水泥土无侧限抗压强度影响因素的灰色关联度分析

范凌燕

(湖南交通职业技术学院 路桥工程学院，湖南 长沙 410132)



水泥土无侧限抗压强度影响因素的灰色关联度分析

范凌燕

(湖南交通职业技术学院 路桥工程学院，湖南 长沙 410132)

摘要:通过水泥土无侧限抗压强度室内配比试验，总结无侧限抗压强度的主要影响因素。运用灰色系统理论的关联度分析方法，分析水泥掺入比、土样含水率和有机质含量对水泥土无侧限抗压强度的影响。研究结果表明：水泥掺入比对水泥土无侧限抗压强度影响最大，其次是土样有机质含量，含水率对水泥土无侧限抗压强度影响最小。本文的研究结果可为今后类似工程提供借鉴。

关键词：水泥土；无侧限抗压强度；影响因素；水泥掺入比；含水率；有机质含量；灰色关联度

水泥加固土具有最大限度地利用原位土，搅拌时振动小和噪声小，对周边环境影响较小，加固形式灵活，造价较低等优点，因此在各类软土地基处理工程中得到了广泛地应用。国内外学者对水泥土进行了大量地研究，Kaniray等[1]研究了水泥土的无侧限抗压强度与水泥掺入比、养护龄期及含水率之间关系；Janiraj等[2]研究了水泥加固软质黏土的物理力学特性，讨论了软质黏土水泥土的无侧限抗压强度、承载比与水泥掺入比关系；Fook等[3]根据粉质黏土制作水泥土试样的单轴抗压试验结果，认为水泥掺入比越大，水泥土强度越强。阮锦楼等[4-5]研究了水泥土的无侧限抗压强度的影响因素及机理。饶彩琴等[6]对深圳软土水泥土的水泥掺人比、龄期、土层含水率、水泥标号及外加剂等的试验研究，揭示了各因素对深圳软土水泥土抗压强度的影响规律。周丽萍等[7]研究了内蒙古河套粉质黏土水泥土无侧限抗压强度的影响因素。刘叔灼等[8]通过室内试验研究了有机质含量对水泥土强度的影响规律。肖武权等[9]通过室内配比实验，研究了土质类型、水泥掺入比、龄期、水泥牌号和含水率等因素对水泥土强度的影响规律。本文在前人研究的基础上，通过室内试验和灰色关联度分析方法研究水泥土无侧限抗压强度的主要影响因素。

1试验

1.1试验材料

试验采用湖南洞庭湖区某公路软基的淤泥质黏土。水泥为Po.32.5级普通硅酸盐水泥，水泥的物理力学指标见表1。水为自来水。

表1　水泥的物理力学指标

1.2试验设计

水泥土无侧限抗压强度影响因素较多，本文试验考虑了水泥掺入比、土样含水率及土样的有机质含量等主要影响因素，水泥掺入比分别为10%，15%，20%，25%和30%，土样含水率分别为40%，45%，50%，55%和60%，有机质含量分别为5%，6.4%，8.7%，9.5%和11.2%。采用尺寸为70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm的试模，进行水泥土室内配比试验，按照规范[10]要求制作试件，每组制作6个平行试样，试件养护条件为：温度为(20±2)℃，相对湿度≥95%。

1.3试验结果

养护至28 d龄期，取出试件进行无侧限抗压强度试验，采用WDW-50型微机控制电子万能试验机，试验过程中速率控制在10 mm/min。取每组6个试样的抗压强度平均值作为该组配合比的无侧限抗压强度值，试验结果见表2。

表2水泥土无侧限抗压强度试验结果

Table 2 Unconfined compressive strength of cement stabilized soil

水泥掺入比/%含水率/%有机质含量/%无侧限抗压强度/MPa104050.4515456.40.5620508.70.7425559.51.08306011.21.35

2水泥土无侧限抗压强度影响因素的灰色关联度分析

灰色系统是按颜色来命名，因为颜色的深浅在控制理论中常用来形容信息的多少。比如说黑箱(Black Box)就是表示系统内部结构、参数和特征等一无所知，只能从系统的外部表象来研究的这类系统，这里的黑，表示信息缺乏。相反，一个系统的内部特征全部确知，便称这系统是明明白白的，白表示信息充足。而介于白与黑之间，或者说部分信息已知部分信息未知的这类系统便可命名为灰色系统。区别白色系统与灰色系统的重要标志是系统各因素之间是否具有确定关系[11]。

2.1基本原理

灰色关联分析法是研究事物之间、因素之间关联性的一种因素分析方法，它通过对几种曲线几何关系的比较来分析系统中多因素间的关联程度，曲线越接近，则因素发展变化态势越接近，相应序列之间的关联程度就越大，反之就越小。用来表述系统诸因素之间相互关系的参数主要有关联系数ξi(k)和关联度γi。关联系数ξi(k)是第k个时刻比较数列xi与参考数列x0的相对差值。但数量很多，信息过于分散，不便于比较，为此有必要将各点的关联系数集中为一个值，求平均值就是这种信息集中处理的一种方法。关联系数的平均值就是关联度，关联度γi越大，表明比较数列xi对参考数列x0的依赖性越强，两者之间的关联程度就越大、关系越密切。

2.2灰色关联度的计算方法

2.2.1 原始数列的无量纲化

一般来讲，参考数列和比较数列的各个元素的物理意义是不一样的，数据的量纲也就不一样。因此，为了保证各因素具有等效性、同序性和可比性，在进行关联度计算之前，需要对原始数据进行处理。常用的数据处理方法有初值化、均值化和区间相对值化等。初值化是指所有数据均用第一个数据除，然后得到一个新的数列，这个新的数列即是各不同时刻的值相对于第一个时刻的值的百分数。而均值化处理则是用平均值去除所有数据，得到一个占平均值百分数的数列。采用初值化处理原始数列。

若有原始数列如下：

yi={yi(1)，yi(2)， …，yi(n)}={yi(k)|k=

1，2，…，n}

(1)

对yi作初值化处理得xi

1，2，…，n}

(2)

2.2.2计算关联系数

对于一个参考数列x0和若干个比较数列x1，x2，x3，…，xn，可以用下述关系表示参考数列与比较数列在各点的差值。

ξi(k)=

(3)

2.2.3关联度的计算

求得关联系数后，可以用下式求出比较数列xi对参考数列x0的关联度γi

(4)

某个因素关联度越大，表明这个因素影响越大，它就是系统的优势因素。

2.3水泥土无侧限抗压强度影响因素的灰色关联度分析

以水泥土无侧限抗压强度为参考数列，水泥掺灰比、含水率及有机质含量为比较数列，对表2的数值进行初值化和求差序列后，计算的灰色关联系数见表3。

表3　关联系数计算表

根据表3计算关联系数序列，经计算得：

γ1=0.861 3(水泥掺入比与无侧限抗压强度的关联程度)

γ2=0.654 8(含水率与无侧限抗压强度的关联程度)

γ3=0.787 7(有机质含量与无侧限抗压强度的关联程度)

相应的关联度序列为γ1>γ3>γ2。计算结果表明：水泥掺入比对水泥土无侧限抗压强度的影响最大，其次是有机质含量，含水率对无侧限抗压强度影响最小。

3结论

1)水泥掺入比对水泥土无侧限抗压强度影响最大，其次是有机质含量，土样含水率影响最小。

2)水泥土配合比设计时，应主要考虑水泥掺入比及有机质含量对水泥土无侧限抗压强度的影响。

参考文献：

[1] Kaniray S R，Havanagi V G. Compressive strength of cement stabilized fly ash soil mixtures [J]. Cement and Concrete Research，1999(29)：673-677.

[2] Jaritngam S， Swasdi S. Improvement for soft soil by soil-cement mixing [J].Soft Soil Engineering，2007(3)：637-641.

[3] Fook-Hou Lee，Yeong Lee，Chew Soon-hoe. Strength and modulus of marine clay-cement mixes[J]. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering， 2005，131(2)：178-186.

[4] 阮锦楼，阮波，阳军生，等.粉质黏土水泥土无侧限抗压强度试验研究[J].铁道科学与工程学报，2009，6(3)：56-60.

RUAN Jinlou，RUAN Bo，YANG Junsheng，et al. Experimental study on cement-stabilized soil unconfined compressive strength of silty clay [J]. Journal of Railway Science and Engineering， 2009，6(3)：56-60.

[5] 阮波，阮庆，田晓涛，等. 淤泥质粉质黏土水泥土无侧限抗压强度影响因素的正交试验研究[J].铁道科学与工程学报，2013，10(6)：45-48.

RUAN Bo，RUAN Qing，TIAN Xiaotao，et al. The study of the orthotropic test on cement soil unconfined compressive strength of muddy silty clay[J]. Journal of Railway Science and Engineering， 2013，10(6)：45-48.

[6] 饶彩琴，黄汉盛．深圳软土水泥土抗压强度的影响因素研究[J]. 华中科技大学学报(城市科学版)，2009，26，(2)：99-102.

RAO Caiqin，HUANG Hansheng. Factors affecting the compression strength of shenzhen cement stabilized soft soil[J]. Journal of HUST (Urban Science Edition)，2009，26，(2)：99-102.

[7] 周丽萍，申向东.水泥土力学性能的试验研究[J]. 硅酸盐通报，2009，28 (2)：359-365.

ZHOU Liping，SHEN Xiangdong. Study on mechanical behaviors of soil cement[J]. Bulletin of Thechinese Ceramic Society，2009，28，(2)：359-365.

[8] 刘叔灼，巴凌真，杨医博，等.有机质含量对水泥土强度影响的试验研究[J]. 武汉理工大学学报，2009，31 (7)：40-43.

LIU Shuzhuo，BA Lingzhen，YANG Yibo， et al. Research on the influence of organic content on the strength of cement stabilized soi [J]. Journal of Wuhan University of Technology，2009，31，(7)：40-43.

[9] 肖武权，冷武明，律文田.深层搅拌法加固软弱土层的室内试验研究[J].中南大学学报(自然科学版)，2004，35(3)：490-494.

XIAO Wuquan， LENG Wuming， LÜ Wentian. Laboratory test for treatment of the poor soil using deep mixing method[J].Journal of Central South University (Science and Technology)，2004，35(3)：490-494.

[10] JGJ/T233—2011,水泥土配合比设计规程[S].

JGJ/T233—2011, Specification for mix proportion design for cement soil [S].

[11] 刘思峰，郭天榜，党耀国，等. 灰色系统理论及其应用[M].北京： 科学出版社，1999．

LIU Sifeng， GUO Tianbang， DANG Yaoguo， et al. Grey information： theory and practical applications[M]. Beijing： Science Press，1999．

(编辑蒋学东)

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

中图分类号：TU521.3

文献标志码：A

文章编号：1672-7029(2016)03-0476-04

通讯作者：范凌燕(1973-)，女，湖南邵阳人，从事岩土和建材教学与研究；E-mail:70467157@qq.com

基金项目：国家自然科学基金资助项目(50678175)

收稿日期：2015-07-28