4.4.2 固化盐渍土的强度指标与微结构参数的相关性试验
图4.17 多元逐步回归分析的基本步骤
选取相同养护龄期的无侧限抗压强度试样，将其切割为直径和高度分别为5 mm和10 mm的圆柱体，作为微结构试样。采用液氮真空冷冻法干燥试样，保证失水过程中土的微结构不发生变化［11］。
将不同养护龄期、不同含盐量的微结构试样从中部掰断，用德国的LEO 1530 VP型场发射扫描电子显微镜进行新鲜断面上的土微结构SEM图片采集。借助德国Leica Qwin 5000图形处理软件，对图片中的影像进行二值化处理，逐步消除噪声点，使图片上只保留土颗粒和孔隙图像。通过对图片扫描及计算，获取与土颗粒有关的微结构参数，如等效直径、扁圆度、充填比、面积比、颗粒粒度分维、颗粒定向分维等。
1．强度指标与微结构参数的选取
作为路堤填土，要有足够的承载能力和稳定性，所以选择固化盐渍土的黏聚力c、内摩擦角φ和无侧限抗压强度qu，共3个强度指标。微结构参数选择直接表征土颗粒特点的等效直径(equivalent diameter)、扁圆度(particle oblate degree)、充填比(full ratio)、面积比(area ratio)、颗粒粒度分维D ps、颗粒定向分维D di，共6个指标。等效直径D e为与颗粒面积相等的等效圆的直径，近似地表征单个颗粒的大小;扁圆度K ci为颗粒的短轴和长轴之比，数值小于1，其值越小说明颗粒越趋于长条形，反之，愈接近于球体;充填比F r为颗粒面积与其外接圆面积比的平方根，其值越大说明颗粒越趋于圆形;面积比A frac为颗粒面积占总图像面积的百分比，也称平面颗粒率，可以从平面面积上说明颗粒的多少。将固化盐渍土的3个强度指标与6个微结构参数进行相关性计算，分析固化盐渍土的微结构参数与强度指标的相关关系。
2．黏聚力与微结构参数的相关关系
1)测试及计算结果
固化盐渍土黏聚力与微结构参数测试结果见表4.13。多元逐步回归分析计算结果见表4.14。
通过多元逐步回归分析计算，得到了黏聚力与微结构参数的回归方程式为
c=3 816.62+ 461.48 D ps+ 4 052.60 D di－11 552.5 K ci+3 454.3 A frac (4-2)
2)相关性分析
由式(4-2)得知，影响固化盐渍土黏聚力的主要微结构参数为粒度分维、颗粒定向分维、扁圆度和面积比。
(1)颗粒定向分维与黏聚力的关系。颗粒定向分维与黏聚力呈正相关，即随着颗粒定向分维值的增大，黏聚力也增大，即土颗粒的排列方向越混乱，黏聚力越大。颗粒排列混乱的土在其颗粒的定向过程中将消耗一部分能量用以产生颗粒转动，相对于定向程度好的土体，其用于产生垂向位移的应力被相对降低，因此这种土表现出较高的抗剪性能。
(2)粒度分维与黏聚力的关系。粒度分维与黏聚力呈正相关，即随着颗粒粒度分维值的增大，黏聚力增大，也就是说，石灰固化滨海盐渍土颗粒均一化程度越差，黏聚力越大。这主要是因为固土作用使部分小颗粒聚集成大颗粒，并与其他小颗粒相互联结，使微结构更加紧凑，强度增大。
(3)扁圆度与黏聚力的关系。扁圆度与黏聚力呈负相关，说明扁圆度值越大，土所表现出的抗剪性能越小。颗粒扁圆度是反映颗粒自身形状的一种参数，其值越大，颗粒形状越接近于球体，形成骨架的颗粒越浑圆，越容易滑动，使得黏聚力也就越小。
表4.13 石灰固化盐渍土黏聚力与微结构参数测试结果
(4)面积比与黏聚力的关系。面积比与黏聚力呈正相关。颗粒面积占总面积的比例越大，黏聚力越大。面积比从平面面积上说明颗粒的多少，其值越大，土颗粒越多，孔隙则越少，致使黏聚力增大。
表4.14 石灰固化盐渍土黏聚力与微结构参数单相关系数
3．内摩擦角与微结构参数相关关系
1)测试及计算结果
固化盐渍土内摩擦角和微结构参数测试结果见表4.15。多元逐步回归分析计算结果见表4.16。
表4.15 石灰固化盐渍土内摩擦角与微结构参数测试结果
表4.16 石灰固化盐渍土内摩擦角与微结构参数的单相关系数
通过逐步回归分析计算，得到了内摩擦角与微结构参数的回归方程式为
φ= 104.624+11.688 7 D di－1.018 D e－32.598 K ci+123.857 A frac (4-3)
2)相关性分析
影响固化盐渍土内摩擦角的微结构参数为颗粒定向分维、等效直径、扁圆度和面积比。
(1)颗粒定向分维与内摩擦角呈正相关，即随着颗粒定向分维值的增大，土的内摩擦角增大。也就是说，土的排列方向越混乱，内摩擦角越大。颗粒排列混乱的土，颗粒间咬合嵌固程度相对较好，因此这种土表现出较高的抗剪性能。
(2)等效直径与内摩擦角呈负相关，即随着颗粒粒径值的增大，土的内摩擦角减小，即石灰固化滨海盐渍土颗粒粒径越大，内摩擦角越小。这主要是因为小颗粒聚集形成大颗粒，大颗粒之间的咬合接触面积较小，另外大颗粒与大颗粒之间联结力相对较弱，易产生滑动，使内摩擦角减小。
(3)扁圆度与内摩擦角呈负相关。扁圆度值越大，土的内摩擦角越小。颗粒扁圆度越大，颗粒形状越接近于球体，形成骨架的颗粒越浑圆，越容易产生滑动，内摩擦角也就越小。
(4)面积比与内摩擦角呈正相关。颗粒面积占平面总面积的比例越大，土的内摩擦角越大。面积比越大，从平面面积的角度上说明土颗粒越多，导致土的内摩擦角增大。
4．无侧限抗压强度与微结构参数相关关系
1)测试及计算结果
固化盐渍土无侧限抗压强度和微结构参数测试结果见表4.17，多元逐步回归分析计算结果见表4.18。
表4.17 石灰固化盐渍土无侧限抗压强度与微结构参数测试结果
表4.18 石灰固化盐渍无侧限抗压强度与土微结构参数的单相关系数
通过逐步回归分析计算，得到无侧限抗压强度与微结构参数的回归方程式为
q=－1.466+ 0.752 9 D ps+ 14.137 9D di+ 0.244 5 D e－10.351 4 K ci－9.637 3 A frac (4-4)
2)相关性分析
影响无侧限抗压强度的微结构参数为粒度分维、颗粒定向分维、等效直径、扁圆度和面积比。
(1)粒度分维与无侧限抗压强度呈正相关，即随着颗粒粒度分维值的增大，无侧限抗压强度亦增大，也就是说，石灰固化滨海盐渍土颗粒均一化程度越差，无侧限抗压强度越大。这主要是因为适量的大颗粒与小颗粒相互联结嵌固，使结构更加紧凑，强度增大。
(2)颗粒定向分维与无侧限抗压强度呈正相关，即随着颗粒定向分维值的增大，无侧限抗压强度增大。即土的排列方向越混乱，无侧限抗压强度越大。颗粒排列混乱的土，在其颗粒定向过程中将消耗一部分能量用以产生颗粒转动，相对于定向程度好的土，其用于产生垂向位移的应力被相对降低。另外，排列混乱，使土颗粒易于相互嵌固咬合。因此这种土表现出较高的抗压性能。
(3)等效直径与无侧限抗压强度呈正相关，即随着等效直径值的增大，无侧限抗压强度增大，也就是说，石灰固化滨海盐渍土颗粒粒径越大，无侧限抗压强度越大。这是因为小颗粒聚集成大颗粒，增强了颗粒间的联结力，使得土的整体性得到提高，结构更加紧凑，强度增大。
(4)扁圆度与无侧限抗压强度呈负相关，说明扁圆度值越大，土的无侧限抗压强度越小。扁圆度越大，颗粒形状越接近于球体，形成骨架的颗粒越浑圆，越容易产生滑动，无侧限抗压强度也就越小。
(5)面积比与无侧限抗压强度呈负相关，说明颗粒面积占总面积的比例越大，无侧限抗压强度越小。面积比仅从平面面积上说明颗粒的多少，大颗粒越多，颗粒之间越容易产生滑动，使得无侧限抗压强度减小。
由固化盐渍土的强度与微结构参数的测试结果可得出以下认识。
(1)使用生石灰粉固化滨海盐渍土，固化后土的微结构发生了变化，强度得到提高。强度指标与微结构参数间存在着一定的相关关系。多元逐步回归分析计算结果表明，表征颗粒尺寸、分布状态与形态特征的粒度分维、颗粒定向分维、面积比、扁圆度、等效直径是对土的抗剪强度和无侧限抗压强度影响较为显著的5个微结构参数。
(2)由式(4-2)、式(4-3)和式(4-4)得知:颗粒定向分维对固化盐渍土强度指标的增长贡献较大，呈正相关;粒度分维对黏聚力增长有正面影响;面积比和扁圆度对抗剪强度和无侧限抗压强度的影响显著;等效直径对强度指标的影响较小。
(3)同等含盐量的固化盐渍土，其强度均随养护龄期的增加而增加。随含盐量的增加，固化盐渍土的强度在降低，强度与含盐量呈明显的负相关，相应的微结构参数也发生规律性的变化，体现了石灰的固土作用和盐结晶对强度有降低作用。
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