静力触探试验的宏细观耦合分析方法与应用

圆锥静力触探试验(CPT)是一种准确获取常规岩土参数的土工原位测试方法,但是CPT数据一般不能直接转化为岩土力学宏观本构模型参数(即一类精细的岩土参数),根本原因是对宏细观贯入机制的研究不足。以Mohr-Coulomb屈服准则的圆柱(锥)孔扩张理论为基础,建立静力触探试验过程的宏细观耦合分析方法。根据圆柱(锥)孔扩张理论求解极限扩孔应力,推导了锥尖阻力、侧摩阻力与极限扩孔应力之间的关系。以上海地区浅部持力层第(2)1粉质黏土为对象,通过相同尺度的三轴压缩试验,建立宏观Mohr-Coulomb理想弹塑性模型参数与细观线性平行黏结模型参数的转化公式,并通过Fish语言编入到FLAC^(3D)软件。以上海第(2)1层粉质黏土和第(5)_(1-1)层灰色黏土为对象,验证了宏细观转化公式对于上海黏土或者粉质黏土的适用性。以第(2)1层粉质黏土为对象,从宏观的角度分析锥尖阻力、侧摩阻力和极限扩孔应力的理论解、数值解与实测值的误差,从细观角度分析土体颗粒位移和接触力链分布。圆柱(锥)孔扩张理论计算的极限扩孔应力、锥尖阻力和侧摩阻力与实测值的误差分别为1.30%、0.45%和0.77%。宏细观耦合数值计算得到的极限扩孔应力、锥尖阻力、侧摩阻力和孔隙水压力与实测值的误差分别为9.68%、2.99%、9.34%和8.42%。宏细观耦合数值的计算结果不仅和圆柱(锥)孔扩张理论的计算结果以及实测值接近,还能考虑孔隙水压力的作用。以上研究为认识静力触探试验机制,获取岩土力学本构模型参数提供了宏细观耦合分析方法和基础。