǒng)理論中的灰色關(guān)聯(lián)分析方法對(duì)影響二灰穩(wěn)定土的壓實(shí)度的材料因素進(jìn)行分析. 能夠克服常規(guī)分析方法中的不足,是分析因素序列關(guān)聯(lián)關(guān)系的一種系統(tǒng)分析方法, 其目的是尋求各因素中的主要關(guān)系, 找出影響目標(biāo)對(duì)象的重要因素, 從而掌握事物的主要特征.

1 灰色關(guān)聯(lián)分析

1.1 灰色關(guān)聯(lián)分析

灰色關(guān)聯(lián)(簡(jiǎn)稱灰關(guān)聯(lián))是指事物之間不確定性關(guān)聯(lián), 或系統(tǒng)因子與行為因子之間的不確定性關(guān)聯(lián). 而所謂的灰色關(guān)聯(lián)分析是基于行為因子序列的微觀或宏觀接近, 以分析確定因子間的影響程度或因子對(duì)主行為的貢獻(xiàn)度而進(jìn)行的一種分析方法. 灰色關(guān)聯(lián)分析方法彌補(bǔ)了采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法作系統(tǒng)分析所導(dǎo)致的缺憾. 它對(duì)樣本量的多少和樣本有無規(guī)律都同樣適用, 而且計(jì)算量小, 十分方便, 更不會(huì)出現(xiàn)量化結(jié)果與定性結(jié)果不符的情況. 灰色關(guān)聯(lián)分析能比較精確地尋找各種變化因素(比較因素)與參考因素之間的關(guān)聯(lián)性(以關(guān)聯(lián)度表示), 關(guān)聯(lián)度越大, 表明比較因素與參考因素的相關(guān)性越強(qiáng).

1.2 灰色關(guān)聯(lián)分析的基本步驟

1.2.1 確定比較數(shù)列和參考數(shù)列

對(duì)于非時(shí)間序列, 由于其數(shù)據(jù)間不存在運(yùn)算關(guān)系, 因而不能進(jìn)行數(shù)據(jù)間具有運(yùn)算關(guān)系的初值化、最大值化、最小值化、平均值化等處理, 必須采用其他處理方法, 使數(shù)據(jù)無量綱化. 此外還要求諸數(shù)列有公共項(xiàng). 為了解決這個(gè)問題, 計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)前, 先將數(shù)列作初值化處理.

設(shè)有數(shù)據(jù)列x0={x0(1),x0(2),x0(3),…,x0(n )}, 對(duì)x0作初值化處理, 得

1.2.2 求關(guān)聯(lián)系數(shù)

關(guān)聯(lián)性實(shí)質(zhì)上是曲線間幾何性狀的差別, 因此將以曲線間差值的大小, 作為關(guān)聯(lián)程度的衡量尺度.

設(shè)x0={x0(k) k=1,2,…,n}為參考數(shù)列, xi={xi( k) k=1,2,…,n } (i =1,2,…,m)為比較數(shù)列, 則xi( k)與x0( k)的關(guān)聯(lián)系數(shù)為

其中ρ∈(0,+∞)為分辨系數(shù), 其作用是提高關(guān)聯(lián)系數(shù)之間的差異顯著性. ρ越小, 分辨能力越大. 一般ρ的取值區(qū)間為[0, 1], 通常取ρ= 0.5.

1.2.3 求關(guān)聯(lián)度

由于關(guān)聯(lián)系數(shù)的計(jì)算得到的是各比較數(shù)列與參考數(shù)列在各點(diǎn)的關(guān)聯(lián)系數(shù)值, 結(jié)果較多, 信息過于分散, 不便于比較, 因而有必要將每一比較數(shù)列各個(gè)時(shí)刻(或指標(biāo)、空間)的關(guān)聯(lián)系數(shù)集中體現(xiàn)在一個(gè)值上,這一數(shù)值就是關(guān)聯(lián)度. 求平均值即是這種信息集中處理方法之一, 于是得灰色關(guān)聯(lián)度的計(jì)算公式

其中ri是曲線xi對(duì)參考曲線x0的關(guān)聯(lián)度, ξi(k) (k =1,2,…,n )為灰關(guān)聯(lián)序列.

1.2.4 關(guān)聯(lián)度大小排序

對(duì)參考數(shù)列x0比較數(shù)列xi(i=1,2,…,m), 其關(guān)聯(lián)度分別為ri( i=1,2,…,m), 按從大到小進(jìn)行排序,即得灰關(guān)聯(lián)序.

若灰關(guān)聯(lián)序?yàn)閞1＞r2＞…＞rm, 則x1與x0最接近, 或?qū)0的影響最大.

2 實(shí)例分析

實(shí)例1

根據(jù)文獻(xiàn)[1], 按比例制備試樣5份, 每份2.5kg, 取比土的塑限含水量約小6～10%的數(shù)為擊實(shí)試驗(yàn)中值, 另取2個(gè)高于和2個(gè)低于中值的含水量, 且每個(gè)相差約2%, 加水悶料24h, 按照J(rèn)TJ057—94《無機(jī)結(jié)合料試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行擊實(shí), 測(cè)得最大干密度和最佳含水量見表1.

表1 二灰土最大干密度及最佳含水量

以最大干密度為參考序列, 則相應(yīng)的關(guān)聯(lián)系數(shù)序列為

易求得各相關(guān)關(guān)聯(lián)度為r1=0.6101, r2=0.7250, r3=0.8610. 其相應(yīng)的關(guān)聯(lián)序?yàn)閞3＞r2＞r1.

實(shí)例2

根據(jù)文獻(xiàn)[3], 按照“規(guī)范”中混合料組成設(shè)計(jì)的要求, 結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn), 初步確定9種配合比, 分別做重型擊實(shí)試驗(yàn), 求得最大干密度和最佳含水量(所用土為低液限粘土), 其試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果見表2.

表2 重型擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

以最大干密度為參考序列, 則相應(yīng)的關(guān)聯(lián)系數(shù)序列為

易求得各相關(guān)關(guān)聯(lián)度為r1=0.4876, r2=0.6745, r3=0.8630. 其相應(yīng)的關(guān)聯(lián)序?yàn)閞3＞r2＞r1.

通過對(duì)上述兩個(gè)工程實(shí)例分析, 其相應(yīng)的關(guān)聯(lián)序一致表明, 對(duì)二灰穩(wěn)定土壓實(shí)度影響最大的是土, 依次是粉煤灰, 石灰. 土的塑性指數(shù)是一個(gè)關(guān)鍵因素, 塑性指數(shù)高, 土的粘聚力好, 顆?；钚詮?qiáng), 比表面積大, 表面能量也較大. 各種離子交換以及碳化、結(jié)晶和火山灰作用都比較活躍. 同時(shí)也更易于碾壓成型,達(dá)到大的壓實(shí)度. 粉煤灰具有火山灰活性, 含有較多的活性二氧化硅和氧化鋁, 當(dāng)粉煤灰與石灰混合后,再加以水, 則能與氫氧化鈣等發(fā)生反應(yīng), 生成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣和水化硅鋁酸鈣等膠凝性化合物.石灰摻和后, 由于土顆粒的凝集以及土中水分有一部分消耗于石灰水化, 因而不能用于減少顆粒間的摩擦力, 將會(huì)使塑性指數(shù)下降. 從材料因素上分析, 粉煤灰和石灰的摻入, 使土的最佳含水量增加而最大干密度降低, 而灰關(guān)聯(lián)分析粉煤灰的影響更大于石灰的影響.

3 結(jié)論

通過灰色關(guān)聯(lián)分析, 可以尋找出影響二灰穩(wěn)定土路面基層壓實(shí)度主要因素間的主次關(guān)系, 幫助技術(shù)施工人員明確影響路面基層壓實(shí)度的各方面因素, 又能為路面基層的優(yōu)化設(shè)計(jì)和科學(xué)施工提高合理依據(jù).

[1] 李光軍, 仇玉虎, 張 偉. 二灰穩(wěn)定土試驗(yàn)與研究[J]. 山東交通科技, 2005(1): 71～75

[2] 鄧聚龍. 灰色系統(tǒng)基本方法[M]. 武漢: 華中理工大學(xué)出版社,1987, 11

[3] 張澤軍. 公路路面二灰穩(wěn)定土有關(guān)石灰問題的試驗(yàn)研究[J]. 黑龍江交通科技, 2008(11): 54～55

[4] 王 社. 影響路面基層強(qiáng)度因素的灰關(guān)聯(lián)度分析[J]. 華東公路, 1996(2): 28～30

[5] 陳全文. 影響二灰碎石壓實(shí)度的因素分析[J]. 山西建筑, 2003(12): 40～41

Grey Correlation Analysis of Factors Influencing the Compactness of Lime-flayash Soil Mixture

HU Wei-dong, ZHU Xin-nian, XIAO Si-xi
(College of Civil Engineering and Architecture, Hunan Institute of Science and Technology, Yueyang 414006, China)

U416.2

A

1672-5298(2010)03-0079-03

2010-05-14

湖南理工學(xué)院科研資助項(xiàng)目(2004C036 )

胡衛(wèi)東(1976- ), 男, 湖南汨羅人, 碩士, 湖南理工學(xué)院土木建筑工程學(xué)院副教授. 主要研究方向: 巖土工程