【文章內(nèi)容簡介】 量后，在堿性環(huán)境中，能使組成粘土礦物的二氧化硅及三氧化二鋁的一部分或大部分與鈣離子進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，逐漸生成不溶于水的結(jié)晶化合物，增大水泥土強(qiáng)度。SiO2+ Ca（OH）2+nH2O→3CaOSiO2(nH)H2O。Al2O3+ Ca（OH）2+nH2O→CaOAl2O3(n+1)H2O。從電子顯微鏡掃描的觀察可見，拌入水泥7天時，土顆粒周圍充滿了水泥凝膠體，并有少量水泥水化物結(jié)晶萌芽；一個月后，水泥土生成大量纖維狀結(jié)晶，并不斷延伸充填到顆粒間的孔隙中，形成網(wǎng)狀構(gòu)造；到五個月后，纖維狀結(jié)晶輻射向外伸展，產(chǎn)生分叉，相互結(jié)合形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，土顆粒的性狀已經(jīng)不能分辨。3）．碳酸化作用水泥水化物中游離的氫氧化鈣能吸收水中和空氣中的二氧化碳，發(fā)生碳酸化作用，生成不溶于水的碳酸鈣，這種反應(yīng)也能使水泥土增加強(qiáng)度，但增長強(qiáng)度較慢，幅度較小。從水泥土加固機(jī)理分析，由于攪拌機(jī)械的切削作用，實際上不可避免會留下一些未被粉碎的大小團(tuán)粒，在拌入水泥后將出現(xiàn)水泥漿包裹土團(tuán)的現(xiàn)象，而土團(tuán)間的大孔隙基本上已被水泥顆粒填滿。所以，加固的水泥土中形成一些水泥較多的微區(qū)，而在大小土團(tuán)內(nèi)部則沒有水泥。只有在較長的時間，土團(tuán)內(nèi)的土顆粒在水泥水解產(chǎn)生的滲透作用下，才逐漸改變性質(zhì)。因此在水泥土中不可避免的會產(chǎn)生強(qiáng)度較大和水穩(wěn)定性較好的水泥石和強(qiáng)度較低的土團(tuán)粒區(qū)。兩者在空間相互交替，從而形成一種獨特的水泥土結(jié)構(gòu)?？梢?，攪拌越充分，土塊被粉碎得越小，水泥分布到土中越均勻，則水泥土結(jié)構(gòu)的離散性越小，其宏觀強(qiáng)度也越高。第二節(jié) 水泥土的室內(nèi)配比試驗E) 一．試驗?zāi)康能浫跬翆拥姆蹏姌都庸碳夹g(shù)是基于水泥對軟土的加固作用，而目前這項技術(shù)的發(fā)展僅僅經(jīng)歷了幾十年，無論從加固機(jī)理還是設(shè)計計算方法還是施工工藝均有不完善的地方，有些還處于半理論半經(jīng)驗狀態(tài)，因此，應(yīng)該特別重視水泥土的室內(nèi)配比試驗。通過對試驗結(jié)果的分析，掌握一些規(guī)律性因果關(guān)系來指導(dǎo)粉噴樁加固方案的設(shè)計。本文根據(jù)各種不同方案的水泥土室內(nèi)配比試驗結(jié)果，利用多元線性回歸和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)兩種數(shù)學(xué)方法對地基土加固效果有影響的因素如：摻入比、含水量等因素進(jìn)行了分析，希望對設(shè)計、計算和施工中重要參數(shù)的確定有指導(dǎo)意義，從而經(jīng)濟(jì)合理地確定深層攪拌法加固地基土的技術(shù)方案，也為類似工程提供參考數(shù)據(jù)。具體步驟如下：1．確定哪些變量xi（如水泥品種，標(biāo)號，摻入比，含水量，攪拌方式，養(yǎng)護(hù)條件等）對響應(yīng)Y（如無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，抗剪，抗拉強(qiáng)度等）最有影響。2．確定最有影響的xi設(shè)置在何處（如含水量、摻入比最優(yōu)）使得Y幾乎接近于所希望的額定值。3．確定有影響的xi設(shè)置在何處使得Y的變異性較大。4．確定有影響的xi設(shè)置在何處使得不可控制的變量z1,z2 zn,(如攪拌機(jī)械，施工工藝，管理水平)的效果最小。F) 二．試驗設(shè)計的基本原理１．重復(fù)性重復(fù)性是指基本試驗的重復(fù)進(jìn)行。重復(fù)有兩個重要性質(zhì)：第一，是可以得到試驗誤差的一個估計量；第二，如果樣本均值用作為試驗中一個因素的效應(yīng)估計量，則重復(fù)允許試驗者求得這一效應(yīng)更為精確的估計量。例如：如果σ2是數(shù)據(jù)方差，而有n次重復(fù)的樣本均值的方差則為σ2/n。這一點的實際意義是,如果只有一次試驗，并觀察到含水量為40%的試塊抗壓強(qiáng)度為y1=，而含水量為30%的試塊抗壓強(qiáng)度為y2=，我們也許不能作出抗壓強(qiáng)度隨含水量增加而降低的推斷，也就是說觀察差可能是試驗誤差的結(jié)果；另一方面，如果n合理的大，試驗誤差足夠小，當(dāng)觀察到同樣的結(jié)果時，我們就認(rèn)為以下的結(jié)論是可靠的：在其他條件相同的條件下，含水量的增加確實使水泥土抗壓強(qiáng)度降低。２．隨機(jī)化它是在試驗設(shè)計中使用統(tǒng)計方法的基石。所謂隨機(jī)化，指試驗材料的分配和各個試驗的進(jìn)行次序都是隨機(jī)確定的。統(tǒng)計方法要求觀察值（或誤差）是獨立分布的隨機(jī)變量，而隨機(jī)化通常使這一假定有效，把試驗進(jìn)行適量的隨機(jī)化有助于“平均出”可能出現(xiàn)的外來因素的效應(yīng)。例如在抗拉試驗中隨機(jī)對齡期相同的試塊進(jìn)行拉斷試驗，而非按摻入比等因素分組進(jìn)行拉斷試驗，這樣就會緩解試驗設(shè)備的摩阻力或因接觸位置的差異引起的強(qiáng)度變化。３）．區(qū)組化它是用來提高試驗精確度的一種方法。一個區(qū)組就是試驗材料的一部分，相比于試驗材料全體，它們本身的性質(zhì)應(yīng)該更為類似。例如：想知道摻入比對試塊強(qiáng)度的影響，可以用下述方法進(jìn)行。隨機(jī)制一批試塊，樣品的一半摻入比為10%，另一半為15%，進(jìn)行抗壓試驗時試塊的選取是隨機(jī)決定的，因為這是一種完全隨機(jī)化設(shè)計，兩個樣本的平均抗壓強(qiáng)度可用t檢驗法來比較。這樣就會顯現(xiàn)出完全隨機(jī)化設(shè)計的一個嚴(yán)重缺陷。設(shè)摻入比相同的試塊由一個模具壓制而成，而在制模過程中可能使試塊的厚度、密實性等不同，不同摻入比的樣本之間將缺乏均勻性導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度的變異性，并會增大試驗的誤差，使摻入比的真實影響難以鑒別。區(qū)組化原則就是針對這一情況，假定一個模具可以制成摻入比不同的兩個試塊，這樣試塊之間的厚度、密實性等差異將縮小，從而降低其他因素引起的抗壓強(qiáng)度的變異性，達(dá)到提高試驗精確度的目的。以上設(shè)計實際是一般的隨機(jī)化區(qū)組設(shè)計中特殊的設(shè)計類型。區(qū)組理解為一個相對均勻的試驗單元，并且表示對完全隨機(jī)化的一個約束，因為處理組合僅僅在區(qū)組內(nèi)部是隨機(jī)化的。但是，要注意以下幾點：例如對一個20個樣本的試驗，用完全隨機(jī)化設(shè)計方法，對t統(tǒng)計量而言，用了n11+n21=101+101=18個自由度，而隨機(jī)化區(qū)組設(shè)計卻使t統(tǒng)計量只用了101=9個自由度，區(qū)組化使我們失去了（n21）個自由度。但我們希望，消除了附加的變異性源（樣本之間的差別）能得到更好的信息，對以上兩種方法進(jìn)行置信區(qū)間分析可知：區(qū)組化分析所得到的置信區(qū)間小于獨立分析所得到的置信區(qū)間，這一點反應(yīng)了區(qū)組化的噪音減小性質(zhì)。區(qū)組化并不常是最好的設(shè)計策略。如果區(qū)組內(nèi)部的變異性和區(qū)組之間的變異性相同，則y1y2的方差不管用什么設(shè)計方法都是相同的，實際上區(qū)組化將不是一個好的選擇，因為區(qū)組化損失了（n21）個自由度并在實際上導(dǎo)致了一個關(guān)于（μ1μ2）的較寬的置信區(qū)間。G) 三．試驗設(shè)備和規(guī)程本次試驗用土取自寧高公路（洪藍(lán)至雙牌石段）工地現(xiàn)場，場地原為河道，屬于江、河漫灘沉積，加固區(qū)土層土樣由鉆機(jī)在現(xiàn)場進(jìn)行補(bǔ)充勘探時取得，常規(guī)土工試驗測得其物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見表2—1，這些參數(shù)主要是在粉噴樁地基加固設(shè)計和沉降計算中提供樁間土參數(shù)。根據(jù)表2—1提供的地質(zhì)資料情況，知加固區(qū)以粘性土和淤泥質(zhì)土為主，分布呈層狀，且同種土土層較薄，由于鉆頭的推進(jìn)和旋轉(zhuǎn)，可能會使相鄰?fù)翆油粱祀s，與摻入水泥共同膠結(jié)形成成樁材料；另一方面，試驗經(jīng)費有限，回歸分析所需樣本量又較大，難以對每種土都進(jìn)行配比試驗。因此室內(nèi)土樣主要取粘土和淤泥質(zhì)土，在室內(nèi)使土樣完全擾動，并攪拌均勻后，利用現(xiàn)有的土工試驗儀器，制得試塊為70mm70mm70mm的立方體，空氣養(yǎng)護(hù)，攪拌方式為干攪，按照土工試驗規(guī)程進(jìn)行試驗。配比方案如下：水泥摻入比分別為8%、12%、15%；含水量分別為30%和40%；齡期分為30天和90天。試樣共分12組，每組12個，共12組12個=144（個）表2—馮村大橋北（k54+400—+465）土層種類深度（m）含水量（%）干密度（g/cm3）孔隙比比重壓縮系數(shù)（Mpa1）壓縮模量（Mpa）粉質(zhì)粘土淤泥質(zhì)粉粘土粉質(zhì)粘土粘土馮村大橋南（k54+625—+670）土層種類深度（m）含水量（%）干密度（g/cm3）孔隙比比重壓縮系數(shù)（Mpa1）壓縮模量（Mpa）粉質(zhì)粘土粉土殘積土楊村小橋北（ｋ57+582—+632）土層種類深度（m）含水量（%）干密度（g/cm3）孔隙比比重壓縮系數(shù)（Mpa1）壓縮模量（Mpa）粘土淤泥質(zhì)細(xì)砂土淤泥質(zhì)細(xì)砂土粉質(zhì)粘土楊村小橋南（ｋ57+632—+693）土層種類深度（m）含水量（%）干密度（g/cm3）孔隙比比重壓縮系數(shù)（Mpa1）壓縮模量（Mpa）粉質(zhì)粘土淤泥質(zhì)粉砂土淤泥質(zhì)淤泥質(zhì)粉砂土第三節(jié) 多元線性回歸分析影響粉噴樁的物理力學(xué)性能指標(biāo)的因素甚多：軟土性質(zhì)、工程設(shè)計、施工機(jī)械、施工工藝、養(yǎng)護(hù)條件及施工者素質(zhì)對水泥土強(qiáng)度都有強(qiáng)烈的影響，現(xiàn)排除設(shè)計、施工等諸多因素，在本章分析中，主要研究水泥土抗壓強(qiáng)度這一主要指標(biāo)，考察水泥摻入比、含水量、孔隙率、干容重、聲波傳播速度等因素的作用。通過回歸分析，試圖將各影響因素對目標(biāo)的影響量化，同時希望進(jìn)行各因素之間的共線性診斷以及模型的適合性檢驗，從而建立只包含主要影響因素與抗壓強(qiáng)度的新模型，在工程中以更少的參數(shù)來較好的控制粉噴樁水泥土的抗壓強(qiáng)度。將波速這一物理量放入分析，并不是說它對室內(nèi)配比試驗的試樣強(qiáng)度的形成有直接影響，目的是試圖通過建立波速與強(qiáng)度之間的關(guān)系，從而為反射波法應(yīng)用于粉噴樁質(zhì)量檢測的可行性進(jìn)行論證。對本此試驗結(jié)果，主要采取了多元線性回歸的分析方法，但是由于模型本身存在一些自身不能解決的問題，因此，在本章的最后，文章引入了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的新方法，試圖解決非線性回歸中不能或難以解決的問題，希望探索一條處理數(shù)據(jù)的新途徑。分析根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計中的回歸理論，以水泥土的抗壓強(qiáng)度為因變量y，考慮的自變量為摻入比x齡期x含水量x孔隙率x飽和度x干密度x和波速x7，此模型是多維回歸變量{xi}空間中的一張超平面。設(shè)y和x1,x7的n次觀測數(shù)據(jù)滿足線性回歸模型yj=β0+β1x1j++β7x7j+εjcj (j=1n)用距陣符號表示為： Y=Xβ+ε其中Y=（Y1，YN）,為因變量的觀測向量，β=（β1，βm）,是未知參數(shù)向量，x=,為n(7+1)階距陣，是回歸變量的觀測數(shù)據(jù)陣，ε=（ε1，εn）,是未知的誤差向量，且E（ε）=0，E（εε）=σ2。因考察n個自變量對抗壓強(qiáng)度y的作用有大有小，且自變量之間一般存在相關(guān)性，為了從y和x1,x7中所有可能的回歸模型中選出擬合這組數(shù)據(jù)的最優(yōu)回歸子集，本文主要采用了全回歸模型的分析方法，并利用大型系統(tǒng)統(tǒng)計分析軟件SYS進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合。全回歸模型是指沒有對回歸變量進(jìn)行篩選，建立全回歸變量的全回歸模型。這是很多回歸分析常用的方法。附：SYS 軟件數(shù)據(jù)輸入文件Input抗壓強(qiáng)度 摻入比 含水量 孔隙度 飽和度 干密度 波速 齡期。Cards。 1414 30 1645 30Proc reg。 Model 抗壓強(qiáng)度=摻入比 含水量 孔隙度 飽和度 干密度 波速 齡期 / selection=none r collin tol vif。Run。輸出結(jié)果為當(dāng)前選擇模型的方差分析表及參數(shù)估計等有關(guān)統(tǒng)計量（全回歸變量分析）。具體結(jié)果如下：表2—2　檢驗回歸顯著性的方差分析變差來源自由度平方和均方誤差F0檢驗量顯著性概率ProbF0回歸模型7殘差的誤差4偏差總和11表2—3　參數(shù)估計自變量自由度回歸系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差T檢驗Prob|T|常數(shù)1摻入比1齡期1含水量1孔隙度1飽和度1干密度1波速1則抗壓強(qiáng)度Y=++++++ 表2—4 模型顯著性檢驗及偏相關(guān)分析標(biāo)準(zhǔn)差估計量復(fù)相關(guān)系數(shù)樣本均值修正的平方復(fù)相關(guān)系數(shù)變異系數(shù)使用類型I平方和（SS）的平方偏相關(guān)系數(shù)，用SS/（SS+SSE）計算波速摻入比含水量齡期孔隙度飽和度干密度我們常用判定系數(shù)Rsquare來衡量回歸模型的適合性。顯然0R21，常粗略將R2看成作為數(shù)據(jù)的變異性中被該回歸模型說明的或涉及的部分所占的比例。也就是說，%是由全回歸模型引起的，這也說明了采用全回歸模型的分析過程能在很大程度上反映出各因數(shù)的作用，模型的合理性得到了檢驗。由偏相關(guān)分析得知，抗壓強(qiáng)度對波速、摻入比、含水量、齡期的敏感性是比較強(qiáng)的，其中波速的平方偏相關(guān)系數(shù)最大，說明聲波與水泥土抗壓強(qiáng)度之間有很強(qiáng)的相關(guān)性，此結(jié)論告訴我們以波速揭示和評價粉噴樁加固效果，不僅切實可行而且有較高精度。強(qiáng)度