离心机中球形贯入仪贯入黏土特性

目前球形全流贯入被仪广泛应用于岩土离心试验中,以表征软弱黏土土样的抗剪性能。然而,在离心加速度作用下离心机试验中的球贯入仪比现场使用的标准球贯入仪有更大的加载杆与球的面积比a、更大的等效原型直径以及不一样的球-土摩擦系数,从而使得离心机球体会出现不一样的贯入特性,进而导致不一样的土体抗剪承载力校验系数。通过大变形有限元(large deformation finite element,简称LDFE)方法对中国常见离心机球形贯入仪贯入单层黏土进行分析,获得不同几何尺寸和摩擦系数下球形贯入仪的贯入特性。计算结果通过与有关解析解以及其他前人研究结论的对比分析,验证了有限元分析结果的合理性。通过大量参数分析表明,球摩擦系数对空腔的临界深度以及深层破坏深度的影响较小,面积比a对浅层和深层承载力系数以及达到深层破坏深度有显著的影响。根据数值模拟的结果,提出了不同面积比和摩擦系数下的极限间隙深度Hc、浅层和深层临界破坏模式深度Hd、不同摩擦系数和面积比情况下的深层承载力系数和浅层承载力校准系数的计算公式,从而能获得更精确的土体抗剪强度,为离心机中球形贯入仪的应用提供了理论依据。

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。

深海浅表层沉积物不排水剪切强度的多探头原位测试系统及评价方法研究

海洋工程建设已步入深海,但与之匹配的浅表层沉积物不排水剪切强度原位测试技术尚不成熟。为此,本文开发了可用于评估深海浅表层沉积物土力学性质的多探头原位测试系统,包括锥形触探仪、球形贯入仪和十字板剪切仪,可实现对深海沉积物土力学性质的快速、准确和智能化评价。进一步,通过CEL大变形数值模拟和足尺土工模型试验确定锥形触探仪的锥尖阻力系数,基于离心模型试验给出球形贯入仪的贯入阻力系数,从而完善深海浅表层沉积物不排水剪切强度的评价方法;在此基础上,探讨3种特定仪器各自适合的强度测试区间。结果表明:对于深海浅表层沉积物不排水剪切强度的评估,锥形触探仪和球形贯入仪的阻力系数建议分别取值为9.5和11.1。