基于电阻率静力触探的海相黏土成因特性分析

土的电阻率是表征土体导电性的基本参数,也是反映土体固有物性的一个综合性指标。众所周知,土的电阻率影响因素较多,因此电阻率随深度的变化可以反映出土体的许多性状。电阻率静力触探(RCPT)作为一种新型的原位测试技术,除可测锥尖阻力、侧壁摩阻力和孔隙水压力以外,还可以同时测试土的电阻率。首先简要介绍了RCPT测试技术,采用电阻率静力触探(RCPT)在连云港海相黏土场地进行了试验,得到土的原位电阻率测试值。结合连云港海相黏土的室内物理化学分析试验,研究了其矿物成分、沉积化学特征,分析了该海相软黏土的电阻率指标与矿物成分、离子含量、胶结特性和氧化环境间的关系。分析表明:基于RCPT测试成果是可以充分反映出连云港海相黏土的成因特性的。

电阻率静力触探测试技术与分析

首先,简要回顾土的电阻率理论及影响因素,介绍电阻率静力触探测试技术。然后,在归纳相关文献与基于电阻率静力触探现场试验工作的基础上,对电阻率静力触探所测电阻率与土性变化、探头参数及土的其他特性指标进行对比分析。提供的资料表明,电阻率静力触探作为一种快速、经济、可靠的原位测试工具,在评价土的工程特性和预测一些岩土参数是可行的,尤其适用于软土工程的勘察。最后,讨论应用电阻率静力触探测试技术存在的问题,展望电阻率静力触探的研究与应用前景。

基于电阻率孔压静力触探的浅层气可靠度识别

地下浅层气的存在会对地铁项目的勘察、施工以及后期正常运营构成安全隐患。采用基于地质统计学和可靠性分析的概率方法,对杭州某地铁站场地的电阻率静力触探测试数据进行分析。通过回归分析移除电阻率数据的趋势项,以变差函数为工具,描述电阻率残差在竖向和水平向上的各向异性,采用克里格插值对未采样点参数值进行最优线性无偏估计,采用一阶可靠度方法获取基于电阻率的地下浅层气分布三维概率图。分析表明:电阻率残差具有显著的各向异性,在竖直和水平方向的自相关距离分别为5.1 m和55.6 m。在考虑不同土体电阻率背景值不同的前提下,采用一阶可靠度方法建立了浅层气三维概率分布图。该场地竖直方向上浅层气分布于25m附近及30~35m深度区间内,水平方向上则集中分布于RCPTU1点位附近。可基于该结果提出针对性的防治对策,为布设排气孔、浅层气监测等治理措施提供依据。

基于孔压静力触探试验测试数据的原位固结系数物理信息神经网络反演方法

固结系数是软基沉降计算和稳定性分析的关键参数,现有固结系数原位测试方法存在耗时长且精度低的缺点。根据孔压静力触探试验(piezoconepenetrationtest,简称CPTU)贯入机制与锥肩超孔隙水压力消散模式,采用圆孔扩张理论和轴对称固结方程描述CPTU锥肩超孔隙水压力的形成、发展和消散过程,利用神经网络自动微分功能将轴对称固结方程嵌入深度神经网络,通过物理方程损失函数、边界条件损失函数和初始条件损失函数形成神经网络的物理信息约束,同时将CPTU孔压测试数据作为数据驱动项,以最小化超孔隙水压力损失函数为优化目标,建立了CPTU孔压测试数据反演场地原位固结系数的物理信息神经网络(physics-informed neural networks,简称PINNs)模型。通过已有离心模型试验数据反演验证了PINNs模型反演场地原位固结系数的有效性,并利用CPTU孔压测试数据分析了PINNs模型反演原位固结系数的鲁棒性。结果表明:提出的PINNs模型能够有效利用CPTU孔压测试数据快速准确地反演场地原位固结系数;由于模型融入了物理机制约束,所需训练数据量少,且对有噪声的孔压测试数据具有较强的鲁棒性和泛化性能,为准确、快速可靠测试场地原位固结系数提供了有效途径。

基于电阻率静力触探的膨胀土膨胀性原位评价应用研究

现行的膨胀土膨胀性能评价手段费时、复杂且难以反映膨胀土场地地基的真实状况,亟需发展先进的原位测试方法和技术,实现现场快速、准确的膨胀土膨胀特性评价。结合前期研究,本文以电阻率静力触探(RCPT)作为原位评价技术,采用商用高岭土和膨润土按质量比拌合配置人工膨胀土进行定量分析,并以两种天然膨胀土进行验证。开展室内四电极法电阻率测试,探明膨胀土自由膨胀率随电阻率的变化规律,通过电阻率影响因素之含水量变化指数b作为中间参数,构建了基于电阻率指标的膨胀土膨胀性能评价模型。采用自主研发的电阻率CPT标定罐贯入系统,研究了原位实测电阻率参数评价膨胀土膨胀性能的适用性,并验证了室内四电极法和原位电阻率CPT测得的电阻率之间呈1∶1的线性关系,电阻率CPT可以作为原位膨胀土膨胀性能评价技术。研究表明,膨胀土的电阻率参数随自由膨胀率的增加而增加;膨胀土电阻率与自由膨胀率之间呈指数定量关系;电阻率指标可以作为原位膨胀土膨胀性能表征指标。

电阻率静力触探技术在软土地区水土污染调查中的应用

电阻率法是水土污染调查的重要物探方法之一,针对软土地区浅部土层导电性好、土体受污染前后导电性差异较小的问题,统计了覆盖上海地区73个钻孔套管以下首层软土的电阻率平均值分布区间,分析了浅部土层电阻率变化趋势,评价了电阻率法在上海地区对于不同水土污染类型探测的适用性,最后介绍了电阻率静力触探技术在上海某化厂场地水土污染快速调查中的应用。结果表明:上海地区深度20 m以内土层电阻率总体在5Ω·m左右,靠杭州湾、长江口的近海区域,土体电阻率在2Ω·m以下,故电阻率法在上海地区油烃类有机物污染调查适用性更好;电阻率静力触探技术可快速获得软土地区电阻率随深度的变化曲线,对浅部有机污染引起的高阻异常、深部无机污染引起的低阻异常均有良好反映。

结构性土中静力触探孔压消散的大变形模拟

静力触探试验被广泛用于确定原状土的工程性质。黏性土中探头的连续贯入引起超静孔压积累,贯入停止后孔压逐渐消散。在结构性粉质黏土、黏质粉土或粉土中,贯入过程可能发生部分排水现象,导致其后续的孔压消散响应相较于不排水贯入时更复杂。将结构土剑桥模型引入有效应力形式的大变形有限元方法,模拟结构性土中静力触探试验的贯入-消散全过程,得到部分排水或不排水贯入后超静孔压消散曲线的归一化表达。通过与现有离心机试验对比,验证了大变形方法的可靠性。大量变动参数分析发现,可以合理忽略土体类型、土体初始结构和消散深度对归一化消散曲线的影响,该曲线可用于确定有效固结系数,进而预测常规固结系数。

部分排水条件下静力触探试验力学机理研究

在自然状态下,大部分土体的约束条件介于完全排水和不排水两者之间。在孔压静力触探试验(piezocone penetrationtest,CPTU)的贯入过程中,受探头尺寸、贯入速度和岩土材料等因素的影响,将发生部分排水现象。为研究排水条件对CPTU试验数据的影响,开展三轴压缩试验。引入应变增量比,建立考虑渐近状态的修正剑桥(Modified Cam-Clay,MCC)模型。推导考虑渐近状态MCC模型的柱孔扩张理论,提出CPTU测试数据的力学模型。通过数值模拟和模型槽试验,研究归一化贯入速度与排水系数的规律。结合CPTU数据的力学模型,获得应变增量比与排水系数的数理关系。最后以上海市苏州河地区深层排水调蓄管道系统工程的测试数据为背景,验证力学模型的正确性。结果表明:在部分排水条件下,利用考虑渐近状态的MCC模型,能够描述土体的应力-应变关系,合理解释CPTU贯入的力学机理。

基于静力触探试验及土工参数的黏性土空间变异性研究

自相关距离是进行岩土参数空间变异性分析的重要参数。基于浙江嘉兴某黏性土场地的246组静力触探试验(CPT)及18个钻孔取土室内土工试验,采用平均跨距法、递推空间法、曲线极限法计算了基于侧壁摩阻力f_(s)、锥尖阻力q_(c)和其他土工参数的自相关距离,分析了不同方法、不同参数计算垂直和水平自相关距离的优劣。研究表明:递推空间法的计算结果异常值少且变异系数较小,是研究区场地土体自相关距离的最优计算方法;基于f_(s)、q_(c)算得的自相关距离较为接近,垂直和水平自相关距离分别约为2 m和19 m,但不同土工参数计算得到的结果存在一定的差异。本研究获得了嘉兴黏性土自相关距离的典型值,为土体参数的空间变异性研究提供了基础,对该地区岩土工程的勘探点位布设、随机场的建立及后续可靠度分析具有重要的指导意义。

海洋静力触探仪标准装置研究及不确定度评定

为解决海洋静力触探仪量值溯源问题,结合设备测量过程中受温度影响的分析,根据量值溯源技术路线,设计构建了可在模拟海洋温度条件下开展海洋静力触探仪校准的标准装置。在对该标准装置的稳定性和开展试验的重复性考核的基础上,对校准试验结果进行了不确定度评定分析,分析表明海洋静力触探仪标准装置所复现的孔隙水压力标准值扩展不确定度为0.017 MPa(k=2),锥尖阻力标准值扩展不确定度为0.031~0.270 kN(k=2),侧壁摩阻力标准值扩展不确定度为0.031~0.036 kN(k=2),构建的标准装置性能指标满足海洋静力触探仪的量值溯源需求。

静力触探贯入阻力影响研究

静力触探作为一种常用勘探手段,广泛应用于岩土勘察工程中。为分析不同条件下砂土静力触探时贯入阻力变化规律,研究以硅质河砂和钙质珊瑚砂为研究对象,在不同密实度和应力状态下开展静力触探试验,揭示贯入过程中的阻力变化机理。研究表明,随着砂土相对密实度的增加,贯入阻力总体呈线性增长趋势;在贯入深度一定时河砂的侧摩阻力与锥间阻力均小于珊瑚砂,其原因为钙质珊瑚砂压缩性较大,同时贯入时阻力的增大会使得贯入模式由剪切贯入转变为压缩贯入。

基于孔压静力触探的海洋地层参数解译方法

传统的海洋工程勘察采用钻孔室内试验的方式,海洋勘探作业受到风浪流的影响,试样受到扰动较大,原位测试作为对土体扰动较少的试验方式受到越来越多的重视。孔压静力触探原位测试方法具有数据连续、作业快速、对土体扰动小等特点,在海洋工程中应用最为广泛。由于孔压静力触探无法直接获取土体参数,需要通过复杂的解译方法得到,该文旨在通过对孔压静力触探的解译方法进行总结分析,给出砂土不同物理及力学参数的解译方法,为海洋岩土工程设计提供可靠参数。

静力触探发展综述

静力触探作为当前工程中较为主要的原位测试技术,优势在于能够在天然位置对土层性质和性能进行测试。文章结合静力触探的相关资料和文献,对静力触探设备的发展历程进行简要叙述,指出目前静力触探设备在实时监测方面的欠缺,概述我国静力触探的应用成果指标研究状况,叙述我国基于CPTU测试的应用研究进展,介绍以数值模拟为基础的国内静力触探研究发展,对数值模拟未来的发展前景进行展望。

基于孔压静力触探试验的黏性土压缩模量预测

为获取真实反映土体天然状态的力学参数,以杭政储出(2018)62号地块商务兼容商业用房项目为例,运用室内试验和原位测试的方法,获取各黏性土层的压缩模量,研究基于孔压静力触探试验的既有经验方法预测土体压缩模量的有效性,提出了杭州软土地区新的孔压静力触探锥尖阻力与压缩模量之间的相互关系。结果表明:不同经验预测方法得到的结果与实际土体压缩模量存在不同程度的偏差;基于实测的孔压静力触探试验锥尖阻力,计算得到修正锥尖阻力,拟合修正锥尖阻力q t与E S-LAB进行拟合,提出了适用于杭州地区软土的压缩模量预测经验公式。

基于球形静力触探的嘉兴海域软黏土强度特性研究

针对海上风力机基础设计中的软黏土强度评价问题,通过在浙江嘉兴海域开展球形静力触探试验和室内试验,标定得到适合中国浙江嘉兴海域淤泥质粉质黏土的球形静力触探因子N_(ball)。采用固结快剪试验结果标定得到的N_(ball),DS范围为6.70~14.91,总平均值为10.58,标准值为10.91;采用三轴UU试验结果标定得到的N_(ball),UU范围为7.75~23.75,总平均值为17.44,标准值为19.03。采用标定得到的N_(ball)值可较好地解译嘉兴海域软黏土的强度,建议采用三轴UU试验结果标定得到的N_(ball),UU的标准值19.03作为强度下限值解译参数,采用固结快剪试验得到的N_(ball),DS的标准值10.91作为最优强度(中值)解译参数。

基于电磁静力触探法的深埋金属管线探测探头设计与应用

设计一种基于电磁感应法的地下金属管线探头,其特点在于可以采用静压贯入的方式接近目标管线进行探测,在贯入的过程中可以实时读取电磁场的强度和锥尖阻力,从而安全地获取地下管线的空间位置信息,以防止对地下设施造成破坏。在设计中,探头创新性地利用感应线圈磁芯传递锥尖阻力,并使用非金属外壳防止信号屏蔽,拟通过滤波放大电路减少外界干扰。通过模型试验和现场试验,对探头探测效果进行验证,认为可以将管线埋深探测误差控制在5 cm以内,探测精度远高于现行规范要求。研究对深埋管线的高精度探测和地下管线保护具有积极意义。

基于孔压静力触探技术的SVR优化算法评估土体液性指数

液性指数是研究土壤稳定性、土体变形、土体强度等问题的关键参数,因此对液性指数的准确预测至关重要。基于南京和合肥地区黏性土的孔压静力触探(piezocone penetration test,简称CPTU)原位测试数据集,以室内液塑限试验计算的液性指数为参考值,采用支持向量回归(support vector regression,简称SVR)、粒子群算法优化支持向量回归(particle swarm optimization based SVR,简称PSO-SVR)、遗传算法优化支持向量回归(genetic algorithm based SVR,简称GA-SVR)、模拟退火算法优化支持向量回归(simulated annealing based SVR,简称SA-SVR)对土体的液性指数进行评价,并将预测结果与室内试验结果以及CPTU经验公式对比。为更贴近工程实践,以原位测试时的孔洞为单位,进行单孔预测分析,最后,进行参数敏感性分析。结果表明,SVR模型和优化的SVR模型,都能预测黏性土的液性指数,算法优化后的3种模型在性能上表现更好。单孔分析时,SA-SVR模型以波动平滑、峰值适中等优点,预测效果更佳。工程实践中,建议采用归一化锥尖阻力、摩阻比、孔压参数比、上覆应力及有效上覆应力作为输入变量。PSO-SVR模型、GA-SVR模型、SA-SVR模型敏感性走向均与理论相同,但SA-SVR模型跨度更小,与理论结果更加一致,验证了SA-SVR模型的准确性。所提出的SA-SVR模型可以更好地预测黏性土的液性指数,并指导工程实践。

基于孔压静力触探的心墙黏土水平渗透系数测定方法研究

为了提出一种准确快速的土石坝心墙黏土渗透系数测定方法,基于孔压静力触探建立了渗透水流的椭球形水平渗流模型,该模型可以较好的适用于夯实土体的水平向渗透系数评估。首先回顾了前人基于孔压静力触探测算土体渗透系数的研究成果,再从实际角度出发,分析推导了探头贯入土体产生超静孔隙水压力分布的力学模型,与实测数据对比后认为超静孔隙水压力负指数函数分布形式具有一定准确性。然后推导了基于椭球形水平向渗流模型的渗透系数评估方法。经工程实例验证,本文方法从理论和计算精度等方面对前人方法进行了完善,具有较好的工程应用前景。

基于孔压静力触探的大直径单桩p-y曲线分析

【目的】水平受荷桩的p-y曲线法已广泛用于描述桩-土相互作用并预测桩在水平荷载下的行为,特别是在海上风电机大直径单桩的理论分析中。孔压静力触探试验(piezocone penetration test,简称CPTu)作为一种效率高、精确度好的原位测试手段,克服了传统室内试验获得土工参数的过程中土样存在扰动、结果准确性较差的缺点。该试验可以通过测量三个基本参数(修正锥尖阻力qt、侧壁摩阻力fs以及孔隙水压力u2)随深度变化的连续剖面来解译土体的物理力学参数,从而在p-y曲线模型的建立中提供关键数据。【方法】利用渤海海域某场区的CPTu数据,完成了以下研究任务:(1)基于CPTu触探响应结果,对该场区海洋土体进行分类,以及物理与力学参数的反演,包括土体密度、弹性模量、有效内摩擦角及有效黏聚力;(2)将CPTu反演参数代入三维有限元分析模型中,模拟直径为5 m的钢管桩在最大荷载为20 MN时的水平受荷响应;(3)基于CPTu测试数据,提出一套土抗力计算公式;(4)将现有p-y曲线模型中相关参数通过CPTu触探响应结果进行反演,之后对比分析上述p-y曲线模型。【结果】形成了一套基于CPTu且适用于土体分层情况较为复杂的p-y曲线公式,该公式与有限元方法对比结果良好。【结论】结果表明,提出的基于CPTu的土抗力公式经过有限元模拟检验后能快速、准确地反映大直径单桩的水平受荷响应。该公式不仅为渤海海域内大直径单桩的工程实践提供了有力的理论支持,还为相似海洋环境的工程设计与分析提供了完全基于CPTu研究大直径单桩的新思路。

基于无人船与静力触探的河道淤积监测研究

河道淤积会影响河道行洪排涝、弱化河道蓄水能力及污染水体,因此需进行河道淤积监测和定期清淤。提出一种基于无人船与静力触探结合的河道淤积探测技术,通过无人船搭载测深仪获取淤泥表面高程,通过静力触探获取淤泥底面高程,利用数学插值模型对淤泥底部高程进行内插,得到完整的淤泥底面高程,然后绘制淤泥表面以及底面的断面图,利用断面法计算河道淤积量。提出4种数学插值方法,通过实际勘测评定4种插值方式的精度,比较4种数学插值方法计算的淤积监测方量与实际清淤方量,以高斯模型为变异函数的克里金插值结果精度最高,适用于河道淤积监测方量计算。