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。     

基于孔压静力触探确定土体的渗透系数

近年来许多研究者致力于通过孔压静力触探(CPTU)确定土体的渗透系数,但是存在偏差大,而且不能从机制上清楚地解释孔压静力触探确定土体渗透系数的原因。为了应用孔压静力触探现场快速地确定土体的渗透系数,在总结前人对孔压静力触探确定土体渗透系数方法的研究基础上,提出孔压静力触探时锥头处呈球冠形孔隙水流动的计算模型,假定锥头处初始超孔隙水压力为负指数型分布,推导出土体渗透系数的表达式,并且结合现场实测数据,将所提出的方法与已有的方法进行对比分析。研究发现：所提出的方法扩大了现有方法的应用范围;渗透系数计算结果受锥头角度的影响较大,随着锥头角度的增大而增大;针对国际上通用的60°角的标准锥头,所提出的方法计算的渗透系数大于前人的方法,而且更接近室内外试验结果。     

孔压静力触探在上海地区的应用

通过上海浦东国际机场跑道详勘中的实践,孔压静力触探在土层划分、估算土层固结系数等方面有很大的优越性。     

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。     

多功能孔压静力触探(CPTU)测试技术在软土工程性 质评价中的应用

本文首先对现代多功能CPTU测试技术作了简要的介绍,阐述了孔压静力触探的发展状况、仪器设备和操作要点;然后在归纳国内外相关文献与研究工作的基础上,重点探讨了利用多功能CPTU测试资料评价软土工程特性的方法,包括应力历史、强度特性、变形特性以及固结渗透特性等;文章还对国内多功能CPTU测试技术未来发展的趋势、途径进行了探讨,提出了一些建议。     

密度孔压静力触探的测试理论和工程应用综述

孔压静力触探试验(CPTU)是目前使用最为广泛的原位测试方法之一,但CPTU不能原位测量土体最基本的指标——密度。密度孔压静力触探试验(DCPTU)是把核子密度仪结合到孔压静力触探系统中,贯入过程中可以同时测量锥尖阻力、侧壁摩阻力、孔隙水压力和密度的一种新型原位测试方法。本文首先介绍了DCPTU的试验装置和密度测试理论;然后通过与室内试验结果对比评价了利用DCPTU测量砂土、黏土、填土地层以及海底淤泥的密度的可靠性,分析了非均质地层中DCPTU测量密度与真实密度的区别、并提出了真实密度剖面的推求方法;然后综述了DCPTU在判别软弱夹层、评价砂土的液化势、检验地基处理效果、检测块状填土中的空隙、调查浮泥层的厚度和密度分布等方面的工程应用;最后展望了DCPTU在工程勘察中的发展趋势和应用前景。     

用孔压静力触探求固结系数的研究

为探讨利用孔压静力触探求取土层固结系数的可行性与规律, 在珠江三角洲软土地区进行了大量孔压静力触探超孔压消散试验.对试验场地、设备和方法作了简明扼要地介绍, 重点分析了试验机理及结果, 并将孔压消散试验估算的固结系数与室内固结试验得到的试验值以及现场沉降资料反算值作了比较, 证明它们之间有很好的规律性, 且用孔压静探所求固结系数更接近于实际值.      

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。     

基于抽水试验的深基坑降水方案优化调整与实施

南京一过江隧道明挖段为超深基坑,有深厚强透水砂层,含水层厚度大、渗透系数大,接受长江水补给,基坑采用悬挂式止水帷幕,涌水量大,在降水井施工过程中,通过洗井试抽发现原降水方案不能满足降水要求,且偏差非常大。为确保基坑安全、顺利施工,现场边施工降水井边开展原位抽水试验,通过对试验数据的分析,并借助三维数值法进行参数反演及降水模拟,及时对开挖深度大的JD1、JD2节段的降水井管径、数量、水泵配置进行了调整。基坑内抽水试验反演的参数远大于原方案参数,实际基坑涌水量高达91000 m³/d,是原降水方案预估值42000 m³/d的2.2倍,由于及时科学地调整了降水方案,在总井数增加不多的情况了,将坑内水位降至基底以下,保证了基坑的顺利实施,充分说明了抽水试验及方案的优化调整在降水实施过程中的重要性。     

引渗疏干技术在复杂水文地质条件下深大基坑降水中应用

长江漫滩地区第四系松散层是一个巨厚的、复杂的含水体,具有典型的二元地质结构特征,含薄层状夹层,导致垂向透水性远小于水平向,对深基坑工程降水影响极大。南京梅子洲过江通道及青奥轴线地下交通系统及相关工程充分利用引渗技术,成功地对基底上部的地层进行疏干,达到干燥安全的作业环境,满足基坑开挖要求,为工程节省了大量的成本,对类似水文地质条件的深基坑工程具有很好的借鉴意义。     

高压压水试验在深钻孔中的应用

常规压水试验一般按三级压力、五个阶段进行。三级压力一般分别为0.3,0.6,1 MPa。但对于水库大坝、深埋地下工程等水头很高的工程而言,常规压水试验结果不能反映实际水头压力作用下岩体的渗透特性。试验在某花岗岩地区500 m深孔中进行,因此选定压力阶段为2,4,6 MPa。试验段长度取为6.5 m,钻孔中共取21个典型区段进行高压压水试验,试验结果表明,高压压水试验能很好地反映岩体透水性的变化规律。该地区属低渗透岩体,因此在该地下工程灌浆处理裂隙岩体时最小灌浆压力值应不小于5 MPa。     

长江三角洲地区深基坑降水与地面沉降模拟预测耦合模型研究

长江三角洲地区深基坑降水复杂,且极易引起地面沉降地质灾害问题,传统的基于地下水动力学原理的解析解模型(Theis公式或Dupuit公式)已难以满足降水设计模拟计算的需要,尤其是无法预测降水引起的地面沉降问题,深基坑降水与地面沉降耦合模型将地下水渗流模型和土体应力-应变模型耦合起来,可根据基坑地下水位的控制要求,同时模拟计算出降水井的布局、各井的开采量和地面沉降量。据此确定出的基坑降水方案既能满足地下水位的控制要求,又能对降水引起的地面沉降进行最优化控制。     

扬州深大基坑降水方案优化设计

扬州东部综合客运枢纽地下配套工程深大基坑采用大放坡+地下连续墙+内支撑围护,场地地层为深厚强透水地层,降水井布置在坡底还是坡间平台,将直接影响降水的动态控制。本文提出了方案一（坡底布井）和方案二（坡间平台布井）2套降水方案,并利用数值模拟方法进行了比选。对比结果：虽然方案一井数和最终总涌水量略少于方案二,但是需提前降水,会造成大量水资源的浪费;而方案二可以根据基坑开挖深度的增加,逐步增加抽水井,体现了按需降水的原则。因此,认为方案二更优。类似基坑进行降水方案设计时,不应仅考虑总井数和最终总涌水量,还应考虑到不同开挖阶段,动态控制、按需降水,才能从源头上实现基坑工程的绿色施工。     

同心式射流泵在深层井点降水中的应用

本文比较了几种深层干扰降水的特点，就国内深层降水设备存在的问题，有针对地研制了同心式射流泵井点降水系统，该系统利用喷射泵真空和排出口压力提升地下水，其降水深度大，集水效果好，出水量稳定，速度较快，设备结构简单可靠，解决了深大基坑砂、粘土地层中干扰降水的问题。     

开挖前降水引发基坑变形机制模型试验研究

现有基坑相关研究主要关注土方开挖过程引起的变形,认为围护结构变形起点是土方第1次开挖。然而,一些工程实测表明,基坑开挖前降水阶段即可引起围护结构及周边地层发生厘米级的变形。显然,未考虑开挖前变形的基坑监测数据将低估基坑施工的环境效应。为了研究基坑开挖前降水引发基坑变形的机制,开展了室内模型试验,对基坑开挖前降水过程进行了缩尺精细化模拟。通过微型降水井的设置与调控,模型试验真实再现了实际基坑降水过程中井流效应对围护结构受力变形的影响。试验过程中发现,随着降水的进行,坑外降水漏斗不断扩展,围护结构悬臂式侧移及坑外拱肩式地面沉降也随之产生。另外,降水导致墙前水压力明显减小,并诱发墙前侧向总压力重分布（以减小为主）,围护结构为此发生指向坑内的悬臂式运动以寻求新的受力平衡,并通过墙后土体损失诱发坑外地层变形。     

粉砂地基深基坑工程土体渗透破坏机理及其影响研究

在砂土和粉土地区,渗透破坏是威胁基坑稳定性和周围环境的主要因素。基坑工程是由土、水以及围护结构组成的一个复杂系统,影响基坑工程渗透破坏的因素很多。在总结前人对土体渗透破坏与基坑工程渗透破坏模式的研究基础上,结合渗流对土体性质影响的试验成果,提出了考虑渗流、开挖卸荷以及围护结构变形共同作用的基坑工程渗透破坏分析方法,并分析了均质地基基坑工程的渗透破坏模式。将该方法运用于某粉砂地基基坑渗透破坏工程实例,通过有限元数值模拟,揭示了渗透破坏过程及其对围护结构的影响。通过对该基坑工程实例的分析认为,在进行基坑工程设计时不仅需要进行防止流砂、管涌等验算,还需考虑基坑工程整体破坏的可能性。     

某特深基坑支护的非线性三维有限元分析

讨论了润扬长江大桥北锚碇基础施工开挖中50 m特深基坑的三维非线性有限元分析,介绍了工程的有关情况,讨论了其计算模型和参数取值,给出主要计算结果并对有关影响因素进行了分析,在此基础上对该基坑支护的设计作出评价,最后结合施工结果讨论了计算分析的可靠性。     

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.