自由落体球形贯入仪水下贯入软土过程分析

自由落体贯入仪(Free-Fall Penetrometer, FFP)已经广泛应用于海洋原位勘察中。近些年,发展出了一款无轴杆的自由落体球形贯入仪,理想球形外观使其相较于其他形状的贯入仪在强度测试方面更具优势。由于贯入仪是依靠在水中自由下落获得的动能贯入土体,所以需要足够的初始贯入速度来保证其在软土中能够达到预期的贯入深度。基于牛顿第二定律来建立球体在水中和土中的运动方程,将在球体水中由静止自由下落和贯入软土过程看作初值问题,给出了求解下落位移、速度和线性加速度的算法;分析了球体直径和密度对其在水中极限速度和土中贯入深度的影响;根据现场水深条件和海床强度测试深度要求,可以利用给出的模型和算法快速地对所需要的贯入仪直径和密度进行预设计。