基于CPTU测试的高速公路拓宽复合地基沉降计算研究

复合地基是软土路基处理的常用方法,准确计算复合地基沉降对新老路差异沉降控制具有重要意义。依托淮安至江都高速公路拓宽工程,对新老路地基进行CPTU测试和旁压试验,根据旁压试验测试得出土体的切线模型;对拓宽路基进行沉降监测,通过路基沉降反算出路基土层压缩模量,研究了CPTU测试参数计算复合地基沉降的计算模型,并与传统的经验关系模型进行对比分析。结果表明：提出的复合地基沉降计算模型能准确计算路基的沉降,计算结果与实测沉降接近,提出的计算模型明显优于传统经验关系模型。在复合地基沉降计算中建议使用本文提出的计算模型。     

基于多功能CPTU测试的基坑开挖扰动深度确定方法

基坑开挖卸荷扰动区深度的确定是基坑设计的重要指标。现有的关于扰动区深度的确定大都采用室内试验方法,无法反映土体的原位应力状态。基于多功能孔压静力触探(CPTU)原位测试,对南京、无锡、常州3个基坑工程进行开挖前、后的原位测试,分析了开挖卸荷对锥尖阻力qt、侧壁摩阻力fs、摩阻比Rf、电阻率ρ的影响;进一步结合室内卸荷回弹试验,提出了基于原位测试的基坑开挖扰动深度确定方法。结果表明,对于粉土和粉砂地基,开挖卸荷会使锥尖阻力和侧壁摩阻力降低,且随着土体埋深增加,其影响程度逐渐减小;对摩阻比和电阻率影响则较小;基坑开挖扰动区深度为CPTU锥尖阻力qt衰减20%时对应的深度距坑底开挖面的距离。     

基于CPTU评价桩基水平承载特性研究综述

根据基于孔压静力触探(CPTU)测试技术评价桩基水平承载特性的相关文献,对目前CPTU测试技术评价桩基水平承载特性的方法进行了综述,对比了CPTU测试技术以及另外几种原位测试技术——旁压仪测试(PMT)、扁铲侧胀仪测试(DMT)、标准贯入仪测试(SPT)分析水平受荷桩承载力和变形的原理以及预测结果。通过分析不同方法的评价结果,归纳了几种技术各自的优势和不足。分析结果表明:与其它三种技术相比,CPTU能够获得连续的数据,采集数据量大,测试精度高,既可以与桩基水平承载力直接建立关系,又能通过估算土体参数设计p-y曲线,在评价桩基水平承载特性方面具有广阔的应用前景。侧壁摩阻力和孔隙水压力对锥尖阻力与桩侧土抗力关系的影响有待进一步研究。     

静力触探判别软土固结历史

确定地基土的固结历史对计算其变形和强度特性有着重要的作用。以福建沿海地区软土为例,应用静力触探测试技术进行软土固结状态的判别。结果表明,正常固结软土其锥尖阻力与深度曲线的拟合直线延长线与坐标原点近似相交,超固结软土则与横轴(正轴)有一截距,欠固结软土则与横轴(负轴)有一截距。根据截距大小可进一步判别软土固结程度。利用静力触探技术判别软土固结历史能避免采取土样及室内土工试验对土样的扰动,结果能反映土体实际固结状态。研究结果对合理评价软土的特性、对软土地基的沉降变形计算具有理论及实际意义。     

土的电阻率原位测试技术研究

土的电阻率是土的基本物性参数之一,可反映土的工程力学性质,具有重要的理论意义和应用价值。原位测试是研究土的电阻率理论的主要方法之一。本文针对目前国内土的电阻率现场测试技术研究的空白,在介绍土的电阻率原位测试原理的基础上,总结了国、内外常用的土电阻率测试方法,并对各种方法的优、缺点进行了概括。文章最后通过购进的多功能原位测试系统（CPTU）中的电阻率探头（RCPT）对典型软土的电阻率测试,分析了电阻率指标在土体基本性质评价中的应用,论证了土的电阻率原位测试技术的可靠性。     

基于多功能CPTU测试的基坑开挖扰动深度确定方法

基坑开挖卸荷扰动区深度的确定是基坑设计的重要指标。现有的关于扰动区深度的确定大都采用室内试验方法,无法反映土体的原位应力状态。基于多功能孔压静力触探(CPTU)原位测试,对南京、无锡、常州3个基坑工程进行开挖前、后的原位测试,分析了开挖卸荷对锥尖阻力q_t、侧壁摩阻力f_s、摩阻比R_f、电阻率ρ的影响;进一步结合室内卸荷回弹试验,提出了基于原位测试的基坑开挖扰动深度确定方法。结果表明,对于粉土和粉砂地基,开挖卸荷会使锥尖阻力和侧壁摩阻力降低,且随着土体埋深增加,其影响程度逐渐减小;对摩阻比和电阻率影响则较小;基坑开挖扰动区深度为CPTU锥尖阻力qt衰减20%时对应的深度距坑底开挖面的距离。     

多功能孔压静力触探(CPTU)试验研究

孔压静力触探(CPTU)是20世纪80年代在国际上兴起的新型原位测试技术,因其诸多优点,特别适合于软土工程的勘察,目前在欧美诸国已得到广泛应用。本文首先对国内外静力触探(CPT)技术的发展作了简要的介绍,阐述了国外CPT的发展状况和我国CPT的现状。然后介绍了引进的美国多功能CPTU测试技术以及操作方法与技术要点,结合两个现场试验,对我国的原位测试技术与引进的多功能CPTU作了对比分析,最后得出了一些结论和建议。     

球形空腔固结解析解及其在地基原位固结系数测试中的应用

地基固结系数是地基计算及设计中的关键参数，其准确求取有重要的工程实践意义。孔压静力触探技术（CPTU）和BAT系统是能快速准确测取地基原位固结系数的设备。基于球形空腔扩张理论和一维径向固结理论求解得到球形空腔固结解析解，并将其用于分析由透水元件位于探头锥尖部位的CPTU和BAT贯入所引起的超静孔隙水压力的消散，从而推求地基的原位固结系数。另外，通过实测数据对该解析解进行的验证表明， 该解析解能准确的模拟由探头引起的超静孔隙水压力的消散，对土体原位固结系数的测定有一定的工程实用价值。     

高速铁路软土路基采用粉喷桩处理的沉降预测与控制

高速铁路不仅要求路堤稳定,而且对路堤工后沉降的控制有极严格的标准,《京沪高速铁路设计暂行规定》规定:路基建成后铺设无缝轨道时,路基工后沉降量一般地段不应大于5cm,年沉降速率小于2cm/a。同时从京沪高速铁路沿线的工程地质条件分析,仅上海—南京段软土地基总长度达到103.6km,因此,软土地基工后沉降的有效预测与控制成为高速铁路路堤设计与施工的关键。粉体喷搅桩(简称粉喷桩)是近年来软土地基处理常用的方法之一。天然软土地基经过粉喷桩处理后,形成粉喷桩复合地基,达到提高地基承载力和减少沉降的目的。围绕满足高速铁路严格的工后沉降要求出发,改进和完善了粉喷桩复合地基沉降计算理论,推导出粉喷桩复合地基固结度计算公式,从粉喷桩处理软土地基的机制、处理效果、桩土变形特性及复合地基固结特性等方面进行系统的研究,主要内容如下:(1)粉喷桩复合地基剩余沉降计算方法研究。以Terzaghi一维固结理论为基础,推导出粉喷桩复合地基加固区平均固结度的计算公式,考虑了桩体刚度对固结的影响因素。提出与沉降相关的粉喷桩复合地基平均固结度计算公式,修正了以往计算平均固结度时不考虑沉降的不合理性。建立了粉喷桩复合地基工后沉降及铺轨后某一时刻剩余沉降计算公式。现场实测验证了公式的合理性及其反映规律的正确性。(2)对粉喷桩复合地基临界桩长的机制和测试结果进行分析。临界桩长的确定对粉喷桩复合地基的应用意义较大,提出粉喷桩复合地基临界桩长存在与否的新观点,较为合理地解释了目前临界桩长研究中出现的矛盾。在目前常用的水泥掺入比、桩径等条件下,粉喷桩复合地基的临界桩长并非总是存在,其存在与否与地质条件、桩身强度的分布等因素有关。对于桩体打穿软土层至相对硬层、桩身强度比较均匀的粉喷桩复合地基,并不存在临界桩长。(3)首次将粉喷桩复合地基技术应用于工后沉降要求严格的我国第一条高速铁路软土地基,研究了粉喷桩复合地基处理软土路基的适用性。粉喷桩复合地基的成功应用,将为我国高速铁路和客运专线的建设节省巨大的投资,同时也拓宽了粉喷桩复合地基的应用前景,具有较大的理论意义和重大的社会经济效益。(4)系统地进行了粉喷桩复合地基的变形和应力的原位观测,分析粉喷桩复合地基地表沉降、深层沉降、侧向位移、桩土沉降差、桩土应力比,研究复合地基土体的固结特性,得到许多有价值的结论。进行粉喷桩复合地基工后沉降预测与控制研究,得出采用粉喷桩复合地基处理本试验段类似条件的高速铁路软土地基可以在较短的工期内满足工后沉降要求的结论。根据理论计算沉降与实测沉降的差异,提出在高速铁路软土路基处理中采用动态设计的新概念。对粉喷桩复合地基沉降计算方法、沉降推算方法的适用性进行分析。对于柔性基础下粉喷桩复合地基,在桩顶有柔性基础、桩底为较硬土体的情况下,其加固区的沉降计算采用复合模量法较符合实际;而对于下卧层的压缩值采用应力扩散法比较合理,压缩量采用分层总和法进行计算。     

软土加固过程中微结构变化的分形研究

土体内部孔隙的特征及分布情况是土体微结构变化的内因,也是决定土体物理力学性质的主要因素。在软土性质发生改变时,孔隙的变化是最直接、最显著的。所以,对土体微观结构进行研究,应着重研究土中孔隙的变化。由于土中孔隙的复杂性及非确定性,很难用传统的几何方法对其研究和描述。为研究加固前后软黏土微结构的变化情况,在珠江三角洲某高速公路软土路基利用动力排水固结法加固的施工现场,取不同深度内加固前后土样进行压汞测试,用分形理论对压汞测试数据进行分析,探讨软土中孔隙的分布特征,在此基础上提出了土中孔径划分的方法,进而探讨动力排水固结法加固软土地基的微结构变化,建立了加固后土样的孔隙度分维数与土体固结度之间的关系,研究结果表明土中孔隙分布具有分形特征,用孔隙度分维数可以实现对地基加固程度的预测。     

基于CPTU测试太湖软土地层单桩水平承载实用分析及案例研究

太湖软土地层广泛分布有较厚的淤泥质粉质黏土层,该淤泥质软弱夹层含水率高、压缩性大,呈流塑态,工程性质极差。以毗邻太湖苏州文博中心桩基建设项目为依托,基于现场试桩试验和CPTU测试p–y曲线法,研究了太湖软土地层超长灌注桩的水平承载特性,明确了淤泥质软弱夹层厚度对单桩水平承载性状的影响规律。案例分析表明:基于CPTU测试单桩水平承载数值计算结果与试桩试验结果吻合较好,桩基承载性状匹配一致;受淤泥质软弱夹层的影响,太湖软土地层水平受荷桩荷载传递深度较深,桩顶水平荷载的影响深度超过20 m;淤泥质软弱夹层的厚度既改变了桩身截面最大弯矩值又影响了截面最大弯矩及弯矩零点的发生位置;在软弱夹层普遍分布厚度0.5~6.0 m范围内,随夹层厚度的增加,软弱夹层变化带来的桩顶水平变位及桩身弯矩递增效应逐渐降低。以上研究成果可为软土地层桩基水平承载设计实践提供技术支撑。     

基于CPTU的中国实用土分类方法研究

国际上已有比较成熟的基于原位孔压静力触探测试（CPTU）的土分类方法,这些方法多以美国统一土质分类标准（USCS）为依据,其土类与中国土的工程分类标准不对应。因此,建立基于CPTU原位测试参数、符合中国标准的土工程分类方法具有重要工程意义。通过选择江苏典型地质成因的试验场地,进行了95孔CPTU测试和相应的钻孔取样与室内土工试验,其CPTU孔和相应钻孔之间距离小于5 m,对采用室内土工试验依据中国国家标准《岩土工程勘察规范》得到的土分类和CPTU测试参数进行了系统对比分析。选择国外7种常用的CPTU土分类图进行应用比较,发现Robertson的土类指数法分类图能提供最好的分类结果,据此建立了中国基于CPTU土类指数法的实用土分类方法,已有测试资料应用表明该分类图的准确率达到95%以上,可用作为中国工程场地采用原位CPTU测试进行土工程分类的方法。     

湖积软土地基的处理方法

软土地基处理方法很多，不同方法的处理效果、费用、工期相差悬殊，往往不能兼顾。结合排水板(排水砂井)的逐级加荷法费用省、效果好，但工期较长。武山铜矿新尾矿库堆石坝施工中使用较大的单层荷载，以湖积软土地基孔隙水压力测试为主，结合其他测试方法控制堆载进度，既保证了地基稳定性，又使工期较短，达到了兼顾地基处理效果、工期和费用的目的，可供类似工程借鉴。     

基于优质块状土样的孔压静探测试结果解释

实践证明，即使与75mm的薄壁活塞土样相比，直径为250mm的块状士样的质量也是非常好的。因此，优质块状土样的三轴和固结室内试验结果为孔压原位静探测试结果的相关性分析提供了最佳的对比参数。以软粘土为研究对象，提出了孔压静探参数与块状土样不排水抗剪强度、先期固结压力及超固结比之间的新一代相关关系。     

软土工程性质与微观结构关系的神经网络模型

软土的工程性质很大程度上取决于它的内部结构。通过对广州南沙地区软土的物理力学试验获取了土的物理力学性质指标,利用扫描电镜分析和图像处理技术获取了软土的微观结构参数。运用Matlab神经网络工具箱编程,建立了软土工程性质指标与微观结构参数的RBF神经网络模型。通过两个分析模型(模型Ⅰ和模型Ⅱ)的实例研究表明,RBF网络模型具有结构简单,计算速度快,精度高,泛化能力强、性能稳定的优点。该方法可以作为软土宏微观关系建模的有效途径和软土微观结构试验的有效补充,可为软土工程可靠性分析和软基处理设计提供参考依据。     

一个预测路堤沉降的新经验公式模型

大量工程实践验证表明，无论是一级荷载还是多级荷载下的指数曲线模型，均可对地基沉降进行较好地预测，但也存在不足之处。先基于绝对时间坐标系下的软土次压缩计算修正式子，提出耦合软土流变项的新型指数曲线模型，并采用数学中最优化技术，根据前期沉降实测资料对模型中参数进行反演。实例计算表明：该模型对沉降预测精度高，能较合理地反应出土颗粒骨架的蠕变过程，且能给出不同时刻的次压缩量，在实际工程上具有一定的参考价值。     

基于CPTU贯入深度超前滞后效应的数值模拟研究

孔压静力触探技术(CPTU)是目前应用最广泛的原位测试技术之一。在岩土工程设计中,准确识别土层边界对确定地基土的工程性质指标如桩的持力层、地基承载力等具有重大意义。目前,岩土勘察中的土层分界是通过现场取样进行室内试验为主,静力触探等原位测试方法为辅。一些研究显示,CPTU测试数据的连续性使土层边界的确定更加精确。然而超前滞后深度的存在使基于CPTU土层分层的方法精度降低,影响了国内CPTU在这一方面的发展。采用ABAQUS软件通过给上下土层的弹性模量赋予不同的数值建立探头在层状土中的贯入模型,并且对探头贯入过程进行数值模拟。基于大量的现场试验数据提出在上软下硬和上硬下软地层条件下超前滞后深度的计算公式,为CPTU识别土层边界提供了有效的依据。     

现代地基设计理论的创新与发展

主要介绍了依据现场原位压板载荷试验而建立的一套地基设计的新理论。地基设计中地基沉降计算与地基承载力合理确定的问题是土力学中的经典问题。现代土力学理论虽然发展了土的本构模型和现代数值计算方法,解决了非线性等复杂的计算难题,但实际工程设计中,目前采用的仍是传统的半理论半经验的方法,这是土力学理论创立近百年以来都没很好解决的一个问题。问题的根本原因是什么?应如何破解?本文认为对于结构性的硬土地基,传统理论依据室内土样试验求参数,由于取样扰动等的影响,这样得到的参数不能反映原位土的特性,从而使依据这些参数计算的结果与实际结果差异大。为解决这个难题,依据现场原位压板载荷试验曲线建立了切线模量法的计算模型并反算出模型的3个土体参数:初始切线模量E_t0,黏聚力c和内摩擦角φ。该法所需参数少,物理意义明确,参数来源于现场原位试验,避免了取样扰动影响,精度可靠,可以计算基础沉降的非线性直到破坏的全过程。对于地基承载力,提出了用切线模量法计算实际基础的荷载沉降的p–s曲线,根据p–s曲线依据强度和变形双控的原则确定最合适的地基承载力的方法,实现变形控制设计,解决了以往直接由压板载荷试验曲线确定承载力存在的尺寸效应问题。对软土地基的沉降计算,在Duncan-Chang模型基础上,用压缩试验的e–p曲线构建了非线性沉降的实用计算方法,并建立了用压缩模量E_s1-2求e–p曲线的方法,这样只用压缩模量E_s1-2即可进行非线性沉降计算。由于一般饱和软土的E_s1-2为2~4 MPa,变化范围小,参数简单而较为可靠,从而使方法易于应用。该项研究为破解土力学的百年难题提供了新的思路,值得进一步发展完善,为现代地基设计提供更科学的新方法。     

地基沉降计算的困难与突破

太沙基(Terzaghi)创立土力学理论已近百年,但土力学的两个最基本的问题也是工程设计应用最广的内容:地基沉降计算和承载力合理确定还没有很好的解决,以致土力学被称为是一门半理论半经验的"艺术"科学。问题的根源是什么?如何突破?能使理论更接近实际一点吗?这里介绍我们所做的一些工作和思考,就是分析沉降计算不准的原因是由于室内土样试验获得的参数与现场原位土试验获得的参数差异大,同时通常的沉降计算方法难以考虑土体应力水平产生的侧向变形引起的非线性沉降。建议对硬土地基采用原位压板试验建立的切线模量法计算地基的沉降,可以解决原位土参数和应力非线性的问题,对软土主要是解决应力非线性问题。对合理确定地基承载力,应该计算实际基础的荷载沉降曲线,由基础的荷载沉降曲线,用强度和变形双控的方法,才能合理的确定地基的承载力。希望抛砖引玉,共同努力,推进学科发展。     

基坑中基于CPTU软土不排水强度确定及应用

不排水抗剪强度是土的重要力学特性参数。在岩土工程施工期稳定性分析中,需用不排水抗剪强度值。目前,不排水抗剪强度的确定主要有室内试验和十字板剪切试验。但前者受土样扰动影响大,后者十字板强度是土体各滑动面上抗剪强度的较小值,在基坑工程验算坑底隆起时,结果不够准确。本文首先总结了国内外基于CPTU的Su确定方法,在典型软土基坑工程中进行了孔压静力触探试验,根据不排水试验值与锥尖阻力的关系,反演出圆锥系数的值。基于反演的圆锥系数,把CPTU预测的不排水抗剪强度应用到基坑的隆起分析中,与基于室内试验数据和基于十字板强度的计算结果进行了比较,结果表明:基于CPTU的软粘土不排水抗剪强度指标计算结果合理,符合工程实际,值得在工程设计中推广。