基于孔压静力触探的修正土类指数土体分类方法与实例应用

孔压静力触探(piezoconepenetrationtest,简称CPTU)常被应用于土层划分、土体分类,其各种土体分类方法有一定的适用性和局限性。引用两组实际工程案例,对5种常用的基于CPTU的土体分类图进行了分析比较。分析表明,已有分类图虽然能够区分黏性土和无黏性土,但对于粉质黏土、粉土和粉砂之间的判别均存在较大误差,且多数分类图采用过渡带分类,导致分类结果的准确性偏低。基于Robertson土类指数分类图,根据实际CPTU测试数据分类结果,对土类指数I_c进行了修正,将其同心圆模型修正为平行线模型,由此提出一种基于CPTU的修正土类指数土体分类方法。根据对实测数据的应用表明,提出的修正土类指数土体分类方法可以更好地满足土体分类,且能够满足粉质黏土、粉土和粉砂之间的判别。     

基于孔压静力触探力学分层的土体边界识别方法研究

对于岩土工程设计来说,准确识别均质土层的边界是极其重要的。孔压静力触探(CPTU)测试数据常用于土分类、土层边界识别和岩土工程参数评价等方面。基于CPTU测试数据,利用统计分析方法进行力学分层,可以有效地识别均质土层边界。采用组内相关系数法和修正的Bartlett检验,对CPTU测试数据进行统计分析,生成相应的组内相关系数指标RI和Bartlett统计量。结合R_I和修正的Bartlett统计量临界值,检验土体的均质性,确定均质土层的边界,从而进行力学分层。利用3个场地的CPTU数据进行力学分层,并将其结果与土性分层结果进行对比。结果表明,力学分层结果不仅能分辨出全部主要的土性分层界面,而且还显示更多潜在的次级力学分层界面。     

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。     

多功能孔压静力触探在基坑工程降水设计中的应用分析

针对南京长江四桥漫滩沉积土,分别进行了室内试验和多功能地震波孔压静力触探（SCPTU）原位测试,从SCPTU应用于场地复杂地层 的精细划分、长江漫滩沉积黏性土透水性能的评价和预测渗透系数kh 3个方面进行了详细分析,试验结果表明：综合利用 多功能SCPTU测试qt、fs、u2 3个参数可以对具有高度分层性和不均匀性的长江漫滩沉积土进行精确分层,对不同性质土 层界面、同一土层内透水或不透水夹层进行精确探测;利用SCPTU钻进过程中的孔压消散试验功能,可以对复杂的混合土层的透水性能进行评价;基于SCPTU的渗透系数kh预测值均具有一定的离散性,一般比室内试验结果高1～2个数量级,Burns & Mayne方法预测值可以作为工程初设阶段的参考值;SCPTU的应用为基坑工程降水设计提供了一种简便、快捷的新型技术手段。     

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。     

CPTU试验在土体动力学参数计算中的应用研究

为探讨孔压静力触探(CPTU)数据能否在土体动力学参数计算中进行应用,结合港珠澳大桥补充勘察项目CPTU及波速测试资料,利用SPSS和OriginPro软件对比分析前人研究成果,提出了更适合于计算研究区波速(Vp、Vs)的经验拟合公式,公式考虑了深度影响,计算结果优于前人经验公式,尤其是当土层埋深大于30m时.基于此,对CPTU数据在土体动力学参数Ed、Gd及μd计算方面进行了对比分析研究,提出了研究区土体动力学参数计算公式,公式计算偏差均在可接受范围之内.同时发现土层深度及修正锥尖阻力的负指数形式在拟合土层纵、横波速Vp、Vs时具有重要意义.     

上海地区土体抗剪强度与静力触探比贯入阻力相关关系研究

基于上海地区19个工程共201组数据,通过黏土、粉质黏土和粉砂在上海地区土层中的分布,比贯入阻力Ps,室内固结快剪试验黏聚力cu和摩擦角?u,孔隙比e,塑性指数Ip沿土层深度的变化,分析得到3种土类的抗剪强度与比贯入阻力的相关关系,并总结了国内软土地区土体抗剪强度与静力触探比贯入阻力之间的相关关系。本文得到黏土的相关关系与以往的经验公式相近,同时给出了原位土层粉质黏土和粉砂的相关关系。区别不同土类使得相关关系可用性提高,在工程应用中更加合理。根据本文相关关系,通过静力触探比贯入阻力可以得到不同土层的抗剪强度值,进而应用于基坑稳定计算。本文研究的结果可以应用于海相沉积土的勘察和工程设计工作。     

基于现场试验的闭口静压管桩贯入层状地基桩端阻力研究

在以粉土与粉质黏土为主的层状土地基中,利用桩端装有全截面压力传感器的试验桩,连续高密度采集贯入全过程中的桩端阻力。根据多个贯入行程的桩端阻力曲线,明确了桩端阻力初始贯入土层的变化阶段及连续贯入同一土层的变化阶段,分为线性陡增段、非线性缓增段、平台段、非线性缓降段、线性陡降段;桩端连续贯入穿越多个土层界面时桩端阻力的变化阶段与初始贯入土层相比缺少线性陡增段;连续贯入时,前一行程的陡降初始值与后一行程的陡升终值较为接近,该值能够体现土体弹性压缩的极限,并可以通过土层静力触探Qc平均值进行推算,作为桩基设计依据;对同一土层的多次贯入,最大桩端阻力发生在该土层的初始贯入阶段。沉桩过程中的桩端阻力曲线与静力触探Qc曲线有相似性。分析发现,层状土中每层的最大桩端阻力与静力触探Qc平均值及标准贯入平均击数呈线性关系;稳态的残余桩端阻力与静力触探Qc值及标准贯入平均击数呈线性关系。提出了弹性极限桩端阻力、极限桩端阻力及残余桩端阻力拟合公式,其中极限桩端阻力拟合公式较经验参数法、静力触探法、极限平衡理论有较高的准确度。     

静力触探中土层界面效应试验研究

根据成层土模型试验结果,对静力触探中土层面效应进行试验研究和机理分析,取得了成层土界面效应的规律性,为利用静力触探划分土层提供了理论和实践依据。     

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     

孔压静探试验在珠江三角洲软土地区中的应用研究

孔压静探试验（简称ＣＰＴＵ）在国内是一项尚待推广的土体原位测试新技术,着重介绍了珠江三角洲高速公中工程建设中的孔压静探试验研究成果;提出了新的土分类图及不排水抗剪强度的估算公式;试验结果表明,孔压静探试验估算的固结系数Ｃｈ较室内试验估算的固结系数大１￣２个数量级,而与沉降观测资料反算的固结系数接近。     

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。     

A back analysis scheme for refined soil stratification based on integrating borehole and CPT data

Utilizing both borehole and Cone Penetration Testing (CPT) data in soil stratification helps to get more convincing soil stratification results. However, the soil classification results revealed by borehole (Unified Soil Classification System, USCS) and CPT tests (soil behavior type, SBT) are commonly not consistent. This study proposes a feasible solution to integrate the borehole and CPT data with the tree-based method. The tree-based method is naturally suitable for soil stratification tasks as it aims to divide the subsurface space into several clusters based on the similarities of the soil types. A novel boundary dictionary method is proposed to enhance the model performance on complex soil layer conditions. A probabilistic mapping matrix between the USCS-SBT system is built based on a collected municipal database with collocated borehole and CPT data. The optimal soil stratification results can be selected based on considering multiple borehole information and pruning the structure of trees. The structure of the trees can be optimized in a back analysis perspective with the Sequential Model-Based Global Optimization (SMBO) algorithm which aims to maximize the possibility of observing the borehole information based on the USCS-SBT probabilistic mapping matrix. The uncertainties of the optimal soil stratification results can be estimated based on a weighted Gini index method. The performance of the proposed method is validated based on a real case in New Zealand with a cross-validation method. The results indicate that the proposed method is robust and effective.     

珠江口地区岩土层工程地质特征及物理力学性质研究

基于港珠澳大桥、深中通道、虎门大桥等工程的精细化勘察成果,分析了珠江口地区岩土层地质特性,区内岩土层可划分为淤泥质软土层、黏土粉质黏土层、中粗砂层、残积土层、不同程度风化基岩共5大层,结合区内水动力环境、沉积物类型、钻孔对比及地质剖面,将研究区划分为河口砂质沉积区、潮流型泥质沉积区、泥砂混合沉积区、浅海泥砂混合沉积区等4类。珠江口地区岩土层的物性参数特征研究表明,随着深度增大,岩土层含水率降低,快剪黏聚力增大,压缩系数减小,压缩模量增大;原状土十字板抗剪强度C_u与软土含水率w呈幂函数相关,与压缩模量E_s、快剪黏聚力c呈线性正相关;孔压静力触探试验比贯入阻力p_s与含水率w呈对数相关,与压缩系数a_1?2呈幂函数相关,与黏性土、砂类土的快剪黏聚力c呈线性正相关,得到的经验公式可为珠江口地区类似场地工程建设提供参考。     

静压沉桩与CPTU贯入离心模型试验及机制研究

为了探究静压沉桩与CPTU贯入力学机制,开展了饱和黏土中静压沉桩及CPTU贯入的离心模型试验,获得了静压沉桩与CPTU贯入过程中土压力、超孔压和贯入阻力的变化规律。同时,将静压桩和CPTU压入过程视为一系列球孔的连续贯入,应用圆孔扩张解答,建立了静压沉桩和CPTU贯入过程中锥头阻力、侧阻力与超孔压的预测方法。通过离心模型试验和理论预测结果的对比分析表明：随着桩体的压入,桩周土体的超孔压和土压力均逐渐增大,当桩头通过监测点时,超孔压与土压力均达到最大值;在饱和黏土中,CPTU锥头阻力、锥侧摩阻力和锥头超孔压与锥头贯入深度总体上呈线性关系。预测方法估算沉桩和CPTU贯入引起的土压力、超孔压与模型试验结果相符,较好地反映了饱和黏土中静压沉桩和CPTU贯入的力学机制。     

现代多功能孔压静力触探及在软土地区测试要点

简要分析了我国CPT技术与国际CPT技术的差距,介绍了现代多功能CPTU测试系统、应用于CPT的传感器技术的发展、现代多功能CPTU技术的优势及SCPTU、RCPTU、VisCPT技术的新应用。同时,分析了软土地区多功能CPTU测试技术要点,包括测试计划的制定、孔压系统的饱和与标定、测试精度的保证、负值的分析及探头的保养等问题。     

南海迭层土物理力学特性的研究

我国海域普遍分布有迭层土,由于结构的特殊性,对于其性质的准确把握,直接影响到海洋工程诸如打桩、钻井船插深等问题预测的准确性,关系到海洋工程建设的安全。现场进行孔压静力触探CPTU试验以及室内试验,分析我国南海海域迭层土的物理、力学性质的特点,对迭层土抗剪强度值的确定进行探讨。CPTU试验数据显示,迭层土的物理力学性质与单一土层具有较明显的差异;由于迭层土中砂层的存在,室内三轴不排水剪切试验（UU试验）确定的不排水强度明显偏低,是CPTU确定的不排水抗剪强度的下限值。CPTU的结果可以较好地反映了迭层土的特点,根据CPTU试验结果得到的摩阻比变化范围较大,在0～8之间远大于一般的砂土或黏土的变化范围,摩阻比与修正端阻之间的关系可用双曲线近似表示。建议进行静力分析时,迭层土不排水抗剪强度参数选取应参考CPTU试验结果。     

Numerical study of partially drained penetration and pore pressure dissipation in piezocone test

The piezocone penetration test (CPTU) is commonly used as a fast and economical tool to identify soil profile and to estimate relevant material properties in soils ranging from fine to coarse-grained. Moreover, in the case of fine-grained soils (clays and silts), the consolidation coefficient and the permeability can be estimated through the dissipation test. Undrained conditions are commonly assumed for the interpretation of CPTU in fine-grained soils, but in soils such as silts, penetration may occur in partially drained conditions. This aspect is often neglected in data interpretation thus leading to an inaccurate estimate of soil properties. This paper investigates numerically the effect of partial drainage during penetration on the measured tip resistance and the subsequent pore pressure dissipation response contributing to a more accurate interpretation of field data. A realistic simulation of the cone penetration is achieved with the two-phase Material Point Method, modelling the soil response with the modified Cam-Clay model. The approach takes into account large soil deformations induced by the advancing cone, soil–water, and soil–structure interactions, as well as nonlinear soil behavior.     

现场软土欠固结程度孔压消散试验评价方法

原位测试技术分析软土的应力历史可以避免取样及室内土工试验对土样的扰动,其结果能真实地反映现场土体的工程特性。以往基于孔压静力触探（CPTU）测试技术的超固结比（OCR）计算方法主要是针对超固结土取得的,缺乏对现场处于欠固结状态土体的考虑,具有一定的局限性。在已有研究成果的基础上,提出采用不完全孔压消散曲线的末段及时间平方根倒数外推法计算原位初始孔压,如果初始孔压大于静水压力,表明原位土层中存在固有孔压,为欠固结土。在此基础上,通过计算固结状态参数,可进一步对软土层的欠固结程度进行定量评价。工程应用表明,该方法不受软土性质和地域限制,具有普遍适用性,是合理可行的。在缺乏室内固结试验成果的情况下,可高效快捷地判别软土层的固结状态。研究成果对合理评价欠固结软土的工程特性具有一定的指导意义。