基于CPTU的中国实用土分类方法研究

国际上已有比较成熟的基于原位孔压静力触探测试（CPTU）的土分类方法,这些方法多以美国统一土质分类标准（USCS）为依据,其土类与中国土的工程分类标准不对应。因此,建立基于CPTU原位测试参数、符合中国标准的土工程分类方法具有重要工程意义。通过选择江苏典型地质成因的试验场地,进行了95孔CPTU测试和相应的钻孔取样与室内土工试验,其CPTU孔和相应钻孔之间距离小于5 m,对采用室内土工试验依据中国国家标准《岩土工程勘察规范》得到的土分类和CPTU测试参数进行了系统对比分析。选择国外7种常用的CPTU土分类图进行应用比较,发现Robertson的土类指数法分类图能提供最好的分类结果,据此建立了中国基于CPTU土类指数法的实用土分类方法,已有测试资料应用表明该分类图的准确率达到95%以上,可用作为中国工程场地采用原位CPTU测试进行土工程分类的方法。     

基于位错理论的饱和土渗流特性CPTU评价研究

孔压静力触探（CPTU）测试数据通常用于土层划分和岩土工程设计参数评价。国际上CPTU测试技术的最新进展之一在于采用测得的锥尖阻力、侧壁摩阻力和孔隙水压力快速、连续地获得饱和土的渗透系数,以避免孔压消散试验费时的缺点。首先简要回顾了基于CPTU测试资料确定饱和土渗透系数的的研究成果,并进行了分析与改进,提出了基于位错理论和圆柱面径向流模型的水平向渗透系数预测新方法。选取典型场地进行了CPTU测试,并在黏性土场地采用薄壁取土器获得无扰动的原状试样,进行室内水平向渗透试验,在无黏性土场地进行现场钻孔抽水试验。以室内渗透试验和现场抽水试验的结果为参考,对3种基于CPTU连续评价饱和土渗透系数的方法进行了对比分析。研究表明,位错理论适用于评价饱和土的原位渗透系数,然而准确性与所采用的渗流模型有关。对国际标准CPTU探头,孔压过滤环位于锥肩（u₂）位置时,采用圆柱面的径向流模型能够获得最为准确的水平向渗透系数预测结果,采用球面流或半球面流模型时趋于低估土层的渗透性。     

基于CPTU测试的砂质与粉质土液化概率模型与评价方法研究

无黏性土的液化与孔隙水压力密切相关,能直接测试孔隙水压力的孔压静力触探(CPTU)原位测试技术在土体液化势评价方面具有独特的优势。采用严格的数学方法推导了基于CPTU测试技术的液化概率评价模型。新的概率模型以映射函数的形式表示,该映射函数将液化概率P_L与基于CPTU的确定性模型中得到的安全系数F_s相关联,其中CPTU确定性模型是通过核极限学习机算法和稳健搜索技术建立的。该新的概率性模型考虑了模型固有的不确定性和参数的不确定性,同时对该概率模型进行对比分析。结果表明：当安全系数F_S为1时,液化发生的概率P_L为15.2%。该新模型的明显优势在于它直接使用CPTU数据,更符合液化行为现象,同时适用于砂质土和粉质土。该新模型无需钻孔取样室内试验,即可进行完整的液化评估或初步筛选。最后用中国唐山地震液化案例说明所提新概率模型考虑模型和参数不确定性的应用。     

基于现代原位测试CPTU的土体液化势统一评价方法

静力触探(CPT)测试是国际上常用的砂质土液化判别技术,但无法反映孔隙水压力(孔压)对液化行为的影响.能够测试孔压的现代原位测试技术孔压静力触探(CPTU)对砂质土、粉质土具有更高的辨识度和灵敏度,因此在砂质土、粉质土液化评价方面具有独特的优势.通过编译的CPTU液化案例数据库,在简化应力框架下,通过粒子群优化核极限学...     

基于CPTU测试的桩基承载力预测新方法

首先回顾了基于静力触探试验(CPT)和孔压静力触探试验(CPTU)预测桩基承载力的方法。根据连盐高速和宁常高速公路工程中的PTC、CFG和PHC桩的CPTU试验资料,提出了基于CPTU预测桩基承载力的折线法。以静载荷和高应变试验得到的桩基承载力作为参考值,评估了各种预测桩基承载力方法的有效性。结果表明,折线法比其余三种方法在预测桩基承载力方面具有更高的可靠性,具有简单、快速、多参数的优点,并且不依赖于操作者主观性的影响,值得在桩基工程中推广应用。     

基于CPTU土分类的振杆密实法适用范围与评估方法研究

传统基于Fellenius-Eslami研究的适合振动密实的土类评估方法仅认为砂和砂砾土是可密实的,然而在国内过去十余年的工程实践表明该评估方法过于保守。该文通过介绍十字形振杆密实法处理可液化粉土地基、复杂的滨海相可液化地基等施工案例,论证了振动密实技术处理粉土地基的良好效果。在此基础上,提出了基于孔压静力触探测试(CPTU)的中国国标土分类的振动密实土类评估方法,认为归一化CPTU数据处于“中砂”、“细砂”、“粉砂”和“粉土”区域内的地基土是可以采用振杆密实法进行加固处理的。该判别方法适合当前国内振杆密实法的应用实践,同时又进一步扩大了振杆密实法在地基加固处理方面的优势。     

基于CPTU试验成果在土体定名中的研究

根据孔压静力触探所获得的连续读数,分别绘制摩阻比和修正后的端阻力(Fr—qt)、标准化的摩阻比和标准化的锥尖阻力(RF—Qt)以及侧摩阻力和有效端阻力(fs—qE)的三幅关系图,并结合图确定各层土体的类型;与钻孔取样后的室内试验结果进行对比,得出了一些有参考价值的结论。     

基于CPTU确定软黏土超固结比的理论改进方法

 利用孔压静力触探(piezocone penetration test,CPTU)试验结果确定超固结比(over consolidation ration,OCR)不仅能避免传统室内试验方法中土样扰动的问题,还能得到地层剖面上连续的OCR值。将静力触探锥头的挤土模式看作是球形孔的扩张,锥面上的正应力和剪应力分别假定为极限扩孔压力和锥–土接触摩擦力;基于修正剑桥模型中圆孔扩张的近似闭合解,提出了利用CPTU测试结果确定OCR的理论改进方法。分别选取轻超固结和重超固结场地的CPTU试验结果,对提出方法的可靠性进行验证。结果表明,在综合考虑锥面粗糙度以及贯入速率等因素的影响后,预测得到的OCR值较已有理论方法更接近实测结果。最后在连云港海相黏土中对该理论改进方法进行应用,计算表明该土层处于欠固结～轻超固结状态。     

基于电阻率CPTU的饱和砂土液化势评价研究

饱和砂土的液化是地基基础震害的主要原因之一,对饱和砂土的液化势进行有效的评估是非常重要的。由于获得无扰动试样的困难和成本限制,原位测试方法通常用于砂土液化势的评价。目前出现了许多基于静力触探的液化评估方法,然而还没有出现哪一种方法最可靠的结论,高风险项目中通常采用多种方法进行综合评估,而新的液化评估方法的研究是非常有意义的。以宿迁—新沂高速公路建设为工程背景,采用电阻率孔压静力触探（RCPTU）对饱和粉质砂土进行了土层电阻率测试。首先,分析了归一化锥尖阻力与电阻率的关系,对建立电阻率液化评估方法具有指导意义。其次,以Robertson修正方法给出的周期阻力比为参考值,研究了联合电阻率和土类指数的周期阻力比计算方法,并研究了薄黏土层和过渡层对本文所提出电阻率方法的影响。结果表明,采用电阻率和土类指数能够对饱和砂土的液化势进行有效评估,然而应用于薄黏土层和过渡层时会低估土的周期阻力比。     

基于CPTU测试的先期固结压力确定方法试验研究

先期固结压力是土的重要力学特性参数,对变形计算和强度分析有较大影响。目前,先期固结压力的确定主要依赖于室内固结试验,但土样的采取会出现扰动,难以代表土层的真正实际状况,且室内固结试验耗时,效率较低。本文在总结国际上基于孔压静力触探(CPTU)测试确定应力历史的研究成果基础上,以高质量“未扰动”土样的固结试验得到的先期固结压力作为参考值,根据三个场地的CPTU试验,对不同预测方法进行了比较。结论表明:采用净锥尖阻力可较可靠地确定土的先期固结压力。     

基于CPTU测试的桩基承载力可靠性分析

通过连盐高速（连云港-盐城）和宁常（南京-常州）高速公路PTC、CFG和PHC桩基场地进行的CPTU试验资料,提出了一个预测桩基承载力的CPTU新方法。桩单位侧阻力由CPTU超孔压和侧壁摩阻力得出,而桩单位端阻力则由有效锥尖阻力获得。以静载荷和高应变试验得到的桩基承载力作为参考值评估了各种方法预测桩基承载力的有效性。基于可靠度理论,分别分析了承载力极限状态、正常使用极限状态与联合承载力极限状态和正常使用极限状态的可靠度指数。针对几种CPTU桩基预测方法,分别进行了可靠性分析。结果表明：提出的CPTU方法比其余3个方法具有更高的可靠度。CPTU方法具有简单、快速、多参数的优点,并且不依赖于操作者主观性的影响,在桩基工程中值得推广应用。     

基于CPTU测试太湖软土地层单桩水平承载实用分析及案例研究

太湖软土地层广泛分布有较厚的淤泥质粉质黏土层,该淤泥质软弱夹层含水率高、压缩性大,呈流塑态,工程性质极差。以毗邻太湖苏州文博中心桩基建设项目为依托,基于现场试桩试验和CPTU测试p–y曲线法,研究了太湖软土地层超长灌注桩的水平承载特性,明确了淤泥质软弱夹层厚度对单桩水平承载性状的影响规律。案例分析表明:基于CPTU测试单桩水平承载数值计算结果与试桩试验结果吻合较好,桩基承载性状匹配一致;受淤泥质软弱夹层的影响,太湖软土地层水平受荷桩荷载传递深度较深,桩顶水平荷载的影响深度超过20 m;淤泥质软弱夹层的厚度既改变了桩身截面最大弯矩值又影响了截面最大弯矩及弯矩零点的发生位置;在软弱夹层普遍分布厚度0.5~6.0 m范围内,随夹层厚度的增加,软弱夹层变化带来的桩顶水平变位及桩身弯矩递增效应逐渐降低。以上研究成果可为软土地层桩基水平承载设计实践提供技术支撑。     

基于孔压静力触探试验的土类指数共振法加固液化地基效果评价

采用自行研制的十字形振动杆结合共振理论,对液化地基进行了加固处理。基于孔压静力触探(CPTU)试验对共振前后的地基进行测试和分析,指出传统振动密实法适用性评价标准低估了共振法的可加固土类范围。土类指数Ic可用于反映加固处理前后土层状态的改变,进而提出基于土类指数Ic的共振法适用性评价标准。根据标准贯入试验SPT钻孔取样的室内试验结果,建立土类指数Ic与黏粒含量之间的关系式,提出适合于共振法加固的土层中黏粒含量的界限值。分析不同共振方案的抗液化地基处理效果,进一步验证所提出基于土类指数评价标准的可靠性。结果表明,土类指数Ic＜2.40或黏粒含量不高于15%时土层可适合于共振法加固处理。加固方案不同,抗液化处理效果存在差异,3桩中心处理效果最好,其次为2点中心和常规点位。共振法扩展了传统振动密实法的应用局限性,可在液化地基处理领域中推广应用。     

基于CPTU测试p-y曲线法及其在桩基水平承载中的应用

 孔压静力触探(piezocone penetration test,CPTU)原位测试提供的是最直接、最原始的土性参数,可以精细化反映土层信息随深度的非线性变化。采用原位测试CPTU锥尖贯入参数对桩基水平承载力进行评价,建立锥尖参数与p-y曲线参数的综合对应关系,提出基于CPTU原位测试的单桩p-y曲线计算及水平承载力确定方法。依托典型场地(靖江长江漫滩,宿迁废黄河泛滥区,苏州昆山太湖流域)水平试桩资料,对比验证了CPTU法p-y曲线模型的准确性及其在桩基水平承载预测中的可行性。结论表明：CPTU测试p-y曲线法能准确反映水平受荷桩的土抗力发挥特点,是一种高效、快速的桩基水平承载力确定方法。     

基于CPTU测试的K_0固结黏土中静压桩时变承载力研究

基于空间滑动面(SMP)准则改进的K_0固结各向异性修正剑桥模型,考虑K_0固结饱和黏土初始应力各向异性、应力历史及应力诱发各向异性对土体三维力学特性的影响,推导了静压沉桩柱孔扩张问题的弹塑性解析解。在此基础上,根据桩侧土体应力状态与单剪试验中试样应力状态的相似性,结合桩周土轴对称固结理论提出采用孔压静力触探仪(CPTU)锥尖阻力、锥肩孔隙水压力及相应孔压消散数据预测静压桩时变承载力的理论方法。通过离心机模型试验实测结果和理论预测值的对比,验证了理论方法的有效性,研究了静压桩承载力随时间的变化规律。研究结果表明,本文理论预测方法避免了土体基本参数测定等繁琐过程,且可以较为合理地预测静压桩时变承载力;静压桩沉桩结束后其承载力在短时间内迅速增加,之后承载力增加幅度变缓且逐渐趋于稳定值;静压桩桩径越大,沉桩结束后承载力增加的速度越慢,承载力达到稳定值的时间越长。     

基于随机场理论的江苏海相黏土空间变异性评价研究

土体空间变异性分析是进行岩土工程可靠度设计的理论基础。采用随机场理论,提出了典型江苏海相黏土的随机场特征及参数,对基于孔压静力触探(CPTU)测试数据的空间变异性进行了系统分析。由于竖直方向上CPTU锥尖阻力数据的样本容量较高,通过对锥尖阻力进行一次多项式去趋势来获得平稳的波动分量,并利用常用的5种自相关模型拟合波动分量的自相关系数。采用修正的Bartlett统计公式来检验波动分量的平稳性,选取最优的竖直波动范围。竖直变异系数由波动分量和去趋势函数来确定。鉴于水平方向上的CPTU锥尖阻力数据的样本容量较小,采用平均零跨距法估计水平波动范围,水平变异系数由总体变异系数来表示。结果表明,竖直向和水平向上江苏海相黏土较报道值显示出更强的空间变异性。