灰色關聯法分析濱海鹽漬土承載力的影響因素

趙海艷　張淵　劉湋

摘要 采用灰色關聯分析方法探討影響濱海鹽漬土承載力的主次因素，并對影響濱海鹽漬土承載力的主要因素進行分析和驗證，指出灰色關聯分析法是一種以定量分析為依據的定性的研究方法，用其來綜合評價濱海鹽漬土地基承載力具有直觀、考慮因素多、分析結果可靠等優點。

關鍵詞 濱海鹽漬土；灰色關聯分析；承載力；影響

中圖分類號 S156.4 文獻標識碼

A 文章編號 0517-6611（2014）08-02434-02

Analysis on Factors Influencing Carrying Capacity of Coastal Saline Soil with Grey Relational Method

ZHAO Haiyan et al （Beijing Vocational College of Agriculture， Beijing 102442）

Abstract The primary and secondary factors affecting the bearing capacity of the coastal saline soil were analyzed by the method of grey correlation， the analysis and verification on the main factors affecting the bearing capacity of the coastal saline soil were conducted， it was pointed out that the method of grey relational analysis is a research method as the basis of qualitative to quantitative analysis， with intuitive， factor analysis， the results are reliable considering the bearing capacity of coastal saline soil in the comprehensive evaluation.

Key words Coastal saline soil； Grey relational analysis； Bearing capacity； Influence

我國濱海鹽漬土的分布很廣，主要分布在長江以北的河北、山東、天津及遼寧等省（市）的濱海平原[1] 。鹽漬土與普通土不同，甚至與凍土、膨脹土及濕陷性黃土等特殊土相比，更具特殊性和復雜性。它除了具有溶陷性外，更具有鹽脹性和腐蝕性。隨著濱海新區開發開放步伐的加快，許多大型工礦企業和各類建筑物、道路工程逐漸增多，各類建筑物地基基礎的處理、公路路基的治理等問題已引起建設者們的注意。因此，如何正確評價濱海鹽漬土地基承載力直接關系到建筑物和道路的變形和穩定性問題。

鹽漬土地（路）基承載力受諸多因素的綜合影響，如地區的氣候環境、鹽漬土的歷史沉積、地下水位及礦化度、鹽漬土的理化性質及建筑物情況等，其中鹽漬土的理化性質是最重要的影響因素。對上述影響地基承載力的全部因素而言，有已知，也有未知，且有些是不能完全確定的，即構成一個既含已知信息又含未知信息或非確定信息的灰色系統。因此采用灰色理論對它進行研究，可以科學地確定各影響因素的作用程度。在此筆者僅從鹽漬土的物理力學性質出發，利用灰色系統理論方法——灰色關聯法對濱海鹽漬土承載力的影響因素進行分析。

1 資料與方法

1.1 研究區概況 文中研究的濱海地區特指渤海灣西岸地區，自北向南，從遼東灣經渤海灣到萊州灣，面積大約5萬km2，海岸線長達1 800多km以上。渤海灣西岸為河北省和天津市的濱海平原區，其地區的鹽漬土具有地處濕熱氣候環境、海相沉積、地下水位淺、土顆粒細小及以氯鹽為主等特點[2]，其表現的物理力學性質與具有寒旱氣候環境、陸地堆積或沉積、地下水位深、土顆粒粗大及以硫酸鹽為主的西北內陸鹽漬土有很大不同。

1.2 灰色關聯法

關聯度是指事物之間、因素之間的關聯性大小的量度[3]。如果事物或因素變化的趨勢一致，則可認為它們關聯度較大，反之，則較小。灰色關聯分析的核心是計算關聯度。一般關聯度的計算步驟是：首先， 確定參考數列和比較數列，設X0={X0（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）；然后，計算關聯系數，Xi（k）和X0（k）的關聯系數為

ξi（k）=MiniMinkΔi（k）+ρMaxiMaxiΔi（k）Δi（k）+ρMaxiMaxkΔi（k），式中，Δi（k）為第k個時刻（或指標、空間）X0與Xi的絕對差，Δi（k）=|X0（k）-Xi（k）|；Δmin=MiniMinkΔi（k），為兩級最小差；Δmax=Maxi

MaxkΔi（k），為兩級最大差；ρ為分辨系數，ρ∈（0，+∞），ρ越小，分辨力就越大，一般ρ的取值區間為（0，1]，取ρ=0.5。最后計算關聯度。關聯系數較多不便進行比較時，將各時刻的關聯系數集中為一個值，即求平均值可得關聯度計算公式為：

ri=1Nnk=1ξ0i（k） （k=1，2，…，n，i=1，2，…，m），式中，ri為比較序列對參考序列的關聯度；N為數列的長度，即數據個數。

1.3 影響因素及數據選取 選取研究區中5個不同地點的鹽漬土，將鹽漬土地基承載力基本值f0定為參考數列（母數列）X0（k）（k=1，2，3，4，5），并分別選取含水率ω、含鹽量C、容重γ、孔隙比e、液限ωl、塑性指數Ip、壓縮系數α1-2、壓縮模量Es、粘聚力c、內摩擦角作為比較數列（子數列）Xi（k）（i=1，2，3，4，5，6，7，8，9，10；k=1，2，3，4，5）（表1），并對參考數列和比較數列數據進行無量綱化的處理，計算公式為X′i（k）=Xi（k）/Xi（1） （i=0，1，…，10；k=1，2，…，5）， 無量綱化處理后的數據如表2所示。

2 結果與分析

分辨系數ρ取值0.5，并按照以上步驟計算得到鹽漬土各項物理力學性能指標和地基承載力基本值之間的灰色關聯系數ξ1（k），所得結果如表3所示，再按照公式ri=1Nnk=1ξ0i（k）計算得出關聯度γ1、γ2、γ3、γ4、γ5、γ6、γ7、γ8、γ9、γ10分別為0.971、0.628、0.941、0.967、0.969、0.968、0.805、0.973、0.881、0.943。可見，這些關聯度數值均大于0.6，且接近0.9，說明我國北方濱海鹽漬土的地基承載力是受諸多因素共同作用的，且這些因素對地基承載力的影響也較為密切。關聯度的排列順序依次為γ8>γ1>γ5>γ6>γ4>γ10>γ3>γ9>γ7>γ2，相應各因素對鹽漬土地基承載力的影響程度排序依次為壓縮模量Es>含水率ω>液限ωl>塑性指數Ip>孔隙比e>內摩擦角>容重γ>粘聚力c>壓縮系數α1-2>含鹽量C。根據關聯度排序結果可知，壓縮模量Es對鹽漬土地基承載力影響最大，且地基承載力隨壓縮模量的減小而減小。其原因是我國北方濱海鹽漬土地區的鹽漬土壓縮模量Es值均接近或大于0.5 M/Pa，屬于高壓縮性土。在外力荷載作用下，鹽漬土地基會產生較大的壓縮變形[4]。

從關聯度影響分析來看，以含氯鹽為主的濱海鹽漬土，含鹽量對其承載力的影響最小。當鹽漬土含鹽分較少時，土中孔隙水能充分溶解土中易溶鹽而形成鹽溶液，以離子形式存在于土內孔隙水中起不到骨架作用，使粘聚力變小；鹽溶液在土粒相互移動時起潤滑作用，從而使內摩擦角也變小，承載力變小。但當土體含鹽量較大時，土中孔隙水的鹽溶液達到飽和狀態，多余鹽分便以晶體的形態存在于土中并成為土骨架的一部分，起著重要的膠結作用，致使土的粘聚力及內摩擦角隨含鹽量的增加而增大。

3 結論

鹽漬土是一類特殊土，其地（路）基承載力受諸多因素的綜合影響。通過建立灰色數值模型，分析出影響鹽漬土承載力的各因素權重關系，以利于更好地認識鹽漬土的工程特性。經分析，各因素對我國北方濱海鹽漬土地基承載力的影響程度排序依次為壓縮模量Es>含水率ω>液限ωL塑性指數In>孔隙比e>內摩擦角>容重γ>粘聚力c>壓縮系數α1-2>含鹽量C。壓縮模量ES對鹽漬土地基承載力影響最大，且地基承載力隨壓縮模量的減小而減小；以含氯鹽為主的濱海鹽漬土，含鹽量對其承載力的影響最小。總之，灰色關聯分析法是一種以定量分析為依據的定性的研究方法，用其來綜合評價我國北方濱海鹽漬土地基承載力具有直觀、考慮因素多、分析結果可靠等優點。

參考文獻

[1]

徐攸在.鹽漬土地基[M].北京：中國建筑工業出版社，1993.

[2] 柴壽喜，楊寶珠，王曉燕，等.渤海灣西岸濱海鹽漬土的鹽漬化特征分析[J].巖土力學，2008（5）：1217-1218.

[3] 孫芳芳. 淺議灰色關聯度分析方法及其應用[J].科技信息，2010（17）：880-881.

[4] 雷華陽，張文殊，張喜發，等.超氯鹽漬土的工程特性指標研究[J].長春科技大學學報，2001，31（1）：70-71.