吉林省农安地区碳酸盐渍土冻胀特性研究

发布时间：2017-03-27 20:20

  本文关键词：吉林省农安地区碳酸盐渍土冻胀特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：农安县位于吉林省的中西部,处于松辽平原的中央地带。由于该区海拔较四周低且地势平缓,导致排水不畅。浅层地下水矿化程度很高,水中盐离子随水分迁移,导致本区土壤盐渍化较重。通过对水中的易溶盐进行检测发现含量最多的是碳酸氢钠,盐渍土类型为碳酸盐渍土。农安县属于季冻区,在冬季寒冷的条件下,土体因为冻胀引起的地质灾害时有发生。同时,该区冻胀时盐分的加入又使得冻胀过程比非盐渍土区的冻胀过程更为复杂。本文以吉林省农安地区的碳酸盐渍土为研究对象,利用农安地区旱地取得的土样进行室内冻胀实验,对本区碳酸盐渍土的冻胀特性进行研究。通过粗糙集理论对影响碳酸盐渍土冻胀特性的因素进行属性约简,约简得到影响冻胀最大的因素后再利用MATLAB建立基于BP神经网络的碳酸盐渍土冻胀仿真模型。最后,通过删除仿真模型中的不同参数来对冻胀的影响因素进行敏感性分析。本文通过研究得出结论如下:1.在临界冻胀温度fht处,存在一个临界冻胀(缩)含水量fhw和临界冻胀压实度fhd,当盐渍土的含水量与压实度都达到临界值时土样才发生冻胀,否则发生冻缩。2.当开始降温时(5℃~-2℃),试样发生不同程度的收缩,这是土样的“冷缩”过程。当温度在-2℃到-8℃的范围内,随着温度的降低,土样体积发生很大变化。当土样含水率与压实度低于临界冻胀双因子界限值fhc时,随着温度的降低土样表现为“冻缩”;当土样的含水率与压实度大于土样的临界冻胀双因子界限值fhc时,随着温度的降低,土样表现为“冻胀”。-2℃到-8℃这个区间是整个实验中土样变化最大的区间。当温度在-8℃到-25℃这个区间内,随着温度的降低,土样趋于平稳,不会产生较大波动直至实验终止。3.每组土样都存在着多组临界冻胀双因子界限值fhc。一般情况下,临界冻胀压实度fhd越大,土样的临界冻胀(缩)含水量fhw越低,临界冻胀压实度fhd越小土样的临界冻胀(缩)含水量fhw会越大。4.土样的含水率与压实度未达到临界冻胀双因子界限值fhc时,含盐量在0到1%区间内,随着含盐量的增加,试样冻缩量增大;含盐量在1%到3%区间内,随着含盐量增加冻缩量减少,但是不同含盐量间冻缩量差异不大。当土样的含水率与压实度未达到临界冻胀双因子界限值fhc时,含盐量在0到1%区间内,随着含盐量的增加,试样冻胀量变小;含盐量在1%到3%区间内,随着含盐量增加冻胀量增加,但是不同含盐量间冻胀量差异不大。5.随着含盐的增加,试件的起胀温度降低,在0%时,起胀温度在-2℃左右,到含盐量1%时,起胀温度就达到了-4℃附近。这是因为含盐量增加降低了土中盐溶液的冰点。6.根据粗糙集理论,将冻胀研究中出现的10个影响因素(压实度、含水率、温度、塑限、含盐量、有机质含量、pH值、阳离子交换量、粉粒含量、粘粒含量)进行了属性约简,最终筛选出对碳酸盐渍土影响最大的四个因素,分别是:压实度、含水率、温度、含盐量。其余因素对碳酸盐渍土冻胀无明显影响或者影响有限。7.在对BP神经网络进行训练时,随机选取了500条实验数据,模型预测时随机选取了除训练数据以外的数据中的90条。模型输入层神经元为4个,隐含层神经元个数为10个,输出层1个,模拟精度为0.001。最后模拟结果与实际值的相关系数R2=82.32%,模拟结果与实际值的误差较小,训练中收敛速度快、精度高。说明建立的预测模型可以对本次碳酸盐渍土的冻胀率变化趋势进行预测。8.通过删除模型中某一参数后的预测结果来对比不同参数对碳酸盐渍土冻胀的影响大小,其中删除含水率后R2=25.36%,删除压实度后R2=54.66%,删除温度后R2=47.81%,删除含盐量后R2=59.06%。最后得到对碳酸盐渍土冻胀影响最大的参数排序为:含水率温度压实度含盐量。
【关键词】：吉林省 碳酸盐渍土 冻胀 粗糙集 BP神经网络
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU448
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-14
• 第1章 绪论14-24
• 1.1 选题依据和研究意义14-17
• 1.1.1 盐渍土及危害14-15
• 1.1.2 吉林西部碳酸盐渍土冻胀特性研究的意义15-17
• 1.2 盐渍土研究进展17-19
• 1.3 土体冻胀研究进展19-22
• 1.4 本文的主要工作及技术路线22-24
• 1.4.1 研究内容22
• 1.4.2 技术路线22-24
• 第2章 研究区工程地质特性24-39
• 2.1 研究区概况24-25
• 2.2 取样点地层分布特征25-27
• 2.3 取样点不同深度土层物质组成27-33
• 2.3.1. 不同土层的粒度成分分析27-32
• 2.3.2 矿物成分分析32-33
• 2.4 取样点不同深度土层物理化学性质33-38
• 2.4.1 物理性质33-35
• 2.4.2 易溶盐含量35-36
• 2.4.3 阳离子交换量36-37
• 2.4.4 pH值37
• 2.4.5 有机质含量37-38
• 2.5 小结38-39
• 第3章 碳酸盐渍土室内冻胀实验39-46
• 3.1 碳酸盐渍土冻胀实验方案39-41
• 3.1.1 土样介绍39-40
• 3.1.2 实验因素配置40-41
• 3.2 实验设备41-43
• 3.2.1 冻融实验舱41-42
• 3.2.2 冻胀仪42-43
• 3.3 实验方法与步骤43-45
• 3.4 小结45-46
• 第4章 实验数据处理与分析46-81
• 4.1 数据计算方法46-57
• 4.2 不同埋深盐渍土的含水率、压实度与冻胀率的关系57-63
• 4.2.1 埋深 10cm深盐渍土的冻胀与含水率、压实度的关系57
• 4.2.2 埋深 40cm深盐渍土的冻胀与含水率、压实度的关系57-60
• 4.2.3 埋深 70cm深盐渍土的冻胀与含水率、压实度的关系60
• 4.2.4 埋深 110cm深盐渍土的冻胀与含水率、压实度的关系60-63
• 4.2.5 埋深 170cm深盐渍土的冻胀与含水率、压实度的关系63
• 4.3 盐渍土冻胀与含盐量、含水率、压实度的关系63-76
• 4.3.1 0.0%含盐量时盐渍土冻胀与含水率、压实度的关系63-66
• 4.3.2 0.5%含盐量时盐渍土冻胀与含水率、压实度的关系66
• 4.3.3 1.0%含盐量时盐渍土冻胀与含水率、压实度的关系66-69
• 4.3.4 2.0%含盐量时盐渍土冻胀与含水率、压实度的关系69
• 4.3.5 3.0%含盐量时盐渍土冻胀与含水率、压实度的关系69-76
• 4.4 不同埋深盐渍土冻胀率与含水量-压实度的关系76
• 4.5 碳酸氢钠溶解度及其土中水冻结曲线对冻胀变形的影响76-79
• 4.6 小结79-81
• 第5章 碳酸盐渍土冻胀敏感性分析81-99
• 5.1 粗糙集简介81-82
• 5.1.1 信息系统81
• 5.1.2 集合的近似与粗糙集81-82
• 5.1.3 粗糙集的知识约简82
• 5.2 利用粗糙集理论对影响因素进行约简82-86
• 5.2.1 确定原始数据82
• 5.2.2 建立决策信息表82-85
• 5.2.3 基于粗糙集理论的冻胀率影响因素属性约简85-86
• 5.3 基于BP神经网络的碳酸盐渍土冻胀模型86-95
• 5.3.1 BP神经网络简介86-87
• 5.3.2 基于BP神经网络的冻胀率模型建立87-95
• 5.4 利用建立的BP神经网络模型对冻胀因素进行敏感性分析95-97
• 5.5 小结97-99
• 第6章 结论99-101
• 参考文献101-106
• 攻读硕士期间发表的学术论文106-107
• 致谢107

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 廖晓兰;杨久俊;张磊;张宝莲;梁超;;丙烯酰胺聚合固化盐渍土试验研究[J];岩土力学;2015年08期

2 张晨;蔡正银;黄英豪;徐光明;任国峰;;输水渠道冻胀离心模拟试验[J];岩土工程学报;2016年01期

3 渠孟飞;谢强;胡熠;李朝阳;;寒区隧道衬砌冻胀力室内模型试验研究[J];岩石力学与工程学报;2015年09期

4 曾桂军;张明义;李振萍;裴万胜;;饱和正冻土水分迁移及冻胀模型研究[J];岩土力学;2015年04期

5 蒋鹏文;周宏飞;邵春琴;张海亮;;生物排盐改良利用盐渍土的研究展望[J];人民黄河;2013年03期

6 李建国;濮励杰;朱明;张润森;;土壤盐渍化研究现状及未来研究热点[J];地理学报;2012年09期

7 赵安平;王清;陈慧娥;张中琼;;基于季节冻土微观结构特征的神经网络冻胀率仿真预测[J];冰川冻土;2012年03期

8 姜安龙;戚玉亮;;粗糙集-BP神经网络组合方法及其应用[J];中南大学学报(自然科学版);2011年10期

9 田亚护;刘建坤;彭丽云;;动、静荷载作用下细粒土的冻胀特性实验研究[J];岩土工程学报;2010年12期

10 石云;;Bp神经网络的Matlab实现[J];湘南学院学报;2010年05期

中国博士学位论文全文数据库 前7条

1 李栋国;农安盐渍土冻胀及反复冻融强度衰减特性研究[D];吉林大学;2015年

2 鲍硕超;吉林西部季冻区盐渍土冻胀特性及三维颗粒流数值模拟[D];吉林大学;2015年

3 宿晓萍;吉林省西部地区盐渍土环境下混凝土耐久性研究[D];吉林大学;2013年

4 王文华;吉林省西部地区盐渍土水分迁移及冻胀特性研究[D];吉林大学;2011年

5 李杨;季节冻土水分迁移模型研究[D];吉林大学;2008年

6 赵安平;季冻区路基土冻胀的微观机理研究[D];吉林大学;2008年

7 王俊臣;新疆水磨河细土平原区硫酸（亚硫酸）盐渍土填土盐胀和冻胀研究[D];吉林大学;2005年

中国硕士学位论文全文数据库 前7条

1 王文杰;冻土水热力三场耦合的衬砌渠道冻胀数值模拟研究[D];西北农林科技大学;2013年

2 王晓换;基于粗糙集和神经网络的故障诊断虚拟系统的研究[D];郑州大学;2010年

3 王颖;吉林西部粘性土分散性判别及冻融试验研究[D];吉林大学;2010年

4 温利强;我国盐渍土的成因及分布特征[D];合肥工业大学;2010年

5 任园园;松嫩平原碳酸盐渍土的变形和强度特性研究[D];中国地质大学（北京）;2009年

6 李雨浓;季冻区高速公路路基冻害影响因素分析[D];吉林大学;2007年

7 魏国强;松原至金宝屯公路盐渍土性质研究[D];中国地质大学（北京）;2006年

  本文关键词：吉林省农安地区碳酸盐渍土冻胀特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：271037