水域CPTU与DMT在土体强度特性评价中的应用

基于多元原位测试数据融合的研究方法在岩土工程勘察中已成为趋势，在提高预测参数精度和评价土体强度特性中具有明显优势。为解决水域工程勘察中取样困难、岩土参数空间变异性大、土体力学特性存在区域性和结构性的难题，以江苏省海太过江通道工程为研究对象，基于水域孔压静力触探试验CPTU、水域扁铲侧胀试验DMT和室内土工试验，研究了场区软黏土的不排水剪切强度、砂性土的内摩擦角以及不同土性指标土层的侧限模量。结果表明：CPTU和DMT均可提供丰富的土体物理力学参数，对土体的强度特征参数响应灵敏，联合2种试验的参数表征土体强度特性具有可行性；基于CPTU锥尖阻力、净锥尖阻力得到砂性土有效内摩擦角偏大，而基于DMT侧胀水平应力指数KD得到的有效内摩擦角略小；DMT侧限模量与CPTU锥尖阻力之间具有良好的相关关系，通过拟合关系式可将刚度与强度联系起来，该关系式还考虑了土性指标的影响，可作为一种新方法来预测土体侧限模量。     

基于大变形有限元的CPTU尺寸效应与贯入速率研究

孔压静力触探(CPTU)技术是目前运用最为广泛的原位测试方法之一,但其贯入机理的研究尚未成熟,实测结果分析往往通过经验公式进行推算,准确性不够。通过ABAQUS数值模拟软件对探头在黏土中的贯入进行有限元模拟,分别取半径为0.9,1.8,3.6,4.8 cm的探头对尺寸效应展开研究,同时分别以0.1,1,2,3,4 cm/s的贯入速率进行贯入,进而就贯入速率对贯入阻力的影响进行探讨。研究表明:随着探头尺寸的增加,锥尖与探杆区域附近的塑性区面积都增加,锥尖阻力会发生一定程度的降低,贯入应力影响的最大归一化水平距离也相应减小。不考虑超孔压影响的情况下,随着贯入速率的增加,稳定状态下的锥尖阻力基本不变,但贯入越容易达到稳定状态。     

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。     

基于CPTU测试p-y曲线法及其在桩基水平承载中的应用

 孔压静力触探(piezocone penetration test,CPTU)原位测试提供的是最直接、最原始的土性参数,可以精细化反映土层信息随深度的非线性变化。采用原位测试CPTU锥尖贯入参数对桩基水平承载力进行评价,建立锥尖参数与p-y曲线参数的综合对应关系,提出基于CPTU原位测试的单桩p-y曲线计算及水平承载力确定方法。依托典型场地(靖江长江漫滩,宿迁废黄河泛滥区,苏州昆山太湖流域)水平试桩资料,对比验证了CPTU法p-y曲线模型的准确性及其在桩基水平承载预测中的可行性。结论表明：CPTU测试p-y曲线法能准确反映水平受荷桩的土抗力发挥特点,是一种高效、快速的桩基水平承载力确定方法。     

考虑土体空间变异性的边坡最危险滑动面随机分析方法

现有边坡可靠度研究均未考虑土体空间变异性对边坡最危险滑面的影响。为此，提出了考虑土体空间变异性的边坡最危险滑动面随机分析方法。首先，采用谱表现法建立了表征土体空间变异性的随机场模型。在此基础上，提出了基于SIGMA/W和SLOPE/W的自动定位搜索最危险滑动面方法。其次，采用非侵入式随机分析方法研究了抗剪强度参数空间变异性对边坡最危险滑动面空间分布的影响。最后，采用算例验证了所提方法的有效性。结果表明：提出的边坡最危险滑动面随机分析方法能够有效地确定边坡最危险滑动面空间分布特征。土体抗剪强度参数的空间变异性对边坡最危险滑动面的空间分布特征有重要的影响，它直接决定了边坡最危险滑动面的位置和滑体规模。土体抗剪强度参数波动范围越大，最危险滑动面的空间分布范围越大。随着土体抗剪强度参数水平向和竖直向波动范围比值的增大，边坡上部发生局部滑动的可能性增大。抗剪强度参数的变异系数越大，最危险滑动面的空间分布范围越大，边坡发生小规模局部滑动的可能性越大。     

基于位错理论的饱和土渗流特性CPTU评价研究

孔压静力触探（CPTU）测试数据通常用于土层划分和岩土工程设计参数评价。国际上CPTU测试技术的最新进展之一在于采用测得的锥尖阻力、侧壁摩阻力和孔隙水压力快速、连续地获得饱和土的渗透系数,以避免孔压消散试验费时的缺点。首先简要回顾了基于CPTU测试资料确定饱和土渗透系数的的研究成果,并进行了分析与改进,提出了基于位错理论和圆柱面径向流模型的水平向渗透系数预测新方法。选取典型场地进行了CPTU测试,并在黏性土场地采用薄壁取土器获得无扰动的原状试样,进行室内水平向渗透试验,在无黏性土场地进行现场钻孔抽水试验。以室内渗透试验和现场抽水试验的结果为参考,对3种基于CPTU连续评价饱和土渗透系数的方法进行了对比分析。研究表明,位错理论适用于评价饱和土的原位渗透系数,然而准确性与所采用的渗流模型有关。对国际标准CPTU探头,孔压过滤环位于锥肩（u₂）位置时,采用圆柱面的径向流模型能够获得最为准确的水平向渗透系数预测结果,采用球面流或半球面流模型时趋于低估土层的渗透性。     

静力触探试验和标准贯入试验的对比研究

通过标准贯入试验、静力触探试验及室内土工试验,对滨海新区不同沉积成因下的淤泥质黏土、粉质黏土和粉土层的锤击数和锥尖阻力指标进行统计,并对它们之间的关系进行了对比研究。结果表明,不同土层的锤击数与锥尖阻力的比值存在较大差异,对于同一土层而言,两者之间均存在较好的线性关系,拟合公式较为合理,为实际工程中利用土层锥尖阻力推算土层锤击数提供依据。     

基于CPTU测试的桩基承载力可靠性分析

通过连盐高速（连云港-盐城）和宁常（南京-常州）高速公路PTC、CFG和PHC桩基场地进行的CPTU试验资料,提出了一个预测桩基承载力的CPTU新方法。桩单位侧阻力由CPTU超孔压和侧壁摩阻力得出,而桩单位端阻力则由有效锥尖阻力获得。以静载荷和高应变试验得到的桩基承载力作为参考值评估了各种方法预测桩基承载力的有效性。基于可靠度理论,分别分析了承载力极限状态、正常使用极限状态与联合承载力极限状态和正常使用极限状态的可靠度指数。针对几种CPTU桩基预测方法,分别进行了可靠性分析。结果表明：提出的CPTU方法比其余3个方法具有更高的可靠度。CPTU方法具有简单、快速、多参数的优点,并且不依赖于操作者主观性的影响,在桩基工程中值得推广应用。     

基于CPTU的超深地连墙成槽土体扰动评价

地下连续墙成槽会引起邻近地层土体应力状态发生变化,导致土体受到扰动,进而影响土体的工程性质,因此,准确评价地连墙施工引起的土体扰动对工程设计与施工具有重要指导意义。以江阴靖江长江隧道工程为依托,在江北工作井的某幅地连墙成槽前后于槽段旁边开展了孔压静力触探(CPTU)测试,得到了成槽前后的CPTU参数,并基于修正的锥尖阻力q_t评价了地连墙成槽引起的土体扰动度。结果表明,地连墙成槽后,锥尖阻力、侧壁摩阻力及孔隙水压力总体上均有不同程度的降低,土体扰动度在30%以内。浅部扰动度高于深部,深度相近时砂土层扰动度高于软黏土层。     

考虑参数空间变异性的隧道结构变形分析简化方法

土体参数具有空间变异性是被广泛接受的,而这种变异性对岩土中结构性能有着重要的影响.随机场理论是一种常用的用来模拟土体参数空间变异性的方法.基于随机场理论,以土体弹性模量的空间变异性为切入点,采用蒙特卡罗方法和有限差分模拟计算相结合的方法,开展隧道水平收敛的随机分析.在大量蒙特卡罗计算基础上,提出了3种简单易用的简化考虑...     

现代数字式多功能CPTU与中国CPT对比试验研究

 首先对国内外不同尺寸探头测试参数的对比研究现状进行综述,结合不同场地的孔压静力触探(CPTU)和静力触探(CPT)现场试验,总结江苏典型黏土场地上国际10 cm2的CPTU探头和中国双桥15 cm2的CPT探头试验结果,对2种尺寸探头的测试参数作了详细比较。在划分土层、判别土类方面,多功能CPTU具有较高的分辨率。针对不同土类,从实用角度建立CPTU测试指标与中国CPT测试指标的转化关系。研究成果奠定了我国工程实际中应用国际10 cm2的CPTU探头基础,对推广应用国际标准的CPTU技术具有重要意义。     

DMTC消散试验探求软黏土固结系数研究

基于扁铲侧胀试验（ DMT ）的基本原理,简要地介绍了利用 DMT 的 C 值消散试验求解水平向固结系数的理论与方法。结合商丘—合肥—杭州（商合杭）铁路工程湖州试验段与上海—南通（沪通）铁路工程常熟试验段的 DMTC 消散试验进行了实例分析研究。结果表明： DMTC 消散试验与孔压静探消散试验获取水平向固结系数较为接近, 二者在均质土层中相关性较好,在非均质土层中相关性较差;与 DMTC 消散试验及孔压静探消散试验获取的水平向固结系数相比,室 内试验获取的水平向固结系数明显偏小,与其他研究者的成果一致。     

Prediction of embankment settlements over marine clay using piezocone penetration tests

The paper discusses the use of piezocone penetration testing (CPTU) and evaluates four methods of interpretation for predicting the deformation constrained modulus (M) used to calculate the consolidation settlement of cohesive soil. CPTU tests were performed at eight embankment sites in the Lianyungang marine clay and high-quality samples for laboratory testing were collected close to the CPTU test locations. The constrained modulus (M) values predicted using the different interpretation methods were compared with the reference values determined from the laboratory consolidation tests. A new correlation was also developed to predict M from the net cone tip resistance (q _t  − σ _vo ). The paper discusses a simple approach to the use of the CPTU method to estimate the settlements of expressway embankments     

考虑不排水抗剪强度空间变异性的条形基础极限承载力随机分析

目前有关抗剪强度参数随深度变化对地基稳定性影响的研究还不深入。为此,提出了考虑土体不排水抗剪强度均值和标准差随深度变化的地基稳定性随机分析方法。建立了表征不排水抗剪强度空间变异性的不平稳随机场模型,采用Karhunen-Loeve（KL）展开离散随机场。探讨了土体不排水抗剪强度参数空间变异性对地基极限承载力的影响规律,并比较了不排水抗剪强度参数平稳和不平稳随机场模型对地基稳定的影响。以不排水黏性地基稳定随机分析问题为例验证了所提方法的有效性。结果表明：考虑不排水抗剪强度参数空间变异性时,地基极限承载力均值和标准差随相关距离的增大而增大,地基极限承载力对竖直向相关距离更为敏感。地基极限承载力均值随不排水抗剪强度变异系数的增加而减小,标准差随变异系数的增加而增加。不排水抗剪强度变异性对地基失效概率有明显的影响,安全系数较大时,不排水抗剪强度相关距离越小,地基失效概率越小。与不排水抗剪强度参数的不平稳随机场相比,不排水抗剪强度的平稳随机场模型会高估地基极限承载力的变异性,在相同的安全度水平下,当地基的安全系数较低时,平稳随机场模型会导致对地基失效概率的低估;当地基安全系数较高时,平稳随机场模型会导致对地基失效概率的高估。     

考虑自相关函数影响的边坡可靠度分析

自相关函数是表征岩土体参数空间变异性的重要参数,不同自相关函数对边坡可靠度影响程度还缺乏定量地评价。给出了基于乔列斯基分解中点法的相关非高斯随机场模拟步骤,统计了抗剪强度参数自相关长度的取值范围。在考虑土体抗剪强度参数间互相关性、变异性、黏聚力和内摩擦角取不同波动范围的基础上,以摩擦/黏性土坡可靠度问题为例研究了常用的5种自相关函数对边坡可靠度的影响。结果表明：基于乔列斯基分解中点法的相关非高斯随机场模拟计算过程简便,容易编程实现,可模拟任意几何形状的随机场分布,具有较高的计算精度和效率。在参数负相关性和垂直波动范围较大、变异性较小时,不同自相关函数得到的边坡可靠度结果差别较明显。当黏聚力和内摩擦角的垂直波动范围不同时,不同自相关函数对边坡可靠度的影响非常显著。高斯型、二阶自回归型和指数余弦型自相关函数产生的随机场分布光滑度和连续性较好,较为符合实际情况,它们能够有效地描述土体参数的空间自相关性。由这三种自相关函数计算得到的边坡可靠度结果偏小。基于指数型自相关函数的随机场分布波动性较大,连续性较差,计算的边坡可靠度偏大。     

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。     

Simplified reliability method for spatially variable undrained engineered slopes

A random finite element analysis (RFEA) is employed to study the effect of shear strength spatial variability on the stability of undrained engineered slopes. Based on the RFEA simulation results for 34 (idealized) real engineered slope cases, it is concluded that the coefficient of variation in the spatially variable shear strength and the ratio (vertical scale of fluctuation)/(length of failure curve) have a major effect on the stability reliability. The RFEA simulation results are further used to derive simplified equations for the reliability analysis and the reliability-based design of undrained engineered slopes.     

Spatially variable soils affecting geotechnical strip foundation design

Natural soil variability is a well-known issue in geotechnical design, although not frequently managed in practice. When subsoil must be characterized in terms of mechanical properties for infrastructure design, random finite element method (RFEM) can be effectively adopted for shallow foundation design to gain a twofold purpose: (1) understanding how much the bearing capacity is affected by the spatial variability structure of soils, and (2) optimisation of the foundation dimension (i.e. width B). The present study focuses on calculating the bearing capacity of shallow foundations by RFEM in terms of undrained and drained conditions. The spatial variability structure of soil is characterized by the autocorrelation function and the scale of fluctuation (δ). The latter has been derived by geostatistical tools such as the ordinary Kriging (OK) approach based on 182 cone penetration tests (CPTs) performed in the alluvial plain in Bologna Province, Italy. Results show that the increase of the B/δ ratio not only reduces the bearing capacity uncertainty but also increases its mean value under drained conditions. Conversely, under the undrained condition, the autocorrelation function strongly affects the mean values of bearing capacity. Therefore, the authors advise caution when selecting the autocorrelation function model for describing the soil spatial variability structure and point out that undrained conditions are more affected by soil variability compared to the drained ones.