土壤原位触探技术与贯入机理研究进展

土壤原位触探技术是一种获取土壤物理力学参数的重要方法,具有准确、快速、可连续测试等优点,在海洋岩土勘探、行星表面地质探测、军用车辆越野路面机动性评估等领域具有广阔的应用背景。本文系统地概述了土壤原位触探技术的发展历程、仪器组成与基本原理,并介绍了其在民用与国防领域的应用。基于圆锥静力触探和自落式动力触探这两种典型的原位触探技术,总结了理论分析方法、数值模拟方法和试验方法在贯入机理研究方面的进展。最后,对土壤原位触探技术进行了展望,为土壤原位触探技术未来的发展提供了理论依据和工程技术参考。

基于动态空腔膨胀模型的土壤Mohr-Coulomb参数反演方法

为实现土壤原位力学参数的精准、快速解译,定量评估军事装备机动性,本文利用冲击贯入过程中测得的阻力-速度曲线、加速度时程曲线、速度时程曲线以及贯入深度-初速度关系,基于动态空腔膨胀模型建立了土壤Mohr-Coulomb参数的反演方法。本文分析表明准确拟合贯入阻力系数是反演Mohr-Coulomb参数的关键,而利用冲击贯入过程中的速度时程曲线进行拟合能够对Mohr-Coulomb参数进行准确的反演。针对Forrestal等人报道的实验结果,利用本文方法对土壤内聚力进行反演的相对误差为2.14%,对土壤内摩擦角反演的相对误差为9.77%。本文进一步给出了动态空腔膨胀模型下Mohr-Coulomb参数反演的可解域,讨论了参数敏感性。本文提出的反演方法突破了传统半经验解译方法中物理图像不清晰、经验参数依赖性强的问题,可为复杂地质环境下土壤Mohr-Coulomb参数快速确定及土壤承载力评估提供一个新的方法和途径。