用孔压静力触探求固结系数的研究_孟高头
用孔压静力触探和室内固结试验求取土的固结系数的对比研究[1]
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收稿日期:1999208217;修改日期:2000208202用孔压静力触探和室内固结试验求取土的固结系数的对比研究孟高头1,张德波1,刘春宇1,张迎春2,肖 锋2,梁榕生3,陈龙智3,伍尚干3(1.中国地质大学,武汉 430074;2.广东省航务工程总公司,广州 510230;3.广东省冠粤路桥有限公司,广州 510600)摘要:土的固结系数是软土地基计算与处理设计中的关键参数,本文根据先进的孔隙水压力静力触探技术现场测试求出的固结系数和室内固结试验所求固结系数,进行了大量统计对比研究,发现两者之间存在很好的线性相关关系,并论述了两种方法求取固结系数的原理及步骤,以及孔压静力触探求固结系数的许多优点。
关键词:固结系数;孔隙水压力静力触探;超孔隙水压力消散试验;回归分析中图分类号:TU 413 文献标识码:A 文章编号:100023665(2001)0120018203Abstract :T he conso lidati on coefficient of so il is the key param eter fo r soft so il i m p rovem ent calculati on and design .It can be deter m ined by bo th p iezocone penetrati on test (CPTU )and lab .conso lidati on test .So the comparison research w ith bo th tests and m ethods are carried out and studied .T he result have show n that the coefficient deter m ined by tw o m eth 2ods exists linear relati onsh i p .T he p rinci p le and the m ethods to deter m ine the coefficient as w ell as a lo t of advantages of CPTU m ethod are also p resented here .Key words :conso lidati on coefficient ;CPTU ;excess po re p ressure dissi pati on test ;regressi on analysis 如何准确求取地基沉降值,进而采用合理的地基处理方法,成为提高工程质量、缩短工期、降低成本的关键。
孔压静力触探_CPTU_探求高速公路软基固结系数研究
第24卷 第3期2007年3月 公 路 交 通 科 技Journal of Highway and T ransportation Research and DevelopmentV ol 124 N o 13 Mar 12007文章编号:1002Ο0268(2007)03Ο0030Ο05收稿日期:2005Ο09Ο15基金项目:江苏省交通科学研究计划资助项目(7621006028)作者简介:蔡国军(1977-),男,山东兖州人,博士研究生,从事道路软基处理及土体原位测试技术的研究1(focuscai @1631com )孔压静力触探(CPTU )探求高速公路软基固结系数研究蔡国军,童立元,刘松玉,杜广印(东南大学 交通学院,江苏 南京 210096)摘要:基于孔压静力触探(CPT U )的原理,简要介绍了利用CPT U 试验求解地基土固结系数的理论方法,并以T or 2stenss on 理论模型为例,详细叙述了利用CPT U 试验资料探求地基土固结系数的方法和步骤。
结合连盐高速公路灌云三标的CPT U 试验进行了实例计算,结果表明,现场所得的固结系数较室内试验的固结系数大1～2个数量级,与其他研究者的结果一致;在淤泥土层内,现场固结系数较室内试验所得的固结系数变化小,与现场资料反演值很接近;若采用此方法为实际工程提供设计固结系数时,进行修正后效果会更好。
关键词:道路工程;软基;孔压静力触探;固结系数;孔压消散试验中图分类号:U441+18 文献标识码:ADetermination of Consolidation Coefficient for Expre ssway on Soft Groundfrom the Piezocone Penetration Te stC AI G uo Οjun ,T ONGLi Οyuan ,LI U S ong Οyu ,DU G uang Οyin(T ransportation C ollege ,S outheast University ,Jiangsu Nanjing 210096,China )Abstract :Based on the piezocone (CPT U )penetration theory ,several methods for deriving the coefficient of cons olidation from CPT U pore pressure dissipation data were introduced in brief 1The method and procedure to determine the coefficient of cons olidation from CPT U dissipation tests were als o presented in details by taking the exam ple of T orstenss on theory m odel 1The CPT U tests results of s oft ground in Lian Οyan express way were presented and the coefficient of cons olidaion was obtained from the piezocne data 1The results of the coefficient of cons olidation were com pared with labortory oedometer tests data and back Οcalculated values from field settlement data 1C om paris ons of the results indicated that the coefficient of cons olidation determined by CPT U tests was higher than that measured in the labortory cons olidation tests by 10to 100times ,as reported by other researchers 1The coefficient of cons olidation values from CPT U tests were in less variation than those obtained by labortory tests and were in g ood agreement with the back Οcalculated coefficient of cons olidation values in the s oft marine clay 1When the coefficient of cons olidation from CPT U dissipation tests were used directly for design ,it should be corrected by various factors in practice 1K ey words :road engineering ;s oft ground ;piezocone penetration test (CPT U );coefficient of cons olidation ;pore pressure dissipa 2tion test0 引言孔压静力触探(英文简称CPT U )作为一种简捷、快速、方便、可靠的新型原位测试技术,除了能在测试过程中比常规静力触探多量测出土的孔隙水压力外,还能够在预定深度停止贯入后进行孔隙水压力的消散试验,并由此探求软土的固结系数[1]。
基于孔压静力触探_CPTU_测试的连云港海相粘土前期固结压力确定方法研究
图 3 室内试验测试的 σ′p 与净锥尖阻力
(
qt
-
σ v0
)的关系
Fig. 3 Relationship between p reconsolidation p ressure
measured in the oedometer tests and net tip resistance
图 4 表 示 了 CPTU 测 试 的 超 孔 隙 水 压 力
正的锥尖阻力 , qt = qc + u2 ( 1 - a) ; qc为实测的锥尖
阻力 , u2 为锥肩位置 ( u2 位置 ) 量测的孔隙水压力 , a
为探头有效面积比 , a = Aa /Ac; Aa 、Ac 分别为顶柱和
锥底的横截面积 (图 1) 。
Jou rna l of Eng ineering Geology 工程地质学报 2007
σ′ p
=
qt - u Nσe
(3)
式中 , ( qt - u) 为有效锥尖阻力 ; Nσe 为试验参数 。
2. 2 理论方法
Konrad 等 [ 11 ] 采 用 5 个 轻 微 到 中 等 超 固 结 ( OCR ≤4. 5)海相粘土场地 CPTU 试验结果 ,基于 土的弹塑性模型和有效锥尖阻力提出预测前期固结 压力的方法 ,建立了基于 CPTU 试验确定原位前期 固结压力的经验关系 。这个关系仅适用于轻微超固 结粘土 ( O CR < 2 ) , Kabir等 [ 12 ] 、Robertson 等 指 [ 13 ] 出 ,对强超固结粘土此法不适用 。M ayne等 [ 14 ]联合 球形孔穴扩张理论和临界状态土力学的概念 ,基于 有效锥尖阻力提出预测前期固结压力的方程。 Sandven等 [ 15 ]基于承载力理论和有效锥尖阻力也提 出了预测公式 。尽管 3 种方法有一定的理论基础 , 但也不能期望能够给出精确的预测值 。第一 ,三种 方法均对土的本构关系作了简化 ,很难代表土的真 实性状 ;第二 ,参数来自于不同条件下的试验 ,试验 有限 ,因此参数的代表性也有限 ; 最后 , CPTU 本身 的测试精度也限制了计算结果的精确性 。
土体原位测试技术新进展
三
水 压计
斤顶
（ ）自钻 式原位 剪 切旁 压测 试新 技 术 ， 用多 级 加载 方 ３ 利
目 一
式 ，可 同时 系统 地获 取 土 的抗 剪 强度 、变 形模 量 、 静止 土 压 力 和剪 切 反力 系 数 等多 个参 数 ，对 系 统获 取土 体 参 数特 别 有
利 ，值 得大 力推 广 。
—
—
＝
参 考 文献 【 １ 宗泽 等． 原理 【 ． 中 国水利 水 电 出版 社 ，２０ ． 】殷 土工 Ｍ】 ０７
【 ２ 】孟 高 头． 土体 原位 测 试机 理 、方 法及 其 工程 应 用【 ． 北 ＭＩ
京 ：地究和开发 ，特别是多功能探 头的应用和发展 ， 目前原位测试技术的一个重要特点之一。 是
在 国外 已研制 出 旁压 静 力触 探仪 、 微 型旁 压仪 （ ｍ— Ｍｉ Ｐ ｅ ｓ ｒｍ ｅｅ ）等 。徐 光 黎等 针对 国 内的勘 察技 术 ，研制 ｒ ｓｕ ｅ ｔｒ 了 自钻 式 原 位 剪 切 旁 压 仪 （ ｅ — ｏｉ ｇ Ｉ—ｉ ｈ ａ Ｓ ｌ ｂ ｒ ｎ ｓｔ Ｓ ｅ ｒ ｆ ｎ ｕ Ｐ ｅ ｓ ｒｍ ｅｅ ， Ｓ Ｓ ）（ ｉ 。经过 试 验和 分析 对 比发 ｒ ｓｕ ｅ ｔｒ ＢＩＰ 图 ） 现 ，Ｓ Ｉ Ｐ具 有 ： 自钻 式成 孔技 术 ，可极 大 地减 少 土 的扰动 ＢＳ
方 法及 工程应 用ｆ ．武汉 ：中国地质 大 学出版社 ，２０． Ｍ１ ０７
【 ４ ］徐 光黎 ，张晓伦 ，王春 艳． 自 式 原位 剪切 旁压 仪 的开 发 钻 及其 应 用 ［ｌ 岩土 工程 学报 ，２ １ ，３ ，（ ） ５— ５ ． １ １ ０ ０ ２ ６ ：９０ ９５
圆柱形空腔固结解析解及应用
用静力触探参数确定地基土水平地基抗力系数的比例系数m值_以天津地区为例
关键词: 静力触探; 桩基; 水平抗力系数; 比例系数
中图法分类号: U 442. 2; T U 473. 1
文献标识码: A
文章编号: 1672- 5174( 2005) 04- 683-04
静力触探引入我国勘察行业后, 作为 1 种日趋完 善的原位测试技术和勘察手段在生产中的应用越来越 广泛[ 1] 。由于砂土与粘性土的差异, 我国研究者对静 力触探的机理在探头受力分析的基础上, 根据各自的 试验结果进行了探讨[ 2- 4] 。在工程设计中, 由于以往主 要采取地基土的物理力学指标进行设计, 不少研究者 根据各地区的工程资料, 采用统计分析的方法, 获取静 力触探参数与 土的各种工程性 质指标之 间的相 关关 系, 以利于静力触探参数的对比应用[ 5- 8] 。同时研究者 积极进行了静力触探参数的应用研究工作[ 1, 9] 。静力 触探成果在桩基设计中, 研究者对确定桩基竖向承载 力进行了理论和实践工作[ 6, 10-11] , 在相关规范中, 已经 给出利用静力触探参数确定桩基竖向承载力的方法。 而对静力触探参数在进行承受水平荷载的桩基计算的 研究成果在我国文献中还未见报道。本文通过对天津 地区地层静力触探资料与地基土状态之间关系的统计 分析, 总结出地基土的液性指数 IL 与静力触探参数锥 尖阻力 qc 及摩阻比 Rf 间的关系式, 针对天津的地层土 体, 根据5公路桥涵地基与基础设计规范6以及5铁路桥 涵地基和基础设计规范6, 给出利用静力触探资料查用 m 值的表格, 为承受水平荷载作用桩基的设计计算提 供资料。
对于每一个统计回归公式, 均获得回归相关系数
R , 初步以相关系数 R 值做为判定标准: R < 0. 5, 变量 间无直线相关或相关性差; 0. 5 [ R < 0. 8, 变量间显著
利用CPTU对淤泥质黏土工程性质的评价
的不排水抗剪强度。
d. 张诚厚[ 5] 认为初始孔隙水压力分布取决于
I r, 提出确定水平固结系数的方法:
Ch =
Tr
2 0
( 4)
t
200 Ir
式中: t 为孔压消散所需时间; T 为时间因数; 200 为 参考刚度指数。
e. TB 10018 2003 铁路工 程地质原位测试规 程 [ 6] 建议的估算饱和软黏土竖向固结系数的关系
表 2 淤泥质粉质黏土固结系数
CPTU 孔号
1 2 3 4
深度/ m
2 3 5 7
Ch/ ( cm2 s- 1)
23 80 10- 3 22 69 10- 3 34 12 10- 3 19 62 10- 3
C v/ ( cm2 s- 1)
1 06 10- 3 0 64 10- 3 0 91 10- 3 2 07 10- 3
笔者采用河海大学岩土工程研究所引进的美国
Hogentogler 多功能数字式车载 CPTU 系统, 配备了最 新的功能测试探头和数据处理系统, 包括: E4FCS 实 时数据采集计算机系统、CPTU 探头、温度探头、电阻 率探头、地震波探头、视频探头、取水 探头、取土探 头, 可以快速、准确地获取包括土层影像、锥尖阻力、 摩擦力、孔隙水压力、电阻率、污染性状、温度、地震 动力参数等地基土体的相关基本特性。探头锥底面 积为 10 cm2, 沿深度每 1 cm 测试 1 组读数。与传统 静力触探相比, 该 CPTU 主要优点有: 利用孔压测量 的高灵敏度来修正所测参数, 分辨薄土层, 对固结特 性进行评估以及能够求取动力参数等。笔者利用测 得的参数计算原位固结系数和不排水抗剪强度, 对 比室内固结系数和十字板抗剪强度值, 对河滩相淤 泥土工程性质作出评价。
孔压静力触探法研究综述
硕士研究生文献阅读与综述论文题目：现代多功能CPTU的数值模拟学号：2015220524研究生姓名：卫才皇导师姓名:杨令强王君鹏学科、专业：建筑与土木工程所属院、系：土木建筑学院2016年5月14日多功能CPTU研究综述卫才皇摘要：静力触探法是工程中广泛使用的一种原位测试方法。
通过归纳分析国内外相关资料，概述了静力触探仪器设备发展历程，系统归纳了静力触探在锥头贯入阻力理论研究、模型试验、数值模拟、成果应用等方面的研究进展，总结了不同行业、不同地区利用静力触探成果估算土体参数的经验公式；提出由静力触探成果推求土体参数时，应充分考虑区域性土的工程特性；指出在超孔隙水压力理论分析、柱形孔空间问题解析解和以大变形分析理论为基础的数值模拟等方面需要进一步完善。
关键词：静力触探；理论研究；模型试验；数值模拟Research Review on Static Cone Penetration TestWei CaihuangAbstract:Static cone penetration (CPTU) is an situ test,which is widely used in the engineering practice.Based on recent research results,this paper introduced the development course of CPTU and summarized the research progress of the instrument development,theoretical rearch of cone resistance,model test ,numerical simulation,and different areas were summarized.The paper pointed out that it is necessary to fully consider the engineering characteristics of regional soil when using the CPTU results. Moreover,the theoretical analysis of excess pore water pressure,anatlyic solution of cylindrical hole space problem,and numerical simulation for large deformation analysis theory need to be further improved.Key words:cone penetration test;theoretical research;model test;numercial simulation1前言静力触探法是用于划分土层、判别土体液化、确定地基承载力等参数常用的原位测试方法，具有操作简单、费用低、成果准确、周期短、节省人力等优点。
海床式静力触探设备在海上工程勘察中的应用
影 响 ，整个 试 验 过 程都 是 电脑 进 行数 据 采 集 ，因 此 其 再 现性 非 常 好 ，为 了验 证 这 一点 ，本 次 港珠
澳 大 桥 岛 隧 工 程 勘 察 过 程 中利 用 ２ 台不 同 的设 备 （ Ｓ ｅ ａ ｃ ａ ｌ ｆ 和Ｒ ｏ ｓ ｏ ｎ）在５ ｍ间隔范 围 内进行孔 压静 力 触 探试 验 ，对 比曲线见 图３ 。 从 图３ 可 得 ：Ｓ ｅ ａ ｃ ａ ｌ ｆ 和Ｒ ｏ ｓ ｏ ｎ 的试 验结 果 有很 好 的一 致 性 。特 别 在 层 位 变化 的地 方 ，两者 的吻
探 的分 层精 度更 高 。
３）再现 性好 。
海 床 式静 力 触 探 试 验数 据 与 室 内试 验 、标 准贯 入
试 验 、十 字板 剪 切 试 验 ，波 速 测试 试 验 的对 比分
海 床 式 静 力 触 探 试 验 几 乎 不 受 人 为 因素 的
析 ，建立 了针 对 以下 岩 土参 数指 标相 关 的Ｃ Ｐ Ｔ Ｕ解
收 稿 日期 ：２ ０ １ ３ — ０ ５ — ０ ６
一
探 杆
一 探 头
图 ｌ 海 床 式 静 力 触 探 系 统原 理
作者简介 ：梁文成 （ １ ９ ７ ８ 一 ），男，高级 工程 师 ，主要从 事工程勘 察工作。
・
２ ０・
水
运
工
程
２ ０ １ ３年
在 贯 入过 程 中 ，通 过 两 个 大驱 动 轮 ，紧 紧夹 住 探 杆 ，以２ ｃ ｍ／ ｓ 的 恒 定 速度 匀 速 将 探 杆 贯 入 土 中 ， 同时 ，孔 压 探 头 以 １ ｃ ｍ一个 数 据 点 的密 度 记 录贯 入 过 程 中的锥 尖 阻 力 、侧 壁 摩 阻 力 、孔 隙水
孔隙水压力静力触探动态贯入过程的有限元模拟
的贯入问题就是一个典型的空间轴对称问题。因此可 以选择 4 倍的探头直径为半径的圆柱体作为模拟区， 把孔压触探问题概化为空间轴对称问题的物理模型。 采用截面为三角形的圆环作为离散单元，它们与 ()* 平面正交的截面是三节点三角形。模拟计算中共剖分 （图 ,） 。 225 个单元， "** 个节点
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孔隙水压力静力触探作为一种新型的土体勘测技术已被广泛应用， 但是， 其机理的研究尚存在很大的不足。笔者系统分析 了孔压触探的贯入特征， 提出了 “孔隙水压力体积基准值” 的概念， 借此推导出用土体体积变形量计算超孔隙水压力的公式。在此基 寻找超孔隙水压力生成与消散的规律， 对孔压触 础上， 用轴对称有限单元法模拟探头的动态贯入过程， 揭示应力 + 应变的变化特征， 探的机理进行了研究。 孔隙压力静力触探；有限单元法；动态贯入过程；模拟
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似平行于 & 轴 ， 并由探孔向四周逐渐降低， 反映了在 贯入中土体向周围的挤密作用趋缓， 影响范围较小。 环向应力 "# 在贯入孔底部表现为压应力区， 中间 的主体部分为拉应力区。这说明贯入时土体向周围挤 密， 而形成大范围拉应力。 最大剪应力 $(12 等值线图随深度的加深由半球形 转变为椭圆形， 再转变为柱状形。探头附近主应力最
求解固结系数的三种方法
求解软土固结系数的三种方法【摘要】固结系数作为软土地基变形分析和软土地基加固设计的关键参数，它的准确获取具有重要的工程实践意义。
目前对固结系数的求解有多种方法，常用的是室内试验求解，主要使用时间平方根法，时间对数法。
但是这两种方法在图形的读数中存在很大的误差，不同实验者求出不同的结果，而且相对误差较大。
本文中采用了赵春风教授的固结系数的新三点计算法。
可以不使用固结系数求解过程中的变形与时间曲线求得，减少了误差。
【关键词】固结系数；时间对数曲线法；时间平方根法；新三点计算法1.引言固结系数Cv是太沙基(Terzaghi)一维固结理论中的一个重要参数,与固结过程中的超静孔隙水压力(u)的消散速率错误!未找到引用源。
/错误!未找到引用源。
成正比,其大小反映软土固结快慢的程度,即固结系数为反映土层固结特性的参数。
固结系数既是一项重要的土的试验指标,也是软土地基处理设计中的关键参数,特别在软基处理采用排水固结法时,固结系数更是一项必不可少的指标。
固结系数有效、准确的获取对基础沉降的正确预测有着决定性的意义。
因此,有必要对确定固结系数的方法进行系统的研究。
[9]太沙基理论假定土的参数在压缩过程中是均一不变的，其中固结系数C v是一个估计变形速率的重要参数。
C v的表达式为C v= k(1+e0)/wγm v，在固结过程中，渗透系数k和压缩系数m v均呈递减趋势，而计算出来的C v一直被当作常数。
大量的试验结果表明，固结系数C v是随着有效应力水平的变化而变化的，特别在前期固结应力的前后，他们的差别是非常大的。
[10]2.软土固结系数计算方法[9]根据前人的研究结果把确定固结系数的方法分为四大类:第一类是室内固结试验法;第二类是现场试验法;第三类是间接推算法;第四类是反演分析计算法。
室内试验确定固结系数的方法以时间对数法、时间平方根法、Scott法、反弯点法、三点法、Asaoka法、速率法、Rectangular hyperbola法、Parnian法、两点法、标准曲线比拟法、t60法、张仪萍法等为代表。
推广孔压静力触探技术的意义
推广孔压静力触探技术的意义ΞThe significance of piezocone penetration te st孟高头 张德波 刘事莲 张迎春 (中国地质大学工程学院,武汉,430074) (广东省航务工程总公司岩土公司,广州,510230)文 摘 单桥静力触探仅能测一个参数,分辨率低,只在我国应用,不利于国际竞争与交流,建议逐步加以淘汰,而应大力推广国际通用的孔压静力触探技术。
该技术能测多个参数,在划分土类、求取土层固结系数等方面精度高,特别适宜在软土地区推广使用。
关键词 单桥静力触探,双桥静力触探,孔压静力触探中图法分类号 P 642116 文献标识码 A 文章编号 1000-4548(2000)03-0314-05作者简介 孟高头,1944年生,教授,1969年毕业于北京地质学院,现主要从事岩土工程、土体原位测试等方面的科研与教学工作。
Meng Gaotou Zhang Debo Liu Shilian Zhang Yingchun(Engineering College ,China University of Geosciences ,Wuhan ,430074) (Navigation Engineering Ltd.of Guangdong province in China ,Guangzhou ,510230)Abstract Single bridge cone penetration test should be gradually eliminated because it measures only one parameter with low accuracy ,and only used in China ,unsuitable for international competition and interchange ;while piezocone penetration test (CPTU )can measure many useful parame 2ters with high accuracy in determining soil types ,consolidation coefficient ,etc.It is also widely used in the world.So it should be energetically spreaded in China ,especially in soft soil area.K ey words single bridge cone penetration test ,double bridge cone penetration test ,piezocone penetration test (CPTU )1 引 言静力触探作为一种轻便、快速、效率高的原位测试技术,在土体工程勘察和岩土工程监测、检测方面得到了广泛应用。
孔压静力触探试验的应用_张诚厚
(1)
式中 净面积比值 a 等于 0.84 。
d)以微机采集 、存储并绘制实测圆锥阻力 qc 、修正的圆锥阻力 qt 、孔隙压力 u , 侧壁摩阻 力 f s 等值沿深度分布图 , 计算并绘制土分类参数 N h 沿深度分布图 。 在消散试验中 , 可绘出 消散过程线并算出固结系数 。
3 土分类的鉴别
4 .1 固结系数 ch 值的计算方法
利用 CPT U 试验测定固结系数的基本原理是 , 在圆锥停止贯入后 , 由于圆锥贯入而产生 的孔隙压力开始消散 , 由消散速率可求得固结系数 。
为了与理论曲线相比较 , 可将 CP T U 测定的超孔隙压力归一化为超孔隙压力水平 Δ u[ 8] ,
其定义为
Δu
虑到前三张图的最大缺点是没有考虑深度
对参数的影响 , 所以引进与深度有关的参考
压力 σe , 将 qt 及 Δu 进行归一化处理, 使其
成为无量纲数 。参考压力 σe 的定义为
σe =10 h
(2)
式中 h 为试验点深度 , m ;σe 的单位为 kPa 。
对超孔隙压力 Δu , 采用超孔隙压力
系数 Bp 表达 。
30 19 0.11 340 -
将 20 孔 CP T U 试验资料绘于 log (qt/ σe)-BP 图 中 , 其分界线与国外资料是一致的 , 见图 2 。 为判定由土分 类图所得 的土柱状 图的可靠 性 , 在
CP T U 试验孔的近旁进行原状取土及十字板试验 , 典型 成果见图 3[ 6] 。 由图 3 看出 , 所得结果是一致的 , 它表明
重 。 另一种方法是利用在设计荷载作用下的孔隙压力消散过程线推求地基的固结系数 。 虽然
该方法能较好地反映土层的实际状态 , 但只能验证设计参数的正确性 , 而不能为本项工程提供 设计参数 。CPT U 试验在勘探阶段就能测定固结系数 。 因此 , 积累孔压消散试验的经验 , 特别
孔压静力触探试验在成都地区软土地质中的应用
孔压静力触探试验在成都地区软土地质中的应用发布时间：2021-09-27T08:33:10.456Z 来源：《工程建设标准化》2021年13期作者：杨院[导读] 依托成都市某快速化改造工程岩土勘察项目，采用孔压静力触探（CPTU）杨院成都市交通规划勘察设计研究院有限公司四川成都 610094摘要：依托成都市某快速化改造工程岩土勘察项目，采用孔压静力触探（CPTU）设备对场区的土层进行测试，研究软土的不排水抗剪强度以及固结系数。
研究成果表明：软土竖向固结系数与水平固结系数之间既有良好的线性关系；软土的不排水抗剪强度与孔压静力触探锥尖阻力之间具有明显的线性关系。
关键词孔压静力触探；软土；岩土工程勘察；锥尖阻力；侧摩阻力0 引言孔压静力触探试验是通过贯入设备获得孔压静力触探试验所需的锥尖阻力、侧壁摩阻力、超孔隙水压力，并用锥尖助力和侧壁摩阻力计算摩阻比，进而推求土的物理力学性质，进一步地，对土层划分[1]、确定地基承载力、确定基坑工程计算所需的静止侧压力系数[2]、估算围护结构的水平承载力等[3]。
本文依托成都市某快速化改造工程岩土勘察项目，采用孔压静力触探设备对场区的岩土体进行现场测试，研究采用静力触探测试数据计算基坑工程设计中最为常用的力学参数，研究成果可为软土工程力学性质的确定以及工程设计提供较为准确的参数提供参考。
1 工程概况成都市某快速化改造工程路线全长约6.1km，其中公路隧道起点桩号K0+285，终点桩号K2+700，隧道全长2415m。
该隧道采用单箱双室结构，明挖顺作法施工。
隧道由北向南为K0，+285～K0+565敞口段、K0+565～K2+445暗埋段，K2+445～K2+700敞口段。
隧道上部覆土0.527～4.790m，顶板厚0.90～1.60m，隧道高5.454～7.002m，隧道路面0.55m，底板厚0.70～1.70m。
隧道K0+285～K0+565敞口段路面标高4.455～-2.561m，K0+565～K2+445暗埋段路面标高-2.561～-7.870～-2.981m，K2+445～K2+700敞口段路面标高-2.981～4.249m。
6静力触探极限锥头阻力和临界深度的近似理论计算新方法
6静力触探极限锥头阻力和临界深度的近似理论计算新方法6.1引言在揭示静力触探贯入机理方面，主要采用刚塑性理论的纯剪切理论。
而实际上静力触探在一定深度的土层中连续贯入，是高应力水平下探头周围附近土体大应变的塑性破坏与更外围土体小应变的弹性变形共同作用的结果。
对于砂土，塑性区大多是剪胀或塑性流动。
外围弹性区的压缩变形则吸收贯入体积的主体，即所谓的压缩机理的主要特征。
无限土体中孔扩张理论由于其特殊性能够很好的考虑土体的压缩机理已被广泛用于解决静力触探和深基础承载力的有关岩土工程问题中。
早期的孔扩张理论视孔周围塑性区土体为不可压缩的塑性固体，不考虑体变的影响，属于以剪切机理为主的弹塑性混合课题。
20世纪60年代中期，Ladanyi[79]从饱和黏性土的应力-体变关系试验成果中注意到塑性区有体变的现象，主张将其纳入孔扩张理论分析中。
至70年代，Vesic[36]给出考虑塑性区体变的孔扩张理论，但只是将其平均求出，不能分析体变在孔周围的空间分布情况。
Baligh[54]在此基础上考虑曲线型强度包线的影响，由于两者的计算结果均受上覆压力的影响，是属于兼顾剪切和压缩机理的混合理论。
目前，理论分析还不能解释静力触探锥头阻力的临界深度现象。
破坏包络线的弯曲性只能使锥头阻力的增加速度逐渐减慢，而不能解释在某深度处锥头阻力会发生质的变化。
孔扩张理论已经较成功地用于饱和黏性土中静力触探贯入阻力或桩端承载力的估算，然而在粒状土中的应用却受到许多因素的影响。
如有关深度影响问题就不能用统一的力学机理来概括，其剪切、压缩、冲剪三大机理有各自的适用条件和计算方法[142]。
另一方面，孔扩张理论既考虑了贯入过程中土的弹性变形，又考虑了塑性变形，并且它至少可以近似考虑贯入过程对初始应力状态的影响和锥头周围应力主轴的旋转将土体性质与锥头阻力计算紧密联系，可以体现土的体积压缩，剪切相对位移等非线性特征，能更好地合理反映被测试土体的实际状态。
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塑性 指数 Ip
压缩系数 av1 - 2/ MPa - 1
(27) (29)
32. 20 4. 53
17. 30 1. 84
24. 70 3. 09
3. 70 0. 90
0. 15 0. 89
压缩模量 Es1 - 2/ MPa (29) 1. 63 0. 66 0. 94 0. 22 0. 25
固结系数 Cv/ (10 - 3 cm2·s - 1) (32) 2. 78 0. 42 0. 70 0. 42 0. 60
(2) 京珠高速公路广珠段. 该场地包括灵山、横沥 试验段等 ,范围为 K23 km + 670 m～K42 km + 550 m.
灵山试验段位于番禺市灵山镇庙南村 ,试验段 全长 353. 43 m ,地基处理方法主要为砂井堆载预压 固结排水法 ,其中袋装砂井作竖向排水体. 为进行对
2. 1 孔压消散的基本理论 当孔压静探头贯入土层时 ,其周围土层中的应
压) 消散过程线反算求得 ,该法可以较好地反映实际 消散时间 ,并按一定的时间间隔记录各个时刻的超
情况 ,但是只能用来验证设计参数的正确与否. 一种 孔压消散值.
近 20 年才发展起来的新的土体原位测试技术 ———
孔压静力触探 (以下简称孔压静探) 试验的应用 ,为
快速有效地在原位测定土层固结系数提供了可能.
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
第 1 期
孟高头等 :用孔压静力触探求固结系数的研究
95
表 2 K28 km + 765 m 断面土层的物理力学性质
述原位测试技术因其测试深度浅等局限性 ,极少采 15 min ,从而保证了孔压传递系统的饱和性.
用. 固结系数亦可以利用在施工期 、预压期和营运期
试验时 ,探头以 2 cm/ s 的速率被贯入土体中 ,
荷载作用下的沉降过程线 、孔隙水压力 (以下简称孔 至预定深度停止贯入 ,以停止瞬间作为超孔压初始
收稿日期 : 2000 - 05 - 11 基金项目 : 广东省科委研究资助项目“孔压静力触探在珠江三 角洲地区应用研究”(粤交科函 (1998) 40 号) .
图 1 孔压探头结构示意 Fig. 1 Sketch of piezo2cone
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Table 2 Statistical geotechnical properties of soils in K28 km + 765 m section
土名
层厚/ m
ω/ %
耕植土
0. 8
淤泥
1. 8 41. 2
淤泥质粉质粘土2. 0
砂土
0. 4
淤泥质粘土 13. 6 45. 7
淤泥质粉质粘土5. 2 40. 3
在珠江三角洲等软土地区修建高路堤的高等级 1 现场试验概况
公路 、高层建筑等大型工程时 ,对地基土的时间 - 沉
降性状的可靠估计需要对固结系数作出正确评定 , 1. 1 试验设备和方法简介
特别是用预压排水固结法处理深厚软弱土地基时更
本次孔压静探试验的主要设备为触探主机 、孔
是这样. 因为地基土固结系数的正确测试与选择对 地基处理设计 、施工的经济性和实用性具有关键意 义. 长期以来 ,固结系数通常由室内试验测定 ,有时 也采用原位测试来获得 ,如螺旋板载荷试验 、扁铲侧 胀仪试验. 在众多工程实践中 ,室内试验是最普遍的
凝聚力 摩擦角 C/ kPa Ф/ (°)
(28)
(28)
17. 90
8. 00
3. 10
0. 00
10. 50
3. 70
4. 20
2. 30
0. 40
0. 62
注 :室内试验固结系数对应的荷重为 200 kPa ,下同.
比研究 ,作了如下工作 :钻探取样 (2 孔) 、孔压静力
触探 (4 孔) 、十字板剪切试验 (2 孔) 及原位监测. 据
为求取土层的固结系数 ,可先将所得孔压消散 曲线归一化 ,得到归一化超孔压消散曲线 (图 3) ,从 图中可直接读取 t50 ,按式 (2) 即可计算出固结系数. 具体计算步骤可参见文献[ 2 ] . 2. 3 孔压消散过程曲线
表 3 时间因数的确定
Table 3 Time factor
刚性指数 Ir
10
50
100
200
破坏 孔压 系数
Af
1/ 3 1. 145 2/ 3 1. 593 1 2. 095 4/ 3 2. 622
T50 2. 487 3. 346 4. 504 5. 931
3. 524 4. 761 6. 447 8. 629
5. 025 6. 838 9. 292 12. 79
注 : Ir. 土的刚度指标 ; Af. 土破坏时的孔隙水压力系数.
其过程可视为周围土体的固结 ,按 Terzaghi 固结理
论 ,孔压消散的轴对称固结方程为 :
Ch
52 u 5 r2
+
1 r
·55
u r
=
5 5
u t
.
(1)
式中 : u 为孔隙水压力 , Ch 为水平向固结系数 , r 为
压探头 、量测仪表和饱和装置. 所采用孔压探头的锥 底面积为 10 cm2 ,锥角为 60°,透水滤器位于圆柱面 上紧靠锥底处 ,如图 1 所示. 该型探头为国内浙江南 光地质仪器厂生产. 量测仪表为静态电阻应变仪.
孔压量测系统的饱和是获得可靠数据的关键步
方法 ,但由于软土样易扰动等原因 ,它所得固结系数 骤. 如果饱和不完全 、系统夹气 ,则会影响孔压的最
同灵山试验段. 钻探取样 (3 孔) 及大量的孔压静力
触探 、十字板剪切试验的结果表明 ,该场地地质条件
较为复杂 ,存在大量薄砂夹层 ,淤泥中含较多粉细砂
图 2 台山二标 C 断面原位测试试验曲线 Fig. 2 In2situ test curves in section C
a. 孔压静探曲线 ;b. 十字板剪切试验曲线 ; U. 超孔隙水压力 ; qt. 锥尖阻力 ; Cu. 土的不排水剪切强度.
任一点距探头中心的水平距离 , t 为消散时间.
上述的固结微分方程 ,在满足超孔压的初始条
件以及边界条件下 ,可以求解 ,即得到式 Ch = Tr20/ t ,这就是由孔压静探超孔压消散曲线估算出的某一
式中 : t50是对应于固结度为 50 %的消散时间 ,可从 实测曲线中求得 ; r0 为探头半径 , 在本文中 , r0 = 1. 784 cm ; T50为对应于固结度为 50 %的时间因数 , T50按表 3 确定. 2. 2 固结系数的计算
(中国地质大学工程学院 ,武汉 430074)
摘要 : 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. 关键词 : 孔压静力触探 ;室内试验 ;固结系数. 中图分类号 : P642. 25 文献标识码 : A 文章编号 : 1000 - 2383 (2001) 01 - 0093 - 06 作者简介 : 孟高头 ,男 ,教授 ,1944 年生 ,1969 年毕业于北京地质学院水文地质与工程地质专 业 ,现主要从事岩土工程 、岩土体测试等方面的教学与研究.
与实际存在较大偏差 ,当地基中有较多薄砂层或软 大值和消散历时 ,给参数计算带来较大的误差. 我们
弱夹层时 ,误差可能更大 ,且必须经过钻探 、取样 、室 采用真空抽气法 ,饱和装置为专用的轻便式真空容
内试验这一复杂的过程 ,费时费力 ,也不经济. 而上 器 ,饱和液体采用凉开水 ,整个抽气持续时间超过
钻探及原位测试结果 ,可将本场地地层自上而下依
次划分为 : ①耕植土. 厚 0. 7～1. 2 m ; ②淤泥. 厚 8. 4
～16. 0 m ; ③淤泥质粘土夹少量中细砂. 厚 3. 4～
6. 4 m ; ④淤泥质粘土.
横沥试验段地处番禺市横沥镇新兴村 ,起讫桩
号为 K28 km + 765 m～K29 km + 70 m. 地基处理方法
94
地球科学 ———中国地质大学学报
第 26 卷
表 1 台山二标试验段淤泥的物理力学性质指标统计
Table 1 Statistical geotechnical properties of silts in Taishan testing section
项目
(统计数) 最大值 最小值 平均值 均方差 变异系数
起讫号为 : K22 km + 90 m～ K22 km + 390 m ,全长约 300 m. 勘察资料显示 ,该段地层由上至下大致可分
2 试验机理及结果
为 : ①耕植土. 褐黑色 ,夹有植物根系 ,厚度约为 1. 0 ～2. 0 m ; ②淤泥层. 其性质极差 ,含水量高 ,压缩性 大 ,强度低 ,厚度由东向西逐渐变薄 ,厚度约为 15～ 20 m ; ③砂土层. 该试验段淤泥的物理力学性质指标 见表 1 ,其 C 断面的原位测试试验曲线见图 2.
含水量 ω/ % (29) 102. 70 66. 40 84. 30 11. 50 0. 14