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1、 用模糊综合评价法识别红粘土与膨胀土 摘要：胀缩性红粘土与膨胀土在工程性质上相似，但两者在物质成分、结构构造、物理化学性质、物理力学性质以及对工程的破坏作用等方面与膨胀土有明显的区别，模糊数学是研究和处理模糊现象的数学方法，所研究的对象与对象之间的关系具有模糊性。由于红粘土与膨胀土的特性一些相似，所以使用模糊数学来判别两者的区别有其优越性。而模糊数学在膨胀土分类上的应用也证明了其适用性。本文应用模糊综合评价法进行了红粘土与膨胀土的识别，并与模糊聚类法的分析结果进行了比较，结论为模糊综合评价法能更综合、更有效的进行识别。关键词：模糊数学；红粘土；膨胀土 1 引言 红粘土是几种特殊土类之一，我国的
2、红粘土主要分部华南、西南、华东以及华中部分地区，如贵州、广西、云南、广东以及湖南等省份。另一种特殊土，即膨胀土，也大多分布在这些地区。一部分红粘土，如胀缩性红粘土与膨胀土在工程性质上相似，一直以来也按膨胀土来处理。然而胀缩性红粘土在物质成分、结构构造、物理化学性质、物理力学性质以及对工程的破坏作用等方面与膨胀土有明显的区别。在两者的判别方法中有规范判别分类法、最大胀缩性指标分类法、塑性图判别与分类法、风干含水量法、多指标综合判别分类法、多指标数学判别分类法等。多指标数学判别分类法中有模糊数学法、灰色理论法、神经网络理论法、可拓学理论法等。尽管单一或双指标法分类方法具有简单、便于工程应用的优点，
3、但由于特殊土胀缩性影响因素多且复杂，各因素之间也存在一定的相关关系，因此多因素的综合评判方法得到广泛的认可，其中尤以模糊数学法和灰色理论法的研究较多。模糊数学是研究和处理模糊现象的数学方法，所研究的对象与对象之间的关系具有模糊性。由于红粘土与膨胀土的特性一些相似，所以使用模糊数学来判别两者的区别有其优越性。而模糊数学在膨胀土分类上的应用也证明了其适用性。因此这里使用了模糊模式识别来判别红粘土和膨胀土。2 模糊模型识别简述 （1）定义。设给定论域 U，U 到0,1闭区间的任一映射 ：U0,1 u(u)都确定 U 的一个模糊子集，称为模糊子集的隶属函数，(u)称为 u 对的隶属度，也可记为(u)。
4、最主要也是最常见的一种隶属函数分布为正态分布，表示为(x)=，a 为样本均值，为样本标准差。（2）设论域 U 上有 n 个模糊子集 1,2,n，即=(1,2,n)。i 中又有 m 个元素，即 i=(i1,i2,im)，构成了一个标准模型库，对任一元素集 x=(x1,x2,xm)，则 x 对模糊向量集 i 的隶属度为 i(xj)=；若 k(xj)=，则认为 x 相对隶属于 k，即最大隶属度原则。式中为上限值或最大值，为下限值或最小值。x 对模糊向量集i 的隶属度也可以定义为 i(xj)，这实际上是一个较为简单的模糊综合评价法，即假定各指标的权重为 1:1:1。3 红粘土和膨胀土识别 （1）收集红
5、粘土和膨胀土的数据，建立论域 U 上的标准模型库=(1,2,n)，i=(i1,i2,im)。在指标的选择上依据两类土的区别、是否反映土质特征，以及指标测试的简易性。因为限于所能够收集到的数据，这里取液限、孔隙比和塑性指数来判别，如表 1 所示。表 1 判别标准数据 Table3-5 Standard data of classification 选取文献10中土样的指标值，列于表 2 中。取正态分布的隶属函数(x)=，计算出各指标的隶属度。如下表 3。表 2 粘土数据43 Table2 Data of clay43 表 3 判别计算 Table3 Calculation of classifi
6、cation 以上的计算结果与文献10中使用的模糊聚类分析法的结果基本吻合，只有在隶属度定义为的算法中的土样 7 有所差别，但两种土的隶属度的差别很小，说明该算法有综合各指标来进行判定的优点，但也会有区别不明显的缺点。原因估计一是判别指标较少，二是指标权重确定较简单。4 结论及建议 总的来说，使用模糊数学的判别方法来判别两类特殊土具有综合评价判定的优点，能够有效的区分土类，有着较好的可靠性。由于数据的有限，红粘土与膨胀土的一些重要区别指标并没有用来进行计算，在今后需要大量的收集这些数据，以建立更全面的标准库，特别是各地方的标准库。同时通过实际的工程经验和专家经验来确定指标之间的权重比，以之来更
7、准确、更有效的进行土类判别。参考文献 魏庭忠.膨胀性红粘土.第二届全国红土工程地质研讨会论文集C.贵州:贵州科技出版社,1991.林宗元.试论红土的工程分类J.岩土工程学报,1989,11(1).赵颖文,孔令伟,郭爱国.典型红粘土与膨胀土的对比试验研究J.岩石力学与工程学报,2004,23(15).曾秋鸾.广西红粘土的胀缩性能J.广西地质,2000,13(9).王建军.广西膨胀土地区建筑技术条例修订的若干问题研究D.南宁:广西大学.刘悦,黄强兵,胡长顺.基于模糊信息优化处理法的膨胀土分类J.长安大学学报,2005(1).郭昱葵,熊友山,姚海林.模糊数学在当宜高速公路膨胀土判别和分类中的应用J.岩土力学,1999,20(3).曹净,欧孝夺,周东.南宁膨胀土胀缩性模糊评判分析J.中南公路工 程,2004,29(3).陈善雄,余颂,孔令伟等.膨胀土判别与分类方法探讨J.岩土力学,2005,26(12).陈忠达.土类的模糊识别J.路基工程,1996,(6).覃震林.模糊数学综合评判法对粘土划分的探讨 J.广西工学院学报,2004,15(2).黄卫,钟理,钱振东.路基膨胀土胀缩等级的模糊评判J.岩土工程学报,1999,21(4).欧孝夺,温卫权.公路工程中膨胀土判别方法的探讨J.广西大学学报,2005,30(2).