基于灰關(guān)聯(lián)法的路基回彈模量影響因素分析

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(湖南科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 湘潭 411201)

0 引言

路基作為道路主要的承重結(jié)構(gòu)，其質(zhì)量的好壞直接影響整個道路的使用壽命?！豆窞r青路面設(shè)計規(guī)范》(JTG D50-2006)[1]中評定道路路基質(zhì)量的主要指標(biāo)為回彈模量。研究路基回彈模量的變化規(guī)律，對于控制路基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性非常重要。路基回彈模量的主要影響因素有土質(zhì)、含水量、壓實度[2，3]。不同的土質(zhì)其物理、工程性質(zhì)不同，需要單獨(dú)分析。含水量、壓實度對于回彈模量的影響均很顯著，為了確定回彈模量的主要影響因素，本文針對3種不同土質(zhì)的試驗結(jié)果，采用灰關(guān)聯(lián)法分析含水量、壓實度對于路基回彈模量的影響大小，確定最大影響因素，為研究路基回彈模量變化規(guī)律提供重要參考。

1 灰關(guān)聯(lián)法分析介紹

灰關(guān)聯(lián)法是對各因素進(jìn)行重要性量化分析的有效工具[4]?；谊P(guān)聯(lián)分析是灰色系統(tǒng)理論的重要組成部分。其基本思想是先選取參考數(shù)列與對比數(shù)列，將所選取的數(shù)列進(jìn)行無量綱化處理，計算各對比數(shù)列的關(guān)聯(lián)系數(shù)，根據(jù)系列曲線幾何形狀相似程度判斷對比數(shù)列與參考數(shù)列的關(guān)聯(lián)程度。曲線幾何形狀相似程度高，相關(guān)性好，反之越小。

本文選取3種土質(zhì)，根據(jù)土質(zhì)的試驗測試結(jié)果，分別采用灰關(guān)聯(lián)法分析含水量、壓實度對路基回彈模量的影響大小。

2 不同土質(zhì)灰關(guān)聯(lián)法分析

2.1 湖南紅黏土

本文為了比較含水量、壓實度對回彈模量影響程度大小，對湖南某地區(qū)紅黏土做了不同含水量、壓實度條件下的室內(nèi)回彈模量試驗。具體的試驗數(shù)據(jù)如表1。

表1 湖南紅黏土回彈模量隨含水量、壓實度變化的試驗結(jié)果含水量/%壓實度/%回彈模量/MPa含水量/%壓實度/%回彈模量/MPa9．892．1104．0613．996．179．6312．795．087．8714．896．967．4313．992．975．6215．995．050．11

本文研究回彈模量的影響因素，選取回彈模量的數(shù)值為參考數(shù)列，壓實度、含水量為對比數(shù)列。根據(jù)表1建立回彈模量與影響因素之間的矩陣X。

2.2 數(shù)列的無量綱化處理

灰關(guān)聯(lián)法數(shù)據(jù)無量綱化處理一般有3種方法：初值化、均值化、區(qū)間化。一般3種方法不宜混合、重疊使用。本文采用初值化法處理方法。其處理公式如下：

Xi(1)≠0,i=0,1,2,…,m。

考慮到回彈模量的值隨含水量的增加呈減小趨勢，所以含水量數(shù)列采用下式進(jìn)行處理：

Xi(1)≠0,i=0,1,2,…,m。

經(jīng)過灰關(guān)聯(lián)法處理后的數(shù)列為Y，具體形式如下：

2.3 計算灰關(guān)聯(lián)系數(shù)

灰關(guān)聯(lián)系數(shù)按照下式進(jìn)行求解：

兩極最大差與最小差：

關(guān)聯(lián)系數(shù)：

ρ∈(0,1),k=1,2,…,n;i=1,2,…,m。

回彈模量與含水量、壓實度的關(guān)聯(lián)系數(shù)計算結(jié)果見表2。

2.4 河南省低液限土

根據(jù)文獻(xiàn)[5]提供的河南省某段黃狀低液限土現(xiàn)場試驗路段數(shù)據(jù)，分析不同含水量(稠度)、壓實度與路基回彈模量之間的關(guān)系。

表2 湖南紅黏土回彈模量與含水量、壓實度灰關(guān)聯(lián)系數(shù)含水量/%壓實度/%回彈模量/MPaΔXΔ(max)Δ(min)含水量關(guān)聯(lián)系數(shù)含水量關(guān)聯(lián)系數(shù)平均值壓實度關(guān)聯(lián)系數(shù)壓實度關(guān)聯(lián)系數(shù)平均值9．892．1104．060．00000．00000．00000．00000．00000．000012．795．087．870．09200．16790．16790．09201．00000．698713．992．975．620．02170．28200．28200．02171．00001．00000．38450．482913．996．179．630．06020．27820．27820．06021．00000．477614．896．967．430．01420．40410．40410．01421．00000．356715．995．050．110．13480．54990．54990．13481．00000．4967 注：本文無量綱化處理采用初值化，所求的第1個關(guān)聯(lián)系數(shù)為0，與實際不符，所以最后求關(guān)聯(lián)系數(shù)平均值時忽略第1個關(guān)聯(lián)系數(shù)。

土的稠度、含水量均為土干濕類型劃分的參數(shù)，兩者之間可以互相轉(zhuǎn)換，不同的是含水量越大表示土稠度越低，稠度越大表示土含水量越低。路基回彈模量隨壓實度、稠度的增大而增大，都呈正比關(guān)系。

考慮到回彈模量的值與稠度呈正比，采用灰關(guān)聯(lián)法分析時，進(jìn)行無量綱處理均采用初值法，具體分析過程同湖南紅黏土分析步驟，灰關(guān)聯(lián)法分析結(jié)果見表3。

2.5 甘肅重塑黃土

根據(jù)文獻(xiàn)[6]提供的甘肅羅定高速公路會寧段重塑黃土室內(nèi)試驗數(shù)據(jù)，進(jìn)行了含水量、壓實度與路基回彈模量的試驗研究。針對其論文中數(shù)據(jù)，采用上述灰關(guān)聯(lián)法分析含水量、壓實度對其路基回彈模量的影響大小，具體分析過程同湖南紅黏土分析步驟，灰關(guān)聯(lián)法分析結(jié)果見表4。

表3 河南省低液限土回彈模量與含水量、壓實度灰關(guān)聯(lián)系數(shù)稠度壓實度/%回彈模量/MPa稠度關(guān)聯(lián)系數(shù)稠度關(guān)聯(lián)系數(shù)平均值壓實度關(guān)聯(lián)系數(shù)壓實度關(guān)聯(lián)系數(shù)平均值1．4296．4058．100．00000．00001．4998．4066．491．00000．84611．4997．7066．261．00001．00000．81200．77591．5399．3071．871．00000．84731．5399．2069．791．00000．81251．5899．1067．211．00000．5617

表4 甘肅重塑黃土回彈模量與含水量、壓實度灰關(guān)聯(lián)系數(shù)含水量/%壓實度/%回彈模量/MPa含水量關(guān)聯(lián)系數(shù)含水量關(guān)聯(lián)系數(shù)平均值壓實度關(guān)聯(lián)系數(shù)壓實度關(guān)聯(lián)系數(shù)平均值7．590．0114．400．00000．00008．595．0105．191．00000．515312．990．058．551．00001．00000．42840．483212．995．077．931．00000．511115．895．038．321．00000．462618．090．026．681．00000．4928

3 回彈模量影響因素對比分析

根據(jù)對湖南紅黏土、河南省低液限土、甘肅重塑黃土3種土的灰關(guān)聯(lián)分析結(jié)果，將3種土質(zhì)的含水量、壓實度與回彈模量的關(guān)聯(lián)系數(shù)平均值繪制于圖1所示。

圖1 3種不同土質(zhì)的含水量(稠度)、壓實度對回彈模量影響的關(guān)聯(lián)系數(shù)平均值

根據(jù)圖1數(shù)值分析可知：3種不同的土質(zhì)，其含水量(稠度)與回彈模量的關(guān)聯(lián)系數(shù)均大于壓實度與回彈模量的關(guān)聯(lián)系數(shù)，湖南紅黏土、河南省低液限土、甘肅重塑黃土3種土的含水量對其路基回彈模量的影響關(guān)聯(lián)系數(shù)平均值分別高達(dá)1、1、1，其壓實度對其路基回彈模量的影響關(guān)聯(lián)系數(shù)平均值分別為0.4829、0.7759、0.4832，說明壓實度對不同土的回彈模量影響程度也比較高。分析路基回彈模量的變化規(guī)律時應(yīng)重點(diǎn)考慮含水量對回彈模量影響，同時也應(yīng)考慮路基壓實度對回彈模量的影響。壓實度作為評價路基承載力的一個重要參數(shù)，在研究路基回彈模量變化規(guī)律時，如果將路基含水量與壓實度聯(lián)合進(jìn)行分析，將會取得更好的效果。

4 結(jié)論

1) 通過3種不同土質(zhì)路基回彈模量與含水量、壓實度數(shù)據(jù)的灰關(guān)聯(lián)法分析發(fā)現(xiàn)，含水量對路基回彈模量的影響程度大于壓實度。在考慮路基回彈模量變化時應(yīng)將含水量作為最主要的影響因素考慮。

2) 壓實度雖然沒有含水量對路基回彈模量的影響大，但是其作為路基回彈模量主要影響因素，在考慮路基回彈模量變化時，需要將壓實度也考慮進(jìn)去，做到含水量、壓實度聯(lián)合分析。

[1] JTG D50-2006,公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范[S].

[2] 覃綺平.土基回彈模量影響因素及其相關(guān)關(guān)系研究[D].西安:長安大學(xué),2005.

[3] 徐正邦，呂錫平.路基動靜態(tài)回彈模量的灰色關(guān)聯(lián)分析[J].湖南交通科技，2015(3)：1-4.

[4] 鄧聚龍.灰色系統(tǒng)理論教程[M].武漢：華中理工大學(xué)出版社，1900.

[5] 王選倉,馬玉蘭,張磊.路基頂面回彈彎沉驗收標(biāo)準(zhǔn)的修正[J].長安大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2009,29(6):1-5.

[6] 李聰.基于非飽和土理論的路基回彈模量研究[D].重慶:重慶交通大學(xué),2007.