基于灰色理论的复合地基承载力影响因素分析.doc

1、1基于灰色理论的复合地基承载力影响因素分析摘要：复合地基承载力的大小直接关系到地基处理的效果，而复合地基承载力受到多种因素的影响和控制。通过基于灰色理论的灰色关联分析法对实际工程中的现场静载荷试验的相关数据进行研究，得出影响该工程复合地基承载力的因素排序，进而对排序结果进行论述。分析结果表明，利用灰色关联分析法分析影响复合地基承载力因素是可行的，一定程度上反映了复合地基承载力的特性。该法对复合地基承载力的设计和与研究提供了一种新的方法，具有一定的借鉴作用。 关键词：灰色理论；复合地基；承载力；灰色关联分析 1 引言 在工程中，为了解决地基承载力不足的问题，可以采取某种方法对地基进行处理，形成复

2、合地基。复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体被增强或被置换，形成增强体，由增强体和周围地基共同承担荷载的地基1。复合地基通常由桩（增强体） 、桩间土（基体）和褥垫层组成，基体和增强体共同承担荷载并协调变形。目前，研究复合地基承载力的方法主要有试验方法与数值方法，这其中主要包括载荷试验法、经验公式法、神经网络法等方法2。载荷试验法是一种最为直接和可靠的分析方法，然而其具有费用高，时间长等缺点；经验公式计算承载力，由于各公式采用的物理力学参数侧重点不同，难以反映诸多因素对承载力的影响；神经网络法则需要基于大量的样本基础上且不能保证2全局寻优。 复合地基承载力工作机理比较复杂，受到桩、桩间土

3、体及桩周土体等多种因素的影响和控制，而且某些因素相互之间还存在着不确定的关系，很难确定哪些因素对提高复合地基承载力起到显著的作用，哪些因素则对其影响较小。因此，近年来，人们对复合地基加固效果与机理、地基承载力的确定等相关问题进行了研究，也得出了一定的研究成果3-5。然而，到目前为止仍没有一种理论方法或数学公式能够全面反映各影响因素和复合地基承载力之间的关系。对此，本文采用灰色系统理论中的灰色关联度分析法对影响复合地基承载力的各个因素进行分析，找出影响复合地基承载力的优势因子，从而为复合地基的相关设计与施工发挥一定的作用。分析结果表明，该方法所得到的结论与实践结果具有良好的一致性，一定程度上反映

4、了复合地基承载特性，为复合地基承载力的相关因素的分析提供了一条直观有效的分析途径。 2 灰色关联度分析法 灰色关联度分析法来自于灰色系统理论6。该理论是邓聚龙教授1982 年所创立，是一种研究少数据、贫信息不确定性问题的新方法7，8。经过 20 多年的发展，现已基本建立起一门新兴学科的结构体系。目前，该理论已形成如灰色地质学、灰色水文学、灰色哲学等一系列的新兴边缘学科。灰色关联分析法对样本量的多少和有无规律性同样适用，且计算量小，量化分析结果与定性分析不符的现象更不会出现。其基本思想是根据序列曲线的几何形状的相似程度来判断灰色过程发展态势的关联程度。曲线越接近，相应序列之间的关联度就越大，反之

5、则越小。 32.1 确定行为数列和特征数列 对复合地基承载力进行分析，选择能够反映出复合地基承载力行为特征的数据序列。首先确定行为数列 ，其中 n 代表影响复合地基承载力的因素的个数。然后确定特征序列，本文将现场静载荷试验测得的承载力作为系统特征序列 ，其中 m 代表进行的试验点个数。 由于复合地基承载力及选取的各个影响因素的物理意义与量纲不尽相同，因此，为消除原始数据所代表的不同物理意义及量纲的影响，应对原始数据进行初值化处理。初值化的方法较多，本文采用下式（1）进行初值化得到相关因素序列 。 灰色关联度 为第 i 个影响因素相对于特征序列的关联度大小，即表示第 i 个影响因素相对于复合地基

6、承载力的关联度大小。 3 实例分析 由于影响复合地基承载力的因素比较复杂，目前根据建筑地基处理技术规范设计深层搅拌桩的方法仍有不尽完善之处，如计算公式中的假设可能与实际不一致等。本文采用基于灰色理论的灰色关联分析法对影响复合地基承载力的因素进行研究，为说明本方法的适用性，本文选取文献2中复合地基承载力的现场静载荷试验的实测资料进行分析。 3.1 复合地基承载力影响因素 根据国内有关文献资料，认为影响复合地基承载力的因素有很多。本文结合工程实践和理论分析结果，选择了一些在工程设计与施工、勘察易得到的因素来分析其对复合地基承载力的影响。选取了以下 9 个参数进行分析： 桩长、 水泥掺入比、 置换率

7、、 桩端土层承载力标准值4以及各土层的 含水量、 重度、 黏聚力、 内摩擦角和 弹性模量，同时用 代表复合地基承载力，所以式（1） 、 （2）和式（3）中 n=9。本文将文献2中的原始数据整理成表 1 所示，一共选择 13 个试验点式（1） 、（2）和式（3）中 m=13，所以。同时对表 1 的数据进行初值化处理，结果如表 2 所示。 3.2 计算关联系数 对影响复合地基承载力的 9 个因素 的关联系数 由式（1） 、 （2）可计算得出，其数据结果如表 3 所示。 3.3 计算关联度 通过计算得出的各个影响因素对复合地基承载力的关联系数 值，通过式（3）可得出各个影响因素对复合地基承载力大小的

8、影响程度，其排序结果如表 4 所示。 3.4 灰色关联度结果分析 从表 4 排序结果可以得出， 桩端土层承载力标准值对复合地基承载力的影响最为密切，其次为 桩长、 置换率。而 重度、 水泥掺入比、 含水量、 内摩擦角的相对前 3 个因素而言，其对复合地基承载力的影响相对较小。而 弹性模量与 黏聚力的影响更加小。 此外，经过对关联度排序结果的分析可知，排在前三位的均与桩的参数及其所处的条件相关，而桩周土体的土性参数相对桩的参数对复合地基承载力的影响则较小。这一定程度上反映了该地质条件下水泥土搅拌法处理地基时的复合地基承载力的特性，同时也对复合地基承载力的设计和与研究提供了一种新的方法，具有一定的

9、借鉴作用。 54 结论 （1）复合地基承载力的大小直接关系到地基处理的效果，而复合地基承载力受到多种因素的影响和控制，因此确定哪些因素对提高复合地基承载力起到显著的作用，哪些因素则对其影响较小，无疑对复合地基承载力的研究具有十分现实的意义。 （2）本文基于灰色理论的灰色关联分析法，对水泥土搅拌桩法处理的地基的承载力进行了研究，找出了影响该复合地基承载力因素的优势因子，对复合地基承载力的设计施工与理论研究具有一定的借鉴作用，同时为复合地基承载力的相关因素的分析提供了一条直观有效的分析途径。 （3）分析结果表明，桩端土层承载力标准值对复合地基承载力的影响最为密切，其次为桩长、置换率的影响。而土体的

10、重度、水泥掺入比、含水量、内摩擦角的相对前 3 个因素而言，其对复合地基承载力的影响相对较小。而弹性模量与黏聚力的影响更加小。因此，在对复合地基承载力进行设计时，应该特别注意桩的参数及其所处的条件，结合工程具体情况找出一个优化的设计参数以有效地提高复合地基的承载力。 参考文献： 1 龚晓南.地基处理新技术M.北京：科学出版社，2000. 2 李书全，冯利军，杜占良，等.复合地基承载力预测的支持向量机方法应用研究J.河北农业大学学报，2006，29（4）：106-109. 3 叶观宝，张振，刑皓枫，等.组合型复合地基固结分析J.岩土工程学报，2011，33（1）：45-49. 64 易永利.复合地基承载力的影响因素和确定方法J.岩土工程界，2009，12（8）：25-28. 5 肖昭然，翟振威，原方.复合地基桩土应力测试方法研究J.岩土工程学报，2008，30（8）：1208-1212. 6 赵俭斌，史永强，杨军.基于灰色理论的解压管桩承载力影响因素分析J.岩土工程学报，2011，33（增刊 1）：394-398. 7 邓聚龙.灰色系统理论教程M.武汉：华中理工出版社，1990. 8 刘思峰.灰色系统理论及其应用M.北京：科学出版社，2008.