強夯加固深度影響因素的灰色關聯分析

張海生 田 水 張海濤

強夯加固深度影響因素的灰色關聯分析

張海生 田 水 張海濤

引入灰色系統中灰色關聯理論,對山西運城—三門峽高速公路強夯加固深度及相應土性指標及施工技術指標進行了灰色關聯分析,得到了該地區黃土強夯加固時影響強夯加固深度諸因素的主次關系。

灰色關聯分析,強夯加固深度,土性指標,黃土

1 概述

強夯法是由法國的 Louis Menard于 20世紀 60年代首創的一種深層地基加固方法,自 20世紀 70年代末傳入我國以來,在加固和處理各種地基方面得到了廣泛的應用,并取得了良好的技術經濟效益。許多科研設計部門和施工單位對強夯加固地基方法的機理及施工、設計參數的確定進行了有益的探索,并積累了豐富的經驗。但是由于各地區地層特性復雜多樣,影響和制約因素種類繁多,因此,要得出一套很成熟、很完善的設計、計算理論和方法是很困難的,甚至是不可能的。目前人們在評價強夯法加固地基的效果時,往往采用有效加固深度這一最為直接也最為有效的方法。有效加固深度大多采用修正的Menard公式來計算。有效加固深度修正系數 a與土的物理力學指標(如含水量、孔隙比、干密度、飽和度等)和強夯施工參數等有關,這些指標是通過室內試驗或現場試驗求得的。由于在進行正式的強夯施工前進行大量的現場試驗是不可能的,同時也是不經濟的,如果能在現有資料的基礎上按經驗公式分析得出相關結論,就可以部分減少強夯現場試驗。強夯法的加固效果是土體本身性質和強夯法的工藝參數兩個方面的因素相互促進與相互制約、共同作用的結果。鑒于眾多影響加固效果因素的存在及其很難用定量方法評價,所以強夯法的理論研究至今未取得令人滿意的結果[1]。因此有必要對影響強夯加固深度的眾多指標進行多因素分析,確定影響強夯加固深度諸因素的主次關系,進而確定主要影響因素。本文嘗試引入灰色關聯分析方法探討山西運城—三門峽高速公路黃土強夯時加固深度各種影響因素的相互作用程度,并進一步確定主導的影響因素。

2 灰色關聯分析

2.1 灰色關聯分析方法

灰色關聯是指事物之間不確定性關聯,或系統因子與行為因子之間的不確定性關聯。而所謂的灰色關聯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主行為的貢獻程度而進行的一種分析方法[2]。灰色關聯分析不要求有大量樣本,也不要求樣本必須服從某種概率分布,而且計算量小,十分簡便。這種方法通過一定的數據處理,在隨機的因素序列間找出它們的關聯性,找到主要影響因素[3]。

2.2 基本步驟

2.2.1 確定比較數列和參考數列

設 X0={X(k)|k=1,2,…,n}為參考數列(又稱母數列);Xi={Xi(k)|k=1,2,…,n}(i=1,2,…,m)為比較數列(又稱子數列)。在灰色關聯度計算中,為了保證物理意義不同、量綱不同、數量級不同的大量相差懸殊的數據列具有可比性,一般需進行無量綱處理,以使各數據在同一標準下參加計算。對于非時間序列,一般用指標區間值化、歸一化和其他標準化方法進行無量綱化處理。本文對數據進行無量綱化處理的計算公式如下：

2.2.2 求關聯系數

Xi(k)和 X0(k)的關聯系數為：

其中,Δi(k)為第 k個時刻(或指標,空間)X0與 Xi的絕對差,為|X0(k)-Xi(k)|;ρ為分辨系數,ρ∈ (0,∞),ρ越小,分辨力越大,一般 ρ的取值區間為(0,1],一般取 ρ=0.5。

2.2.3 求關聯度

常用關聯度的計算方法是采用平均值法,即：

其中,ξi(k)(k=1,2,…,n)為灰色關聯序列。

當 ρ=0.5時,γi＞0.8,表示關聯性很好;γi=0.6～ 0.8,表示關聯性好;γi=0.5～0.6,表示關聯性一般;γi＜0.5,表示關聯性差。

2.2.4 關聯度大小排序

對參考數列X0和比較數列Xi(i=1,2,…,m)的關聯度分別為γi(i=1,2,…,m),將其從大到小進行排序,即得灰色關聯序。γi值越大,表明此因素影響最大。

3 實例分析

3.1 樣本的選擇

為了保證樣本選擇的真實性和隨機性,驗證本方法的可靠性和實用性,本次分析采用已公開發表的文獻[4]中列出的黃土強夯加固深度與土性指標及施工指標的資料。

3.2 影響因素的選擇

影響加固深度的土性指標很多,大致有天然重度γ、天然孔隙比 e、內摩擦角 φ、粘聚力 c、塑性指數 IP、液性指數 IL、含水量 w等,影響加固深度的施工指標大致有夯錘重量、夯錘直徑、落距、擊數等。根據王立朝等人的研究及參考本文所引用樣本的物理指標,選取土的天然重度、天然孔隙比、內摩擦角、粘聚力、塑性指數、液性指數、夯錘重量、落距、擊數、夯點布置為影響因素。在以下分析中將加固深度定為參考數列X0(k);將土的干密度、含水量、夯錘重量、夯錘直徑、落距、擊數定為比較數列 Xi(k)(k=1,2,…,n;i=1,2,…,m,其中,n=22,m=6)。

表1 加固深度與影響因素的原始數據

表2 各因素對加固深度影響的關聯系數

3.3 黃土加固深度影響因素的灰色關聯分析

利用上述方法對樣本進行灰色關聯度分析,依次得到表 1,表 2。本文中ρ=0.5,得到相應影響因素的關聯度為：

從以上結果得到關聯度序列為：γ6＞γ3＞γ5＞γ4＞γ1＞γ2,相應得到對強夯加固深度影響的程度為：擊數＞夯錘重量＞落距＞夯錘直徑＞干密度＞含水量。

4 結語

1)對試驗資料進行灰色關聯分析得到強夯加固深度各影響因素的關聯順序,與工程經驗相符,說明灰色關聯分析法適用于強夯加固深度的影響因素分析。

2)各影響因素的關聯度均很接近,說明做單一指標與加固深度統計關系不合適,應做多因素的統計關系。

3)上述分析可對設計及施工起到指導作用,以便重點控制主要因素。

4)除了上述分析的土性指標外,強夯加固深度與其他土性指標間的關系還有待于進一步研究。

5)隨著土性的差異,強夯加固深度與各種影響因素的關聯度及關聯順序也有可能會隨之改變,有待于深入研究。

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On grey relevant analysis of influential factors of deeper consolidation of foundation

ZHANG Hai-sheng TIAN Shui ZHANG Hai-tao

The paper leads the grey relevant theory in the grey theory,undertakes the grey relevant analysis of the deeper consolidation of foundation,the relevant soil index and the construction technical indexes along Yuncheng in Shanxi to Sanmenxia exp ressway,and concludes themajor andm inor factors which influence the deeper consolidation of foundation in the loess consolidation in this area.

grey relevant analysis,deeper consolidation of foundation,soil index,loess

TU472.31

A

1009-6825(2011)03-0046-02

2010-09-29

張海生(1963-),男,高級工程師,注冊一級結構師,中冶省勘秦皇島工程技術有限公司,河北 秦皇島 066001田 水(1968-),男,博士,副教授,武漢理工大學土木與建筑學院,湖北武漢 430070張海濤(1970-),男,博士,副教授,江漢大學建筑工程系,湖北武漢 430056