老黏性土地基承载力的可拓学综合评测方法

2019-12-06孙广利阎大伟

吉林建筑大学学报 2019年5期

孙广利，阎大伟

吉林建筑大学测绘与勘查工程学院,长春 130118

0 引言

老黏性土为老沉积土,系指第四纪晚更新世及其以前沉积的黏性土,广泛分布于吉林省境内,是长春地区的典型地层,也是大部分有地下室建筑物基础的主要持力层[1].老黏性土的地质成因以冲洪积为主,构成了长春微波状台地的主体部分,宏观结构表现为较紧密块状结构和粒状结构,微观结构为紧密絮状;老黏性土为超固结土,不具有湿陷性,含水量较小,可塑偏硬～坚硬状态,中等偏低压缩性,物理力学性质较好[2].目前,确定老黏性土地基承载力采用的方法主要有两种:一是根据土的室内土工试验测得的物理力学性质指标孔隙比、液性指数查经验表求得;二是根据原位测试得到的静力触探指标和标准贯入试验指标,利用经验公式计算得到.但以上方法也存在一些缺点或需要改进的地方,如载荷试验投入较大、费时费力等.老黏性土地基承载力与试验方法、试验人员素质、土体的岩土工程性质等多种因素相关,从而影响其准确性和可靠性.综合考虑,本文根据可拓学综合评测方法,建立老黏性土地基承载力综合评测模型,再结合现场载荷试验验证,得出一种较适用的老黏性土地基承载力分级标准.

1 可拓学体系

环古至今,人类历史的发展过程就是人们通过冥思苦想解决矛盾问题的过程.而随着各行各业信息化的发展,可拓学提出了利用计算机实现矛盾问题智能化处理的方法[3-6].基于可拓学的综合评测方法逐渐应用在岩土工程和地质工程中[7],其在理论上较严谨,计算简单,待测样本数量不受限制,预测精度较好,不仅可以定性分析多个影响因素,还能够定量计算.

2 老黏性土地区地基承载力的可拓评测模型

2.1 老黏性土地基承载力的影响因素及评价标准选择

本文中选取天然含水率ω、质量密度ρ、压缩模量ES1-2、孔隙比e、液性指数IL、锥尖阻力qc等6项影响因素,并简记为c1,c2,c3,c4,c5,c6.根据相关规范和手册[8-9],将老黏性土地基承载力分为5级，分别为很好、好、一般、较差、差,分别以P1,P2,P3,P4,P5表示,并建立综合评价指标等级如表1所示.

表1 老黏性土地基承载力评价标准Table 1 Evaluation criteria for bearing capacity of old cohesive soil foundation

2.2 确定经典物元

可拓学中通过事物、特征、特征对应的量值构成的物元作为描述事物的基本元素,物元R的三要素:名称、特征、量值分别由P,c,X表示如下:

R=(P,c,X)

Xij=(aij,bij),(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)时,经典域物元的物元矩阵可表示为:

式中,Xi1,Xi2,…,Xin,分别为c1,c2,…cn,的取值范围.

根据表1,构造出老黏性土地基承载力经典物元:

2.3 确定节域物元

令N为老黏性土地区地基承载力评价整体,XN1,XN2,…,XNn,为c1,c2,…,cn的取值范围,则节域物元的物元矩阵可表示为:

根据表1建立的节域物元如下式:

2.4 确定待测物元

根据表2确定待测物元.

表2 试验点土的物理力学性质指标Table 2 Physical and mechanical property index of soil at the test points

续表2

2.5 计算待测物元的关联度

第t个待测物元的第j个因素关于地基承载力评价等级i的关联函数由下式求得:

式中,

(t=1,2,…,5)

由此关联函数可计算出待测样本关于地基承载力评价等级的关联度,记为矩阵Ks1,Ks2,Ks3,Ks4,Ks5,列举Ks1,Ks3,Ks5如下式:

计算举例如:

同理可计算:

K3(x11)=-0.090

K4(x11)=-0.393

K5(x11)=-0.545

同理可得Rs1中其他因素c2,c3,c4,c5,c6的关联函数值即:

同理可得:

2.6 确定待测样本对各类别的权系数

待测样本的影响因子xtj的权重分配系数λij,按下式计算:

显然有:

计算每个类别中对应的各因子的权系数λij,便可得到λs1,λs2,λs3,λs4,λs5,列举λs1,λs3,λs5如下式:

计算举例:

同理可得到其他权系数,故有:

2.7 老黏性土地基承载力等级判定

判定待测样本Ns1对某类别Pi的关联度,由下式计算：

如待测样本Ns1对地基承载力等级的关联度为:

K(Ns1)=[K1(Ns1),K2(Ns1),K3(Ns1),K4(Ns1),K5(Ns1)]

其中:

同理可计算K2(NS1),K3(NS1),K4(NS1),K5(NS1).则有:

K(Ns1)=[-0.252,0.001,0.070,-0.285,-0.451]

K(Ns3)=[-0.327,-0.028,-0.006,-0.148,-0.417]

K(Ns5)=[-0.206,-0.019,-0.078,-0.224,-0.444]

由最大关联原则Ki=maxKi(Ns),即可得到老黏性土的各待测样本的地基承载力的评测等级.

以Ns1为例,根据地基承载力关联度计算结果,由最大关联原则可得:

K3(Ns1)=maxKi(Ns1)

所以,待测样本Ns1的地基承载力等级为3级.其他待测样本评价等级同理,整理后如表3所示.

表3 老黏性土待测样本地基承载力可拓学综合评价的预测结果Table 3 Predicted results of extenics comprehensive evaluation of foundation bearing capacity of old clay soil samples to be tested