砂质沉积物强度动力贯入室内试验研究.pdf

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1、第48卷第1期2018年1月中国海洋大学学报PERIODICALOFOCEANUNIⅦRSITY0FCHINA48(1)：097～103Jan．，2018研究简报砂质沉积物强度动力贯入室内试验研究。张民生1’2，朱超祁1，王振豪1，王秀海1’2，崔凯1(1．中国海洋大学环境科学与工程学院山东省海洋环境地质工程重点实验室，山东青岛2661002．国家海洋实验室海洋地质过程与环境功能实验室，山东青岛266061)摘要；自由下落式CPT测试技术(FF-CPT)是新兴的海上沉积物强度钡4试方法。本文构建了海上FF-CPT原型样

2、机，并以海洋干砂质沉积物为研究对象，分析了FF-CPT的贯人特征、速度相关性及其影响因素。结果表明，装置触底速度与最终贯入沉积物的深度受装置释放高度影响，释放高度越大，则触底速度与贯入沉积物深度越大。贯人过程的阻力分布规律是影响速度变化的主要因素。FF-CPT初始贯人阶段，沉积物贯入阻力随深度线性增加，但增幅不明显，这导致贯人速度变化不大，几乎可视作匀速，该段行程超过总贯入深度的2／3。后段行程贯人阻力骤增，导致贯人速度迅速降低至0。对于干砂质沉积物，FF-CPT贯人阻力与贯人速度不存在正相关关系。FF-CPT贯人阻力

3、的速度相关性与装置质量、沉积物密实度关系不大。关键词；自由下落式CPT(FF-CPT)；沉积物强度；速度相关性；动力贯人阻力中图法分类号：X141文献标志码：A文章编号：1672—5174(2018)01—097—07DOI：i0．16441／1．cnki．hdxb．20170045引用格式：张民生，朱超祁，王振豪，等．砂质沉积物强度动力贯人室内试验研究EJ]．中国海洋大学学报(自然科学版)，2018，48(1)：97—103．ZHANGMin-Sheng，ZHUChao-Qi，WANGZhen-Hao，eta1．In

4、-labexperimentalresearchonstrengthofsandysediments—determinedwithfree-fallCPTlJ1．PeriodicalofOceanUniversityofChina，2018，48(1)：97—103．静力触探(ConePenetrationTesting，CPT)是获得土体物理力学性质的最为理想原位测试方法之一，在确定地基承载力、不排水抗剪强度等方面得到广泛应用L1]。近年来，在陆地CPT技术基础之上，国内外相继研发了海上CPT测试装备，并得到应用E2

5、3【。由于海上CPT对测试装备、搭载船只、海况等要求较高以及设备与测试费用昂贵等，使得海上CPT技术无法得到普遍应用。自由下落式CPT测试技术(FreeFall—CPT，FFCPT)使海洋CPT技术逐步得到重视。FF-CPT工作原理是装置在距离海床一定高度自由下落下落过程获取的初速度及其自身重力将测试探杆贯人到沉积物中利用贯入过程中加速度、锥尖阻力、侧摩阻力及孔隙水压力等随深度变化特征，获取海底浅层沉积物强度参数L4J。针对海上F卜CPT测试装置研制，国外学者研制了不同重量、形状及尺寸的FF-CPT装置。如将贯入锥头设

6、计成椭圆形E5

7、、锥尖形E67

8、、切线卵形E8

9、。海上FF-CPT贯入探杆长度不一，目前最长为4In，有些质量较轻的贯入装置则省略探杆，将控制舱与锥头直接相连，为保持足够的贯入力，有的贯人仪还配有部分配重。贯人仪的重量由数千克到数百千克不等，工作水深由15～4500m不等[5’7]。作为新兴海上原位测试技术，FF-CPT相对于CPT，装置更加轻巧，操作方法也较简单，有广阔的应用前景。FF-CPT与传统CPT相比，主要存在贯入速率的差异。为此，学术界对F卜CPT所测强度的速率相关性进行了初步研究。目前已有学者研究了FF-

10、CPT贯人阻力与贯入速率的关系，即速率相关性；并研究了装备质量、锥尖直径、形状等与速率相关性的关系[912]。Jos6等E11]利用曲线拟合实验数据，基于离心机试验分析了贯人速率对锥尖阻力的影响，得出贯入速率对排水与不排水阻力之比的影响较小。Chow等[12]通过动力贯入室内试验得出粘土存在速率相关性，并进一步得出随着贯入速率增加，速率效应显著增加，直到5m／s的*基金项目：国家自然科学基金项目(41502265)；国家自然科学基金委员会一山东省人民政府海洋科学研究中心联合资助项目(U1606401)；青岛海洋科学与技

11、术国家实验室鳌山科技创新计划项目(2015ASKJ03)；泰山学者工程专项(tspd20161007)资助SupportedbyNationalNaturalScienceFoundationofChina(41502265)；NSFC-ShandongJointFundforMarineScienceResearchCenter