复杂环境下基于CPTU的深基坑土压力模型与工程应用

土压力计算是深基坑围护结构设计的重要组成部分,但现有土压力模型难以合理地考虑开挖扰动诱发土体工程性质演化影响。孔压静力触探(piezocone penetration test,CPTU)能够有效避免取样扰动,并快速提供连续的原位土测试参数(锥尖阻力、侧壁摩阻力、孔隙水压力)。基于CPTU原位测试和位移相关土压力模型,结合库仑土压力框架,综合考虑开挖诱发土体工程性质演化、邻近地下结构(受限空间)、土拱效应、地基土强度参数和土-结构界面摩擦角等影响因素,构建了复杂环境下深基坑土压力统一计算模型(主动状态至被动状态)。分别通过与室内1g模型试验和离心机试验结果对比,验证了所构建模型的准确性与合理性。进一步将所构建模型应用至太湖冲湖积相软土地区某邻近地铁车站的深基坑工程。现场分别在基坑开挖前后对围护结构的两侧(基坑内外)开展了CPTU原位测试,并监测得到了围护结构侧向变形与土压力变化。原位测试解译结果表明,基坑开挖显著地改变了周边土体状态参数,但对于有效内摩擦角的影响甚微。与现场所测土压力对比指出,基于CPTU的土压力模型能够较好地反映复杂环境下基坑土压力变化,成功实现了工程应用。

基于CPTU数据的海洋土土体分层研究

准确识别海洋土土体分层是探明海床地质条件和开展海洋岩土工程建设的前提.海洋工程中常采用钻探技术识别土体分层,但该方法在海底取样过程中会受海洋复杂环境影响,存在显著的取样扰动,且取样后进行室内土工试验的样本数量有限,导致土体分层结果存在较大的不确定性,因此亟须合理可靠的海洋土土体分层识别方法.基于原位孔压静力触探试验(CPTU),通过贝叶斯方法结合既有工程经验和目标场地的CPTU数据,实现较为准确的海洋土土体分层识别.并通过模拟数据和浙江省甬舟铁路金塘海底隧道工程的勘察数据验证本文方法可靠性.结果表明,本研究提出方法可识别海洋土最有可能的层数及各层土体的厚度,可进一步为勘探规划和海洋岩土工程设计提供支持.

花岗岩风化土孔压静力触探(CPTU)数据特征及风化状态划分

文章梳理了基于孔压静力触探测试(CPTU)进行土分类的主要方法,以及国内主要规范的应用情况,指出当前缺乏针对花岗岩风化土的CPTU数据特征研究。对广州地区3个工程项目的花岗岩风化土CPTU测试数据,对照CPTU数据曲线的基本特征,分别用土类指数法、线性分类法和水运工程分类法进行分类,发现主体数据利用土类指数法可通过Q_(tn)~F_(r)图中lgQ_(m)=2.2-1.8×lgF_(r)分界线的位置关系,可基本判定土体是否属于花岗岩风化土;通过线性分类法的Bq~qT土分类图能较好地判定花岗岩风化土的土性特点,但会把一部分含粗颗粒较多的粉质黏土或黏土判定为砂土;水运工程分类法中的Q_(tn)~F_(r)图在花岗岩风化土风化状态划分中有较好的参考作用,残积土、全风化和强风化之间的界线大约为Q_(tn)=59和109。研究表明CPTU可以用于区分花岗岩风化土和一般沉积土,也可以用于花岗岩风化土风化程度的划分。

软基处理PST桩复合地基加固机理及CPTU验证

对于厂房、仓库、露天堆场等沿海软土地基加固处理工程,采用传统的软基处理方法如真空预压或堆载预压,其施工工期长、工后沉降大;采用水泥搅拌桩由于施工质量不易控制,桩体强度低、处理效果不佳;采用刚性桩复合地基存在地面堆载沉降不均匀等难题。“PST”复合地基处理方法采用预制桩与桩帽及厚褥垫层组合,将预制桩的高承载力转化为褥垫层均布承载力;地面均布荷载引起的变形应力传递到桩身而非其下的软土。以某大型地基处理工程为例,通过CPTU孔压静力触探技术评价PST桩地基处理加固效果与挤土效应,通过对打桩过程中,不同时期的超静孔隙水压力进行观测,掌握超静孔隙水压力消散和变化规律。通过打桩过程中的超孔压的变化情况,分析打桩顺序和速率对孔压的影响程度,了解PST桩施工对软土的扰动规律,以指导施工,降低PST桩施工对地基土的影响。

基于CPTU的深基坑土层参数确定

鉴于CPTU技术在国内的发展,受限于其对土层分层方法的精度问题,为此采用有限元软件,根据不同土层的弹性模量构造一个模拟探头贯入层状土壤的模拟系统,并开展数值仿真模拟。开展一系列试验,基于试验数据,推导出一种可以准确预测地层条件为上软下硬或者上硬下软下的超前滞后深度的理论模型,从而使CPTU技术对土层边界的识别更加精确。

基于CPTU的土体不排水抗剪强度研究

文中采用孔压静力触探(CPTU)探头对某地区黏土进行了不排水抗剪贯入模型试验,并采用CEL大变形数值模拟方法模拟CPTU探头在土体的贯入过程中造成不同深度土层的变形过程。分析模型试验结果和数值模拟结果发现,在贯入试验中,当土体距离CPTU探头较远时,土体的水平位移较小,影响范围约为3B,CPTU探头贯入深度相同的情况下,在CPTU探头下1B的深度,土体会产生最大的形变;在CPTU探头贯入过程中,数值模型在CPTU探头贯入的初期和后期出现了两种不同的破坏模式。采用文中建立的方法对文中模型试验进行计算发现,文中模型试验为第一种破坏模式。

基于随机森林算法的CPTu土类识别模型研究及其在不同区域的应用

探讨基于跨地区的“CPTu+钻孔”数据库建立多地区广泛适用的土类识别模型的可行性,阐明在砾石、砂土、粉土、黏土四大分类情况下,能够适用于多个不同地区的土类识别模型。基于跨新西兰、奥地利、德国3个地区的“CPTu+钻孔”数据库,以CPTu测试数据的8个统计特征为输入,以砾石、砂土、粉土、黏土4种土类为输出,应用随机森林算法建立分类模型,同时探讨RF、SVM、BPANN、KNN 4种机器学习算法对于该土类识别问题的性能差异。研究结果表明:模型在3个地区均具有良好的泛化性能,与工程中广泛接受的SBTn图表法相比,土类预测精度显著提升。结合该模型和相应的土层界面确定方法,可应用于完整的CPTu测试曲线以重构测点处的土层分布。重构土层分布和钻孔土层分布具有很好的一致性,一致性程度达95%左右。在4种机器学习算法中,RF算法具备最优的性能,能有效解决不平衡分类问题。

基于CPTU的黏性土物理力学特征分析研究

针对黏性土的物理力学指标获取周期长、成本高等问题,文中以嘉穗米业粮食产业加工项目为基础,就其地表分布黏性土的含水量、孔隙比、黏聚力以及压缩模量的CPTU资料进行统计分析,从而建立包含CPTU比贯入阻力p_(s)与物理力学参数的经验关系公式。经研究发现,在比贯入阻力p_(s)的三种均值中,最小均值p’_(s,min)与各项物理力学指标之间的分布特征及相关性最高,且各项关键物理指标与最小均值p’_(s,min)之间具有较高的拟合优度。通过对比,由最小均值p’_(s,min)所确定的压缩模量,在不同大小的比贯入阻力p_(s)下均有着较高的相关程度。

多筒式CPTU探头的研究

锥尖阻力是静力触探技术的一项重要参数,对土分类和土层划分起着重要作用,准确的锥尖阻力值能够直观地区分不同类型的土如粘土、砂土等。对比分析了现有的CPT技术,发现对海底淤泥、粘土和砂土混叠的软硬土层中的软土层探测灵敏度不高,因此研制了一款多筒式CPTU探头。通过内筒和中筒的“双筒”结构对锥尖阻力进行测量,同时具有高灵敏度和大量程的优点,能够同时测量浅海的软土区及深海的硬土区。利用模拟平台对所设计的探头进行实验,使用测量电路对应力传感器构成的全桥电路进行测量,对测得数据进行卡尔曼滤波、曲线拟合、系统辨识等处理。实验结果表明,内筒的灵敏度最高,适合对软土层进行测量,且测量软土的量程随着内中筒的高度差变化而变化,中筒量程大,适合对硬土层进行测量。所设计的探头在60 ms内进入稳态且超调量小于1%,因此具有灵敏度高、量程大、快速响应、超调量小等优点,满足相关勘察工作的要求。同时多筒式结构为解决传感器中量程与灵敏度不可兼得的问题提供研究思路。

基于高速公路扩建工程CPTU路基沉降预测方案研究

基于高速公路扩建工程,文中采用CPTU方法对路基沉降进行预测。首先进行现场试验,通过CPTU测试参数分析土体的均质性及分层情况;再对沉降进行预测,并进行实际观测和对比分析。随着路堤的填筑,沉降逐渐增大,呈现“W”型特征,不同路肩受承载作用和附加应力影响的不同。填筑完成后,沉降增长放缓,趋于稳定。结果表明,基于CPTU的路基沉降预测方法具有较高的准确性和精度,相比经验公式法、数值模拟法和地震反应分析法,具有明显优势。

CPTU技术确定渗透系在上海地区应用的研究

目前用CPTU参数计算渗透系数的方法已越来越成熟,但在上海地区的使用较少。文中通过选择上海典型地层的试验场地,进行3个CPTU孔测试和相应的野外钻孔取样、室内土工试验。试验结果表明,CPTU参数确定的土层渗透系数在测试深度范围内呈连续分布,可较好的反映出土层的均匀性与敏感性。与室内试验和注水试验对比后,发现通过CPTU参数计算出的渗透系数,在黏性土中,比室内土工试验、注水试验大;在粉性土中,比室内试验、注水试验小。但其平均值与室内试验、注水试验的差值在一个数量级范围内,可满足实际工程需要。另外,CPTU参数确定的土层渗透系数可较好的反映出土层的均匀性与敏感性。对CPTU技术在上海的应用打下良好基础。

静压沉桩与CPTU贯入离心模型试验及机制研究

为了探究静压沉桩与CPTU贯入力学机制,开展了饱和黏土中静压沉桩及CPTU贯入的离心模型试验,获得了静压沉桩与CPTU贯入过程中土压力、超孔压和贯入阻力的变化规律。同时,将静压桩和CPTU压入过程视为一系列球孔的连续贯入,应用圆孔扩张解答,建立了静压沉桩和CPTU贯入过程中锥头阻力、侧阻力与超孔压的预测方法。通过离心模型试验和理论预测结果的对比分析表明:随着桩体的压入,桩周土体的超孔压和土压力均逐渐增大,当桩头通过监测点时,超孔压与土压力均达到最大值;在饱和黏土中,CPTU锥头阻力、锥侧摩阻力和锥头超孔压与锥头贯入深度总体上呈线性关系。预测方法估算沉桩和CPTU贯入引起的土压力、超孔压与模型试验结果相符,较好地反映了饱和黏土中静压沉桩和CPTU贯入的力学机制。

新型硫脲类捕收剂CPTU对黄铜矿及黄铁矿浮选的电化学机理研究

采用循环伏安、Tafel法及红外光谱分析研究了新型硫脲类捕收剂CPTU在黄铜矿及黄铁矿表面吸附的电化学行为及机理。试验结果表明,当pH值低于9.18时,黄铜矿电极从0 V左右开始氧化,出现了一个新的氧化峰,CPTU在黄铜矿表面电化学吸附形成疏水性产物Cu(CPTU)和单质S;随着pH值增大,氧化峰电流减小,疏水性增强并产生钝化;当pH值高于11.0时,黄铜矿自身的氧化占据了主导地位。对于黄铁矿而言,在整个pH范围内,捕收剂CPTU的加入并未改变循环伏安曲线的形状。并且,碱性条件下黄铁矿腐蚀反应产物更容易在矿物表面形成氢氧化物沉淀,阻碍了CPTU在其表面电化学反应的进行,证明CPTU对黄铜矿和黄铁矿的捕收有选择性。红外光谱分析表明,CPTU在黄铜矿表面的吸附属于化学吸附,而在黄铁矿表面的吸附属于物理吸附。

基于CPTU试验计算桩基承载力

基于宁常高速CPTU现场试验成果,采用了三种方法来计算单桩承载力。计算结果显示,CPTU方法精度最高,与静载试验结果有良好的一致性,是一种适合工程应用的方法,值得推广和应用。

基于CPTU评价桩基水平承载特性研究综述

根据基于孔压静力触探(CPTU)测试技术评价桩基水平承载特性的相关文献,对目前CPTU测试技术评价桩基水平承载特性的方法进行了综述,对比了CPTU测试技术以及另外几种原位测试技术——旁压仪测试(PMT)、扁铲侧胀仪测试(DMT)、标准贯入仪测试(SPT)分析水平受荷桩承载力和变形的原理以及预测结果。通过分析不同方法的评价结果,归纳了几种技术各自的优势和不足。分析结果表明:与其它三种技术相比,CPTU能够获得连续的数据,采集数据量大,测试精度高,既可以与桩基水平承载力直接建立关系,又能通过估算土体参数设计p-y曲线,在评价桩基水平承载特性方面具有广阔的应用前景。侧壁摩阻力和孔隙水压力对锥尖阻力与桩侧土抗力关系的影响有待进一步研究。

基于CPTU测试太湖软土地层单桩水平承载实用分析及案例研究

太湖软土地层广泛分布有较厚的淤泥质粉质黏土层,该淤泥质软弱夹层含水率高、压缩性大,呈流塑态,工程性质极差。以毗邻太湖苏州文博中心桩基建设项目为依托,基于现场试桩试验和CPTU测试p–y曲线法,研究了太湖软土地层超长灌注桩的水平承载特性,明确了淤泥质软弱夹层厚度对单桩水平承载性状的影响规律。案例分析表明：基于CPTU测试单桩水平承载数值计算结果与试桩试验结果吻合较好,桩基承载性状匹配一致;受淤泥质软弱夹层的影响,太湖软土地层水平受荷桩荷载传递深度较深,桩顶水平荷载的影响深度超过20 m;淤泥质软弱夹层的厚度既改变了桩身截面最大弯矩值又影响了截面最大弯矩及弯矩零点的发生位置;在软弱夹层普遍分布厚度0.5-6.0 m范围内,随夹层厚度的增加,软弱夹层变化带来的桩顶水平变位及桩身弯矩递增效应逐渐降低。以上研究成果可为软土地层桩基水平承载设计实践提供技术支撑。

CPTU数据解译在港珠澳大桥勘察中的应用

孔压静力触探(CPTU)是一种快速准确的原位测试方法,目前基于CPTU的数据解译方法,主要是由大量统计数据得到经验、半经验关系。通过CPTU试验的数据解译在港珠澳大桥勘察工作中进行土体分层、黏性土不排水抗剪强度、砂土内摩擦角及地基均匀性分析方面的应用,得出一些有益的结论。

基于CPTU的宁波黏性土不排水抗剪强度确定研究

黏性土的不排水抗剪强度是黏性土的重要力学指标,对于地铁车站的设计是非常重要的。由于获得无扰动试样的困难或成本限制,现代原位测试技术已广泛用于不排水抗剪强度的评价之中。以宁波地铁车站为工程背景,采用多功能孔压静力触探技术(CPTU)对黏性土进行土层测试和评价。介绍了CPTU测试技术的基本原理;根据十字板剪切强度反演孔压圆锥系数(NΔu),提出了不排水抗剪强度与超静孔压的关系,并探讨了孔压圆锥系数与孔压参数比的关系;将基于CPTU测试技术的不排水抗剪强度与室内测试结果进行对比。结果表明,采用CPTU测试技术能有效地评价黏性土的不排水抗剪强度;基于十字板剪切试验的不排水抗剪强度与基于CPTU测试技术的超静孔压有着较好的相关性;孔压圆锥系数与孔压参数比有着较好的对应关系。

CPTU数据与其它原位测试试验的相关性分析

孔压静力触探(CPTU)是一种快速准确的原位测试方法,在工程中得到了广泛的应用,同时通过与其他原位测试试验,如标准贯入试验、十字板剪切试验以及波速测试试验的对比分析,可以建立它们之间的相关关系。

CPTU数据与土体物理指标的相关性分析

根据港珠澳大桥勘察工程中应用的大量孔压静力触探试验数据与室内土工试验结果进行统计对比研究,发现CPTU数据与土体的细粒含量、天然密度、黏性土含水量、孔隙比和液性指数之间存在很好的相关关系。基于这些相关关系,为该区域利用CPTU数据评估土体的物理指标提供了一种新的途径。