基于灰色理論的復(fù)合地基承載力影響因素分析

1、<p>　　基于灰色理論的復(fù)合地基承載力影響因素分析</p><p>　　摘要：復(fù)合地基承載力的大小直接關(guān)系到地基處理的效果，而復(fù)合地基承載力受到多種因素的影響和控制。通過基于灰色理論的灰色關(guān)聯(lián)分析法對實(shí)際工程中的現(xiàn)場靜載荷試驗(yàn)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，得出影響該工程復(fù)合地基承載力的因素排序，進(jìn)而對排序結(jié)果進(jìn)行論述。分析結(jié)果表明，利用灰色關(guān)聯(lián)分析法分析影響復(fù)合地基承載力因素是可行的，一定程度上反映了復(fù)合地基承

2、載力的特性。該法對復(fù)合地基承載力的設(shè)計(jì)和與研究提供了一種新的方法，具有一定的借鑒作用。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：灰色理論；復(fù)合地基；承載力；灰色關(guān)聯(lián)分析 </p><p><b>　　1 引言 </b></p><p>　　在工程中，為了解決地基承載力不足的問題，可以采取某種方法對地基進(jìn)行處理，形成復(fù)合地基。復(fù)合地基是指天然地基在地基處理

3、過程中部分土體被增強(qiáng)或被置換，形成增強(qiáng)體，由增強(qiáng)體和周圍地基共同承擔(dān)荷載的地基[1]。復(fù)合地基通常由樁（增強(qiáng)體）、樁間土（基體）和褥墊層組成，基體和增強(qiáng)體共同承擔(dān)荷載并協(xié)調(diào)變形。目前，研究復(fù)合地基承載力的方法主要有試驗(yàn)方法與數(shù)值方法，這其中主要包括載荷試驗(yàn)法、經(jīng)驗(yàn)公式法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等方法[2]。載荷試驗(yàn)法是一種最為直接和可靠的分析方法，然而其具有費(fèi)用高，時(shí)間長等缺點(diǎn)；經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算承載力，由于各公式采用的物理力學(xué)參數(shù)側(cè)重點(diǎn)不同，難以反映諸

4、多因素對承載力的影響；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法則需要基于大量的樣本基礎(chǔ)上且不能保證全局尋優(yōu)。 </p><p>　　復(fù)合地基承載力工作機(jī)理比較復(fù)雜，受到樁、樁間土體及樁周土體等多種因素的影響和控制，而且某些因素相互之間還存在著不確定的關(guān)系，很難確定哪些因素對提高復(fù)合地基承載力起到顯著的作用，哪些因素則對其影響較小。因此，近年來，人們對復(fù)合地基加固效果與機(jī)理、地基承載力的確定等相關(guān)問題進(jìn)行了研究，也得出了一定的研究成果[3-5]

5、。然而，到目前為止仍沒有一種理論方法或數(shù)學(xué)公式能夠全面反映各影響因素和復(fù)合地基承載力之間的關(guān)系。對此，本文采用灰色系統(tǒng)理論中的灰色關(guān)聯(lián)度分析法對影響復(fù)合地基承載力的各個(gè)因素進(jìn)行分析，找出影響復(fù)合地基承載力的優(yōu)勢因子，從而為復(fù)合地基的相關(guān)設(shè)計(jì)與施工發(fā)揮一定的作用。分析結(jié)果表明，該方法所得到的結(jié)論與實(shí)踐結(jié)果具有良好的一致性，一定程度上反映了復(fù)合地基承載特性，為復(fù)合地基承載力的相關(guān)因素的分析提供了一條直觀有效的分析途徑。 </p>

6、<p>　　2 灰色關(guān)聯(lián)度分析法 </p><p>　　灰色關(guān)聯(lián)度分析法來自于灰色系統(tǒng)理論[6]。該理論是鄧聚龍教授1982年所創(chuàng)立，是一種研究少數(shù)據(jù)、貧信息不確定性問題的新方法[7，8]。經(jīng)過20 多年的發(fā)展，現(xiàn)已基本建立起一門新興學(xué)科的結(jié)構(gòu)體系。目前，該理論已形成如灰色地質(zhì)學(xué)、灰色水文學(xué)、灰色哲學(xué)等一系列的新興邊緣學(xué)科。灰色關(guān)聯(lián)分析法對樣本量的多少和有無規(guī)律性同樣適用，且計(jì)算量小，量化分析結(jié)果與

7、定性分析不符的現(xiàn)象更不會(huì)出現(xiàn)。其基本思想是根據(jù)序列曲線的幾何形狀的相似程度來判斷灰色過程發(fā)展態(tài)勢的關(guān)聯(lián)程度。曲線越接近，相應(yīng)序列之間的關(guān)聯(lián)度就越大，反之則越小。 </p><p>　　2.1 確定行為數(shù)列和特征數(shù)列 </p><p>　　對復(fù)合地基承載力進(jìn)行分析，選擇能夠反映出復(fù)合地基承載力行為特征的數(shù)據(jù)序列。首先確定行為數(shù)列 ，其中n代表影響復(fù)合地基承載力的因素的個(gè)數(shù)。然后確定特征序列，

8、本文將現(xiàn)場靜載荷試驗(yàn)測得的承載力作為系統(tǒng)特征序列 ，其中m代表進(jìn)行的試驗(yàn)點(diǎn)個(gè)數(shù)。 </p><p>　　由于復(fù)合地基承載力及選取的各個(gè)影響因素的物理意義與量綱不盡相同，因此，為消除原始數(shù)據(jù)所代表的不同物理意義及量綱的影響，應(yīng)對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行初值化處理。初值化的方法較多，本文采用下式（1）進(jìn)行初值化得到相關(guān)因素序列 。 </p><p>　　灰色關(guān)聯(lián)度 為第i個(gè)影響因素相對于特征序列的關(guān)聯(lián)度大

9、小，即表示第i個(gè)影響因素相對于復(fù)合地基承載力的關(guān)聯(lián)度大小。 </p><p><b>　　3 實(shí)例分析 </b></p><p>　　由于影響復(fù)合地基承載力的因素比較復(fù)雜，目前根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》設(shè)計(jì)深層攪拌樁的方法仍有不盡完善之處，如計(jì)算公式中的假設(shè)可能與實(shí)際不一致等。本文采用基于灰色理論的灰色關(guān)聯(lián)分析法對影響復(fù)合地基承載力的因素進(jìn)行研究，為說明本方法的適用

10、性，本文選取文獻(xiàn)[2]中復(fù)合地基承載力的現(xiàn)場靜載荷試驗(yàn)的實(shí)測資料進(jìn)行分析。 </p><p>　　3.1 復(fù)合地基承載力影響因素 </p><p>　　根據(jù)國內(nèi)有關(guān)文獻(xiàn)資料，認(rèn)為影響復(fù)合地基承載力的因素有很多。本文結(jié)合工程實(shí)踐和理論分析結(jié)果，選擇了一些在工程設(shè)計(jì)與施工、勘察易得到的因素來分析其對復(fù)合地基承載力的影響。選取了以下9個(gè)參數(shù)進(jìn)行分析： 樁長、 水泥摻入比、 置換率、 樁端土層承載

11、力標(biāo)準(zhǔn)值以及各土層的 含水量、 重度、 黏聚力、 內(nèi)摩擦角和 彈性模量，同時(shí)用 代表復(fù)合地基承載力，所以式（1）、（2）和式（3）中n=9。本文將文獻(xiàn)[2]中的原始數(shù)據(jù)整理成表1所示，一共選擇13個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)式（1）、（2）和式（3）中m=13，所以。同時(shí)對表1的數(shù)據(jù)進(jìn)行初值化處理，結(jié)果如表2所示。 </p><p>　　3.2 計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù) </p><p>　　對影響復(fù)合地基承載力的9個(gè)因

12、素 ― 的關(guān)聯(lián)系數(shù) 由式（1）、（2）可計(jì)算得出，其數(shù)據(jù)結(jié)果如表3所示。 </p><p>　　3.3 計(jì)算關(guān)聯(lián)度 </p><p>　　通過計(jì)算得出的各個(gè)影響因素對復(fù)合地基承載力的關(guān)聯(lián)系數(shù) 值，通過式（3）可得出各個(gè)影響因素對復(fù)合地基承載力大小的影響程度，其排序結(jié)果如表4所示。 </p><p>　　3.4 灰色關(guān)聯(lián)度結(jié)果分析 </p><p&

13、gt;　　從表4排序結(jié)果可以得出， 樁端土層承載力標(biāo)準(zhǔn)值對復(fù)合地基承載力的影響最為密切，其次為 樁長、 置換率。而 重度、 水泥摻入比、 含水量、 內(nèi)摩擦角的相對前3個(gè)因素而言，其對復(fù)合地基承載力的影響相對較小。而 彈性模量與 黏聚力的影響更加小。 </p><p>　　此外，經(jīng)過對關(guān)聯(lián)度排序結(jié)果的分析可知，排在前三位的均與樁的參數(shù)及其所處的條件相關(guān)，而樁周土體的土性參數(shù)相對樁的參數(shù)對復(fù)合地基承載力的影響則較小。

14、這一定程度上反映了該地質(zhì)條件下水泥土攪拌法處理地基時(shí)的復(fù)合地基承載力的特性，同時(shí)也對復(fù)合地基承載力的設(shè)計(jì)和與研究提供了一種新的方法，具有一定的借鑒作用。 </p><p><b>　　4 結(jié)論 </b></p><p>　　（1）復(fù)合地基承載力的大小直接關(guān)系到地基處理的效果，而復(fù)合地基承載力受到多種因素的影響和控制，因此確定哪些因素對提高復(fù)合地基承載力起到顯著的作用，

15、哪些因素則對其影響較小，無疑對復(fù)合地基承載力的研究具有十分現(xiàn)實(shí)的意義。 </p><p>　　（2）本文基于灰色理論的灰色關(guān)聯(lián)分析法，對水泥土攪拌樁法處理的地基的承載力進(jìn)行了研究，找出了影響該復(fù)合地基承載力因素的優(yōu)勢因子，對復(fù)合地基承載力的設(shè)計(jì)施工與理論研究具有一定的借鑒作用，同時(shí)為復(fù)合地基承載力的相關(guān)因素的分析提供了一條直觀有效的分析途徑。 </p><p>　?。?）分析結(jié)果表明，樁端

16、土層承載力標(biāo)準(zhǔn)值對復(fù)合地基承載力的影響最為密切，其次為樁長、置換率的影響。而土體的重度、水泥摻入比、含水量、內(nèi)摩擦角的相對前3個(gè)因素而言，其對復(fù)合地基承載力的影響相對較小。而彈性模量與黏聚力的影響更加小。因此，在對復(fù)合地基承載力進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該特別注意樁的參數(shù)及其所處的條件，結(jié)合工程具體情況找出一個(gè)優(yōu)化的設(shè)計(jì)參數(shù)以有效地提高復(fù)合地基的承載力。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b>

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