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。     

海相黏土孔压静力触探试验指标与离子化学特性的关系

通过孔压静力触探试验(CPTU),获得连云港海相黏土的不排水抗剪强度、超固结比和静止侧压力系数,并对土样进行离子化学分析。原位测试指标与各离子含量的相关性分析表明,显著影响原位测试指标的是Fe3+含量。Fe3+在连云港海相黏土中以胶体方式存在,影响土颗粒之间的胶结联结,较多Fe(OH)3胶体形成的粒间联结能造成土体的轻微超固结性,影响土的弹性特征。     

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。     

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。     

珠海西部中心城区大面积深厚软土工程特性研究

软土的物理力学参数是软基处理设计的基本依据,然而由于受沉积环境等多种因素影响,软土的参数表现出较强的地域特性。以珠海市西部中心城区首期开发项目(A片区)大量的室内试验、原位十字板剪切和静力触探资料分析为基础,对珠海西部中心城区大面积的深厚软土工程特性及参数的相关性进行分析,研究结果表明:珠海西部中心城区软土含水率高达68%,含水率对绝大部分指标有明显的影响,含水率较高使得珠海市西部中心城区软土抗剪强度低,压缩性高;软土的有机质含量与其他物理力学性质相关性不明显,当有机质含量在2.11%～5.90%范围变化时对软土的天然物理力学性质影响不大;三轴CU剪强度指标与含水率、孔隙比之间的相关性要大于快剪抗剪强度指标,且三轴剪切试验黏聚力和内摩擦角更接近正态分布;从参数随深度变化规律来看,软土室内实验抗剪强度指标随深度变化不明显,现场十字板剪切试验所得抗剪强度和静力触探锤头阻力、侧壁摩擦力随深度的变化规律为先减小,后增大,强度在距离软土层顶部2～4 m位置最低,在接近软土层底部6～9 m时随深度增加速率明显加快,原位试验更能反映出土体强度的真实情况。     

不同饱和度下黏粒含量对土体强度特性的影响

通过对山东东明某风电场细粒土进行不同饱和度、不同黏粒含量的直剪试验,研究了土体剪应力-剪切位移关系及抗剪强度的变化规律。结果表明:细粒土在低饱和度下的剪应力-剪切位移关系呈应变软化,脆性破坏;高饱和度下呈应变硬化,塑性破坏;且土体内黏粒含量越多,剪应力-剪切位移曲线的应变软化行为越弱,应变硬化现象发生得越早;粉土随着饱和度的增加,抗剪强度持续下降无峰值,明显受黏聚力影响;粉质黏土和黏土随饱和度的增加,抗剪强度表现出先升后降的特点,受内摩擦角影响加大;细粒土中黏粒含量不同,土体抗剪强度受饱和度影响的程度和形式便不同。     

考虑软黏土结构性损伤的圆柱孔扩张弹塑性分析

针对天然沉积软黏土中施工扰动导致原位土结构性损伤和强度降低的特征,根据圆孔扩张过程中产生的塑性剪切应变以及实测的渗透系数与不排水强度随径向距离的变化规律,提出对数式的原位扰动度函数以描述塑性损伤区的屈服强度变化;基于结构性剑桥模型屈服准则,采用屈服应力比和灵敏度分别表征初始结构稳定性和结构强度可变性大小,并与扰动函数相结合,推导了考虑土结构性损伤的软黏土柱孔扩张弹塑性解,表达式中灵敏度值为1时退化为不考虑结构损伤的传统解。进而通过竖井和沉桩施工引起的超静孔隙水实测结果与理论计算值的对比,验证了本文理论解的有效性;并分析了土结构及其损伤对柱孔扩张效应的影响,结果表明：屈服应力比越大,塑性区半径越小,径向应力越大,超静孔压随径向距离先增大后减小;灵敏度越大,径向应力越小,超静孔压越大。分析推导结果对准确预测挤土效应与合理揭示孔压静力触探等原位试验测试机理具有实用价值。     

碱污染红黏土物理性质及微观结构试验研究

碱污染使得贵州某铝厂地基红黏土孔隙比、比重和塑性指数降低。结合实际污染液浓度及入磨母液为污染源,考虑时间和浓度效应,对碱污染原状红黏土通过室内土工、电镜扫描试验、能谱分析,研究其物理性质的变化。结果表明:高浓度下,各基本物理指标总体低于蒸馏水养护下各指标,有机质含量、比重、黏粒含量、塑性指数、孔隙比整体降低,养护0~10 d期间,浓度越大指标降低程度越大,10 d时出现极值点;低浓度下,土颗粒较为分散,各物理指标多在20 d或40 d时出现极值点;入磨母液中,各物理指标均较低。污染红黏土特殊物理性质的变化是其微观孔隙面积、颗粒个数、新盐填充在微观孔隙内部以及黏土矿物吸附溶液中物质所共同导致的,另外,碱污染红黏土中粘土矿物不吸附Mg元素,岩土工程中应引起注意。     

重金属污染土物理性质强度定量关系试验研究

通过室内试验研究土体孔隙液中重金属离子影响土体物理力学性状的机理,采用不同浓度的重金属Cu2+、Zn2+、Pb2+掺入高岭土、伊利石类黏土和钠基膨润土,研究土体界限含液率、不排水抗剪强度随重金属离子浓度的变化规律。试验结果表明:以高岭石、伊利石为主要黏土矿物的低活性土的液限、塑性指数随离子浓度的增加而增大,钠基膨润土则表现出相反的变化规律;低活性黏土的不排水抗剪强度随离子浓度增加而增大,高活性黏土强度则随之减小;基于已有的无污染土体物理力学性状定量联系,分析重金属污染土的不排水抗剪强度与液性指数的定量关系,发现重金属离子引起的不排水抗剪强度的变化可以归结于重金属离子引起的液塑限变化,表明重金属Cu2+、Zn2+、Pb2+污染过程基本没有产生化学反应,其物理力学定量关系与已有的无污染土经验关系式一致。     

某地区饱和黏性土静力触探参数的相关性研究

在分析某地饱和黏性土基本工程性质的基础上,对黏性土静力触探测试参数和物理力学性质参数进行相关性研究,并建立推算饱和黏性土物理力学性质参数的经验回归公式。结果表明:黏性土双桥静力触探与其他原位试验结果具有较显著的关联性;锥尖阻力和十字板剪切强度、标准贯入击数之间具有较显著的正相关关系,与土体孔隙比、含水量和压缩系数等物理量之间则具有一定的负相关关系。本文结果可为类似软土地区岩土工程勘察设计中饱和黏性土的参数取值和可靠性分析提供有益参考。     

Evaluation of subsurface spatial variability in site characterization based on RCPTU data

The resistivity piezocone penetration test (RCPTU) does not only include a conventional piezocone penetration test, but also provides a continuous profile of electrical resistivity. Therefore, RCPTUs have the potential for wide application in environmental geotechnics. Electrical resistivity is a fundamental parameter characterizing soil conductivity, one of the inherent physical properties of soil. The objective of this study was to evaluate subsurface spatial variability using RCPTU data and laboratory tests. Normalized electrical resistivity was proposed for developing the relationships between electrical resistivity and soil behavior type index, relative density and cyclic resistance ratio. These relationships are used for evaluation of subsurface spatial variability. The soil behavior type index can be represented by the function of normalized electrical resistivity R and normalized cone tip resistance. Additionally, there is a positive correlation between relative density and normalized electrical resistivity. The evaluation of cyclic resistance ratio adopting the normalized electrical resistivity and normalized cone tip resistance was effective.     

Macroscopic and microscopic investigation of the structural characteristics of artificially structured marine clay

Artificial structural soil is the best medium for simulating the structural characteristics of undisturbed soil, which is a unique property of undisturbed soil. To figure out the macroscopic and microscopic structural properties of artificially structured soil, this study proposed a method of disposing artificial structural soil to simulate in situ marine clay. In addition, a series of one-dimensional compression tests considering three influencing factors—the initial void ratio, interparticle cementation strength (determined by cement content) and pore size distribution (determined by initial salt content)—were conducted to explore the macroscopic structural properties of artificially structured marine clay. Then, SEM and MIP tests were performed to investigate the microstructure properties of artificially structured marine clay. With respect to the macro-scale experiment, the results show as the initial void ratio increases, the yield stress decreases while the compressibility increases in postyield stage. The pore size distribution mainly affects deformation, which increases with the quantity of relatively large pores. In terms of the micro-scale test, we found that the general microstructure is composed of aggregates of small clay platelets, some of which are either attached to the aggregates or linked to the surrounding aggregates with cemented bridges crossing the interaggregate pores. The most and least common pore space types feature entrance pore diameters of 1 ～ 17 μm and larger than 17 μm, respectively. An increase in cement content causes increases in intra-aggregate pore space and interparticle cementation strength. Initial salt particle content exerts an influence predominantly in the pores with entrance diameters of 0.3 ～ 1 μm and 1 ～ 17 μm.     

基于电阻率CPTU的饱和砂土液化势评价研究

饱和砂土的液化是地基基础震害的主要原因之一,对饱和砂土的液化势进行有效的评估是非常重要的。由于获得无扰动试样的困难和成本限制,原位测试方法通常用于砂土液化势的评价。目前出现了许多基于静力触探的液化评估方法,然而还没有出现哪一种方法最可靠的结论,高风险项目中通常采用多种方法进行综合评估,而新的液化评估方法的研究是非常有意义的。以宿迁—新沂高速公路建设为工程背景,采用电阻率孔压静力触探（RCPTU）对饱和粉质砂土进行了土层电阻率测试。首先,分析了归一化锥尖阻力与电阻率的关系,对建立电阻率液化评估方法具有指导意义。其次,以Robertson修正方法给出的周期阻力比为参考值,研究了联合电阻率和土类指数的周期阻力比计算方法,并研究了薄黏土层和过渡层对本文所提出电阻率方法的影响。结果表明,采用电阻率和土类指数能够对饱和砂土的液化势进行有效评估,然而应用于薄黏土层和过渡层时会低估土的周期阻力比。     

黄河口沉积物固结过程电阻率监测研究

在现代黄河口采集沉积物,通过室内土样真空预压装置使沉积物固结,利用高密度电阻率仪监测沉积物固结过程中电阻率的变化;利用孔隙水压力监测、十字板剪切测试与微型贯入测试等测试手段,实时测定固结沉积物的孔压和不排水抗剪切强及贯入强度的变化;并定期取土样进行常规土工试验和室内固结试验。研究结果表明,黄河口沉积物在固结过程中土体电阻率大小同固结程度密切相关,固结过程中影响黄河口饱和粉土电阻率的主要因素为孔隙率;黄河口饱和粉土的电阻率与土体物理力学指标之间存在良好的相关性,通过电阻率测定可以有效估算土体各项固结指标,本研究为海床沉积物固结过程的原位监测提供了一条新途径。     

A case study in evaluating the status of consolidation of a soft soil deposit by incomplete piezocone dissipation tests using laboratory and field data

By using the piezocone penetration test (PCPT or CPTu), one can develop not only a better understanding of the soil stratification, but also an understanding of soil behavior parameters related to soil compressibility, as well as soil strength. This paper describes a case study that utilizes incomplete piezocone dissipation test to estimate status of consolidation of a soil deposit. Incomplete pore pressure dissipation record of PCPT is extrapolated on an inverse time scale (1/t method) to estimate the “in situ” pore pressure and “residual excess” pore pressure. No case study has been reported in open literature where this methodology has been utilized to estimate the status of consolidation of the soil deposit. In this paper, the 1/t method was verified using dissipation data from rigorous calibration chamber tests and field test data.     

基于CPTU确定软黏土超固结比的理论改进方法

 利用孔压静力触探(piezocone penetration test,CPTU)试验结果确定超固结比(over consolidation ration,OCR)不仅能避免传统室内试验方法中土样扰动的问题,还能得到地层剖面上连续的OCR值。将静力触探锥头的挤土模式看作是球形孔的扩张,锥面上的正应力和剪应力分别假定为极限扩孔压力和锥–土接触摩擦力;基于修正剑桥模型中圆孔扩张的近似闭合解,提出了利用CPTU测试结果确定OCR的理论改进方法。分别选取轻超固结和重超固结场地的CPTU试验结果,对提出方法的可靠性进行验证。结果表明,在综合考虑锥面粗糙度以及贯入速率等因素的影响后,预测得到的OCR值较已有理论方法更接近实测结果。最后在连云港海相黏土中对该理论改进方法进行应用,计算表明该土层处于欠固结～轻超固结状态。     

石灰改良黄土状硫酸盐渍土强度的影响因素研究

为充分了解石灰改良黄土状硫酸盐渍土强度的影响因素及规律,对大量不同制备条件的石灰改良黄土状硫酸盐渍土试样进行了无侧限抗压试验和静三轴试验。结果表明:石灰改良黄土状硫酸盐渍土的早期强度较高,但含盐量较高（大于等于1.5%）时,随着养护龄期的增加,其强度并不是一直提高,而是先增大后减小;石灰掺量过多或过少均会使石灰改良黄土状硫酸盐渍土的强度显著降低,灰土比2∶8最接近最佳配灰比;随着土塑性指数的增加,石灰改良黄土状硫酸盐渍土的强度迅速提高;随着含盐量的增加,石灰改良黄土状硫酸盐渍土的浸水强度和不浸水强度都先增大后减小,其峰值强度对应的含盐量约为0.5%;含盐量越高和土塑性指数越大,浸水强度与不浸水强度就越接近;试验结果对石灰改良黄土状硫酸盐渍土地基的工程应用具有参考价值。