SBPT测定饱和黏土不排水强度的数值分析

第31卷第7期 岩 土 力 学 V ol.31 No.7 2010年7月 Rock and Soil Mechanics Jul. 2010

收稿日期：2009-04-24

基金项目：国家自然科学基金资助项目（No. 50639010）；东北电力大学博士科研启动基金项目（No. BSJXM-200917）；河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室开放基金（No. GH200803）。

第一作者简介：郝冬雪，女，1981年生，博士，主要从事孔扩张理论及原位测试机理研究。E-mail: haodongxue@

SBPT 测定饱和黏土不排水强度的数值分析

郝冬雪1, 2，陈 榕2，栾茂田2，武科3, 4

（1.东北电力大学 建筑工程学院，吉林 吉林 132012；2.大连理工大学 海岸和近海工程国家重点试验室，辽宁 大连 116085；

3.山东大学 岩土与结构工程研究中心，济南 250061；

4.河海大学 重点试验室，南京 210098）

摘 要：自钻式旁压试验（SBPT ）因其扰动小、测试深度大、可以获得应力-应变、超孔隙水压力-时间等数据，在确定地基土性参数和地基承载力上有广阔的应用前景。然而由于用以解释SBPT 的柱孔扩张理论（Gibson 解）所采用的平面应变假设与实际旁压腔几何特征存在差异，导致试验所确定的黏土不排水剪切强度s u 与其他原位试验或室内试验结果存在差别。针对旁压腔几何尺寸及应变区间的选择对确定s u 的影响，基于修正剑桥模型，采用低渗透系数控制加载过程中不排水条件，利用有限元法模拟SBPT ，建议了不同应力历史下确定s u 的应变区间，并给出考虑几何尺寸影响时相应应变区间上s u 的修正系数。 关 键 词：孔扩张理论；自钻式旁压试验；不排水剪切强度；修正剑桥模型；应变区间 中图分类号：TU 431 文献标识码：A

Numerical analysis of SBPT for estimation of undrained shear strength

HAO Dong-xue 1, 2, CHEN Rong 2, LUAN Mao-tian 2, WU Ke 3, 4

(1. School of Architecture Engineering, Northeast Dianli University, Jilin, Jilin 132012, China; 2. State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering, Dalian University of Technology, Dalian, Liaoning 116085, China; 3. Research Center of Geotechnical and Structural Engineering; Shandong University,

Jinan 250061, China;4. State Key Laboratory of Geomechanics and Embankment Engineering, Hohai University, Nanjing, 210098, China)

Abstract: The self-boring pressuremeter(SBP) has proved to be a useful tool for geotechnical engineering to determine the in situ properties of soils due to its small disturbance, long measurement depth, versatile data such as stress-stain, excess pore pressure-time. The conventional interpretation methods of the SBP testing (Gibson et al, 1961) have typically been based on the one-dimensional expansion of a cylindrical cavity by assuming that the pressuremeter can be treated as infinitely long, leading to an overestimation of soil shear strength by pressuremeter testing. The study of two-dimensional geometry effects and choices of strain range in pressuremeter curves on undrained shear strength based on modified Cam clay model is performed. Strain ranges for different stress histories have been proposed by comparing the results of finite element method with the solutions of cylindrical cavity expansion. And corrections of undrained strength in proposed strain range for the effect of length diameter ratio of SBP are carried out. Key words: cavity expansion; self-boring pressuremeter; undrained shear strength; modified Cam clay model; strain range

1 引 言

自钻式旁压试验（SBPT ）因其扰动小、测试深度大、可以获得应力-应变、超孔隙水压力-时间等试验数据，在确定地基土性参数和地基承载力上有广阔的应用前景。大多数旁压试验的机理分析都基于柱孔扩张理论，假设旁压腔无限长，满足平面应变条件，而实际上，旁压仪长度有限，探头附近的土体变形并不符合平面应变变形条件。许多研究[1

－2]

认为，利用Gibson 和Anderson 解[3]确定不排水剪切强度时，几何尺寸的假设是造成自钻式旁压试验所确定的不排水剪切强度与高质量室内试验结果或其他原位试验结果存在差异的主要原因。Houlsby 等[4]基于Tresca 理想弹塑性模型，利用有限元法分析了旁压腔长径比/L D 的影响，给出不同/L D 和不同刚度指标r u (/)I G s 下的G 和u s 的修正系数图。但根据Houlsby 法，以修正的G 和u s 作为输入参数重新进行计算，得到的旁压曲线与理论曲线不重合，即Houlsby 的修正系数不十分准确。因此，

Shuttle 等[5]用IFM 法（iterative forward modelling ），