黏土结构性对孔压静力触探结果的影响分析

针对目前黏土结构性对孔压静力触探结果的影响及其机理尚不是很清楚的问题,首先在ABAQUS软件中对结构性剑桥模型进行了程序实现,然后建立了孔压静力触探贯入结构性黏土的数值模型,通过数值计算分析了黏土结构性对孔压静力触探结果的影响。数值计算结果表明：（1）黏土的结构性会导致锥尖周围土体的偏应力增大,由于锥尖附近土体的结构性损伤,最大偏应力出现在距锥尖一定距离的右下方;（2）表征结构性强度的参数——初始结构屈服应力$ p{\text{'}}_{ {\rm{yi}}} $越大,锥尖阻力qc越大,而表征结构性损伤速度的参数——结构性对流动法则影响参数ω越大,qc值越小;（3）$p\text{'}_{ {\rm{yi}}} $值越大,贯入停止时的超静孔隙水压力u越大,而ω值越大,贯入停止时的u值越小;（4）经验圆锥系数Nkt随$p\text{'}_{ {\rm{yi}}} $增大明显减小,随ω的增大略有减小。因此,黏土的结构性强度及其损伤会明显影响孔压静力触探的测量结果,基于锥尖阻力qc估算结构性黏土的不排水抗剪强度su时应采用考虑结构性影响的经验圆锥系数Nkt,否则将会低估结构性黏土的su。研究结果可为孔压静力触探结果的分析和应用提供参考。     

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25 m附近及30～35 m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SCPTU的软土最大剪切模量测试分析研究

最大剪切模量是土的基本力学特性参数,对土动力特性分析和岩土工程抗震设计有着重要的意义。目前最大剪切模量的确定主要依赖于室内试验,土样的采取和室内试验既耗时又不能保证精度。以江苏北部里下河古泻湖相软土地区高速公路建设为工程背景,采用地震波孔压静力触探（SCPTU）和下孔法（DHT）进行了土层剪切波速的测试,基于SCPTU和DHT剪切波速测试资料建立了最大剪切模量Gmax与SCPTU测试参数之间的相关关系。结果表明：采用SCPTU测试的锥尖阻力和孔压参数能够用于对软土的最大剪切模量的初步评价。     

一种孔压静力触探数据采集系统

从实现孔压静力触探多种测量功能和自动测量与数据记录的要求出发,开发了一套孔压静力触探数据采集系统,并完成了TCY-1型测试仪以及PC机配套软件的设计与调试;介绍了其组成单元、工作原理与流程。系统具有测量精度高、数据容量大、体积小和功耗低等特点。应用表明,系统操作简便、配置灵活、工作效率高,可以广泛应用于工程勘测领域。     

孔压触探测试中探头饱和问题的探讨

孔压触探（ＣＰＴＵ）作为一种新型土体原位测试技术,日益引起人们的重视和推广,但ＣＰＴＵ测试中的一些技术环节尚需进一步探索和规范。本文对严重影响ＣＰＴＵ测试结果精度的探头饱和问题进行了探讨,指出探头饱和的重要性、一般方法、注意事项及检验措施。     

A coupled analysis of cavity and pore volume changes for pulse tests conducted in soft clay deposits

This paper presents a new interpretation method for pulse tests, a field permeability test that allows for rapid measurements of hydraulic conductivity k in aquitards. This new method applies to soft clay deposits. To initiate a pulse test, a known volume of water is injected into the sand filter of a monitoring well isolated by a packer. The resulting pressure increase yields an outward movement of the sand filter cavity wall. After presenting the usual interpretation methods and their limits, this paper proposes a new interpretation method based on a coupled analysis of the pressure and displacement fields in the soil using the Biot–Darcy formulation. A series of analytical and numerical non‐dimensional velocity graphs, normalized plots of the mean hydraulic head difference versus its rate of change, are given. For a linear elastic material, these type curves show relatively small variations with the sand filter aspect ratio and the Poisson ratio of the tested clay. The type curves are also found to be independent of the clay compressibility (m_v) and k, an important result. A series of pulse tests conducted in a soft marine clay deposit near Montreal, Canada, are interpreted with the proposed method. The hydraulic conductivity values calculated from these tests are closely correlated with independent estimates obtained using long‐duration variable‐head tests. Compared with previous interpretation methods, the proposed method allows soil volume changes to be reconciled with cavity expansion phenomena and the range of type curves available for the interpretation of test data to be constrained. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于地质统计学方法的孔压静力触探锥尖阻力固有空间变异性研究

地质统计学是用于模拟土体固有空间变异性的方法之一,以变差函数为工具,采用Kriging插值提供未采样点处土工参数值的最优线性无偏估计。将地质统计学方法应用于宿-新（宿迁至新沂）高速公路某试验段内孔压静力触探（piezocone penetration test,CPTU）锥尖阻力qt空间变异性研究中,采用回归分析移除数据中的趋势项,从而获得具有弱平稳性的残差数据。指数型理论变差函数能够准确描述试验段内土体的连续空间变异性特征。根据估计结果,试验段内锥尖阻力qt残差的变程具有显著各向异性,在水平方向和竖直方向分别为4.05 m和1.2 m。采用普通Kriging插值结合趋势分析,绘制了qt在试验段的空间分布图和平面投影图,用于指导工程实践。结果表明,普通Kriging插值的估计结果能够与试验段内实测资料形成较好的对比,仅仅在部分极值变化和远离采样点的位置处估计值可靠性会降低。     

基于孔压静力触探试验的水运工程土分类方法研究

土的工程分类是工程勘察和设计应用的关键问题之一。基于孔压静力触探测试（piezocone penetration test,简称CPTU）原位测试参数进行土分类是高效实用的方法。国内外现有分类方法的名称及标准与我国《水运工程岩土勘察规范》（JTS 133－2013）不符合。因此,建立基于CPTU原位测试参数、符合我国行业标准的土工程分类方法具有重要工程意义。在收集大量国内外水运工程CPTU测试资料的基础上,对比分析了616个间距小于5 m的CPTU测试孔和相应钻孔取样与室内土工试验成果。选择国内外7种常用的CPTU土分类图进行应用比较,发现这些土分类图所采用的应力修正计算方法在考虑浅层土体的有效上覆应力修正时存在一定的缺陷,通过引入新的应力修正方法和修正土分类边界线,建立了适合我国水运工程的CPTU土分类方法。对比应用分析表明,该分类图能够准确地进行水运工程土类划分,尤其适合于软土、粉细砂和中粗砂的划分,可作为我国水运工程的土工程分类方法。     

孔压静力触探技术在海洋工程勘察中的应用及施工建议

在沿海经济大开发背景下,区域大通道建设不断涌现。采用孔压静力触探（CPTU）方法获得锥尖阻力、侧壁摩阻力、孔隙水压力、摩阻比等参数,据此进行土层划分、工程分类,确定地基土的物理力学参数,估算单桩竖向承载力标准值,对影响试验数据精度的因素进行分析,并对海上孔压静力触探试验施工提出建议,为海洋静力触探技术的发展提供依据。     

含浅层生物气砂土孔压静力触探试验研究

含浅层生物气的砂土是一类特殊的非饱和土,由于此类砂土中含有数量不等的生物气,生物气的存在对砂土的工程性质影响较大,使其有着有别于一般砂性土的特殊工程特性。本文采用孔压静力触探仪,对河湖相沉积的砂土是否含有生物气进行了初步判别,然后对生物气释放前后砂土的承载性能进行了现场和室内试验对比研究,认为在不发生渗透破坏的情况下,生物气的缓慢释放会提高砂土的承载力,有利于砂土上部建筑物的稳定。     

上海黏土强度特性真三轴试验研究

利用自主改造的、大主应力与小主应力方向由刚性加压板加载、中主应力方向由围压室液压加载的自动控制刚柔复合真三轴仪,对上海原状软土进行同一π面上不同洛德角真三轴固结排水剪切试验。原状土样通过分块抽样法获取,共进行了5组不同洛德角（0°、15°、30°、45°和60°）排水剪切试验。试验结果显示,上海原状软土抗剪强度、屈服和破坏点位置随洛德角的增大而减小,体积变化量先增大后减小。三向应力状态下上海软土的破坏强度接近空间滑移面（SMP）破坏准则。     

基于孔压静力触探测试的改进分层总和法在软基沉降预测中的应用研究

分层总和法在高速公路软基沉降的预测中得到了广泛的应用。然而,由于基于钻探的土层划分往往比较粗糙以及基于室内试验的压缩模量确定不太可靠,导致沉降预测与实际偏差较大。孔压静力触探（CPTU）作为一种新型的多功能原位测试技术,可以同时测试得到锥尖阻力、侧壁摩阻力和孔压沿深度的连续剖面,较好地改善这一状况。以连盐高速公路为研究实例,采用多变量统计分析中的最优分割理论,基于CPTU高精度测试数据对土层进行了精细划分,并通过实际沉降观测资料的反演分析确定了基于CPTU的压缩模量计算方法,进而通过对高速公路实测沉降和CPTU预测沉降的比较,验证了文中计算方法的有效性     

饱和土体小孔扩张问题的弹塑性解析解

将土体在圆孔扩张过程中的应力分布分为三个区域，基于修正剑桥模型，推导了圆孔扩张过程中土体在三个区域的超孔隙水压力的解析表达式，对比分析了固结比对土体中应力分布的影响。分析推导可为沉桩、旁压试验、静力触探等岩土工程问题提供理论依据。     

软黏土蠕变试验及其经验模型研究

针对湖南竹城公路路基软土开展了系统的三轴固结不排水蠕变试验,得到不同围压、不同应力加载等级下的全过程蠕变曲线。进而通过“陈氏加载法”得到分别加载下蠕变曲线和应力-应变等时曲线。以围压100 kPa为例,得出应力-应变关系采用幂函数,而应变-时间关系采用双曲线关系的蠕变方程。对比分析表明,该蠕变方程较Singh-Mitchell模型、Mesri模型更适应试验数据,能够更好地反映和预测该软土的蠕变特性。     

北京平原区粉质粘土热导率影响因素实验研究

岩土体热导率是热物理性质重要参数之一,不仅仅决定着浅层地温场的展布形态,而且也是整个热泵功率计算的核心,是影响地源热泵工程投资和运行能耗的关键因素.本文通过一系列实验,对粉质粘土的热导率与含水量、密度、孔隙比进行研究和统计,从实验研究结果来看,粉质粘土热导率随着含水量的增大而增大,可以用对数关系和乘幂关系进行拟合,相关系数较好,由于样品物质成分和微观结构差异影响着传热方式组合,难以用统一的拟合方程表示同一地区热导率与含水量等因素变化规律.在含水率不变的情况下随着孔隙比的增大而热导率逐渐减小,随密度的增加而热导率增大的规律趋势明显.粉质粘土热导率随含水量的变化可分为3个阶段,含水量在0～5％,热导率随之增加急剧,含水量5％～20％时,热导率随之增加较快,含水量大于20％时,热导率随之增加缓慢并趋于稳定.     

粉质黏土中单桩竖向承载力的离心模型试验研究

桩基础研究的核心问题是桩承载力和桩-土相互作用,包括桩周土的变形和饱和土中孔隙水压力的变化。通过离心模型试验的方法,利用竖向压桩设备把桩压入土体,研究饱和及非饱和粉质黏土中单桩的竖向承载力,以及加载过程中桩周土体的变形和孔隙水压力的变化。粉质黏土饱和后,桩基的承载特性表现出软化的特点,且桩基的承载能力比非饱和粉质黏土中的桩基小,非饱和粉质黏土的压桩试验中桩基没有出现明显的极限承载力。桩基的加载特性与桩周土的变形响应具有显著的相关性,桩的加载过程对桩周土体变形的影响有一定范围,超过这个范围,土体的变形可以忽略不计。饱和粉质黏土中桩基的加载对桩周土体孔压的变化也有一定的影响范围,与桩周土体的变形范围体现出类似的规律。距离桩较近时,桩周土的变形较大;距离桩越远,土体的变形受到桩的影响越小。     

Numerical analysis of the miniature piezocone penetration tests (PCPT) in cohesive soils

An analytical model to simulate the penetration of the piezocone penetrometer in cohesive soils is presented here. The elasto-plastic coupled field equations of the saturated cohesive soils (given by Voyiadjis and Abu-Farsakh) is used in this analysis. The numerical simulation of the piezocone penetration is implemented into a finite element program. The analytical model is used to analyze the miniature piezocone penetration tests (PCPT) conducted at LSU calibration chambers. Simulation of the piezocone penetration is done for two cases. In the first case, the soil–penetrometer interface friction is neglected, while in the second case, the soil–penetrometer interface friction is taken into consideration. The constraint approach is used to model the soil–piezocone interface friction in which the Mohr–Coulomb frictional model is used to define the sliding potential. Analysis is done for three different soil specimens with different stress histories. The results of the numerical simulations are compared with the experimental measurements of the miniature piezocone penetration tests (PCPT) in cohesive soil specimens conducted in LSU calibration chambers. The resulting excess pore pressure distribution and its dissipation using the numerical model are compared with some available prediction methods. © 1998 John Wiley & Sons, Ltd.     

Deformation analysis of shallow penetration in clay

A new method of analysis is described for estimating the deformations and strains caused by shallow undrained penetration of piles and caissons in clay. The formulation combines previous analyses for steady, deep penetration, with methods used to compute soil deformations due to near-surface ground loss, and is referred to as the Shallow Strain Path Method (SSPM). Complete analytical solutions for the velocity and strain rates are given for a planar wall, an axisymmetric, closed-ended pile and unplugged, open-ended pile geometries. In these examples, the analyses consider a single source penetrating through the soil at a constant rate, generating a family of penetrometers with rounded tips, referred to as simple wall, pile and tube geometries. Soil deformations and strains are obtained by integrating the velocity and strain rates along the particle paths. The transition from shallow to deep penetration is analysed in detail. Shallow penetration causes heave at the ground surface, while settlements occur only in a thin veneer of material adjacent to the shaft and in a bulb-shaped region around the tip. The size of this region increases with the embedment depth. Deformations inside an open-ended pile/caisson are affected significantly by details of the simple tube wall geometry. © 1997 by John Wiley & Sons, Ltd.     

剪应变率对湛江强结构性黏土力学性状的影响

以湛江强结构性黏土为对象,系统地开展了剪应变率对其力学性状影响的三轴试验研究,发现强结构性黏土具有独特的剪切速率力学效应,其CU剪切强度随剪应变率的增大而呈现先减小后增大的特征,存在临界速率现象;在低围压条件下,剪应变率对孔隙水压力的影响很小,随着围压的增大,其影响逐渐明显;随剪切速率增大,其黏聚力与内摩擦角整体上分别呈现减小与增大的变化规律,而当剪切速率增大到一定程度均出现转折点,但后者滞后于前者。引起上述现象的原因在于黏土的结构性破损性状与其结构性强弱相关联,为深入认识结构性黏土的工程特性提供了帮助。