水泥土無側(cè)限抗壓強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)學院 路橋工程學院，湖南 長沙 410132)

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水泥土無側(cè)限抗壓強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)學院 路橋工程學院，湖南 長沙 410132)

摘要:通過水泥土無側(cè)限抗壓強度室內(nèi)配比試驗，總結(jié)無側(cè)限抗壓強度的主要影響因素。運用灰色系統(tǒng)理論的關(guān)聯(lián)度分析方法，分析水泥摻入比、土樣含水率和有機質(zhì)含量對水泥土無側(cè)限抗壓強度的影響。研究結(jié)果表明：水泥摻入比對水泥土無側(cè)限抗壓強度影響最大，其次是土樣有機質(zhì)含量，含水率對水泥土無側(cè)限抗壓強度影響最小。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；無側(cè)限抗壓強度；影響因素；水泥摻入比；含水率；有機質(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，攪拌時振動小和噪聲小，對周邊環(huán)境影響較小，加固形式靈活，造價較低等優(yōu)點，因此在各類軟土地基處理工程中得到了廣泛地應用。國內(nèi)外學者對水泥土進行了大量地研究，Kaniray等[1]研究了水泥土的無側(cè)限抗壓強度與水泥摻入比、養(yǎng)護齡期及含水率之間關(guān)系；Janiraj等[2]研究了水泥加固軟質(zhì)黏土的物理力學特性，討論了軟質(zhì)黏土水泥土的無側(cè)限抗壓強度、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結(jié)果，認為水泥摻入比越大，水泥土強度越強。阮錦樓等[4-5]研究了水泥土的無側(cè)限抗壓強度的影響因素及機理。饒彩琴等[6]對深圳軟土水泥土的水泥摻人比、齡期、土層含水率、水泥標號及外加劑等的試驗研究，揭示了各因素對深圳軟土水泥土抗壓強度的影響規(guī)律。周麗萍等[7]研究了內(nèi)蒙古河套粉質(zhì)黏土水泥土無側(cè)限抗壓強度的影響因素。劉叔灼等[8]通過室內(nèi)試驗研究了有機質(zhì)含量對水泥土強度的影響規(guī)律。肖武權(quán)等[9]通過室內(nèi)配比實驗，研究了土質(zhì)類型、水泥摻入比、齡期、水泥牌號和含水率等因素對水泥土強度的影響規(guī)律。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，通過室內(nèi)試驗和灰色關(guān)聯(lián)度分析方法研究水泥土無側(cè)限抗壓強度的主要影響因素。

1試驗

1.1試驗材料

試驗采用湖南洞庭湖區(qū)某公路軟基的淤泥質(zhì)黏土。水泥為Po.32.5級普通硅酸鹽水泥，水泥的物理力學指標見表1。水為自來水。

表1　水泥的物理力學指標

1.2試驗設(shè)計

水泥土無側(cè)限抗壓強度影響因素較多，本文試驗考慮了水泥摻入比、土樣含水率及土樣的有機質(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，進行水泥土室內(nèi)配比試驗，按照規(guī)范[10]要求制作試件，每組制作6個平行試樣，試件養(yǎng)護條件為：溫度為(20±2)℃，相對濕度≥95%。

1.3試驗結(jié)果

養(yǎng)護至28 d齡期，取出試件進行無側(cè)限抗壓強度試驗，采用WDW-50型微機控制電子萬能試驗機，試驗過程中速率控制在10 mm/min。取每組6個試樣的抗壓強度平均值作為該組配合比的無側(cè)限抗壓強度值，試驗結(jié)果見表2。

表2水泥土無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果

Table 2 Unconfined compressive strength of cement stabilized soil

水泥摻入比/%含水率/%有機質(zhì)含量/%無側(cè)限抗壓強度/MPa104050.4515456.40.5620508.70.7425559.51.08306011.21.35

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

灰色系統(tǒng)是按顏色來命名，因為顏色的深淺在控制理論中常用來形容信息的多少。比如說黑箱(Black Box)就是表示系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、參數(shù)和特征等一無所知，只能從系統(tǒng)的外部表象來研究的這類系統(tǒng)，這里的黑，表示信息缺乏。相反，一個系統(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，它通過對幾種曲線幾何關(guān)系的比較來分析系統(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)勢越接近，相應序列之間的關(guān)聯(lián)程度就越大，反之就越小。用來表述系統(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個時刻比較數(shù)列xi與參考數(shù)列x0的相對差值。但數(shù)量很多，信息過于分散，不便于比較，為此有必要將各點的關(guān)聯(lián)系數(shù)集中為一個值，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對參考數(shù)列x0的依賴性越強，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)度的計算方法

2.2.1 原始數(shù)列的無量綱化

一般來講，參考數(shù)列和比較數(shù)列的各個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，在進行關(guān)聯(lián)度計算之前，需要對原始數(shù)據(jù)進行處理。常用的數(shù)據(jù)處理方法有初值化、均值化和區(qū)間相對值化等。初值化是指所有數(shù)據(jù)均用第一個數(shù)據(jù)除，然后得到一個新的數(shù)列，這個新的數(shù)列即是各不同時刻的值相對于第一個時刻的值的百分數(shù)。而均值化處理則是用平均值去除所有數(shù)據(jù)，得到一個占平均值百分數(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yi作初值化處理得xi

1，2，…，n}

(2)

2.2.2計算關(guān)聯(lián)系數(shù)

對于一個參考數(shù)列x0和若干個比較數(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)列在各點的差值。

ξi(k)=

(3)

2.2.3關(guān)聯(lián)度的計算

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

(4)

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

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

以水泥土無側(cè)限抗壓強度為參考數(shù)列，水泥摻灰比、含水率及有機質(zhì)含量為比較數(shù)列，對表2的數(shù)值進行初值化和求差序列后，計算的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)見表3。

表3　關(guān)聯(lián)系數(shù)計算表

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

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

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

γ3=0.787 7(有機質(zhì)含量與無側(cè)限抗壓強度的關(guān)聯(lián)程度)

相應的關(guān)聯(lián)度序列為γ1>γ3>γ2。計算結(jié)果表明：水泥摻入比對水泥土無側(cè)限抗壓強度的影響最大，其次是有機質(zhì)含量，含水率對無側(cè)限抗壓強度影響最小。

3結(jié)論

1)水泥摻入比對水泥土無側(cè)限抗壓強度影響最大，其次是有機質(zhì)含量，土樣含水率影響最小。

2)水泥土配合比設(shè)計時，應主要考慮水泥摻入比及有機質(zhì)含量對水泥土無側(cè)限抗壓強度的影響。

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(編輯蔣學東)

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：TU521.3

文獻標志碼：A

文章編號：1672-7029(2016)03-0476-04

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

基金項目：國家自然科學基金資助項目(50678175)

收稿日期：2015-07-28