CPTU貫入機(jī)理的研究.pdf

1、高效準(zhǔn)確地確定巖土參數(shù)，是可靠地計(jì)算沉降與承載力，縮短工程周期、降低工程造價(jià)保證工程質(zhì)量，提高社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵一環(huán)。原位測(cè)試技術(shù)不需要像室內(nèi)試驗(yàn)與鉆孔取樣那樣擾動(dòng)原試樣，而孔壓靜力觸探(CPTU)在原位測(cè)試中效果最佳，應(yīng)用范圍最廣，可以有效定出土名，量測(cè)土體剖面，獲取巖土工程參數(shù)，確定地基土類型，判斷地震作用下土體液化情況，對(duì)樁基與淺基礎(chǔ)承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)，計(jì)算地基沉降等等。
　　本文首先介紹CPTU在國(guó)內(nèi)外的研究進(jìn)展與與現(xiàn)狀，總

2、結(jié)其在工程實(shí)踐中的應(yīng)用情況。同時(shí)，簡(jiǎn)要介紹一定的巖土力學(xué)知識(shí)，以為深入探討CPTU貫入過(guò)程的理論分析作必要的鋪墊和補(bǔ)充。根據(jù)CPTU的貫入特點(diǎn)，結(jié)合有限元計(jì)算理論，引出CPTU貫入過(guò)程的有限元理論。充分運(yùn)用ABAQUS在強(qiáng)大的非線性處理能力以及在其特有的ALE(任意拉格朗日-歐拉法)網(wǎng)格劃法，對(duì)CPTU貫入過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬。一方面，孔壓靜力觸探(CPTU)技術(shù)不同于室內(nèi)簡(jiǎn)單條件的試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)條件的復(fù)雜性，較多的影響因素，運(yùn)用數(shù)值模擬可以孤

3、立和抽取CPTU貫入過(guò)程中的某些因素，便于分析其對(duì)貫入過(guò)程的影響大小。另一方面，CPTU主要采取反饋分析間接求參數(shù)，一般不是由測(cè)試結(jié)果直接寫入?yún)?shù)。這種統(tǒng)計(jì)得到的經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)公式，反應(yīng)的是一種相關(guān)關(guān)系，更多的是一種定性分析，因此，不利于CPTU貫入機(jī)理分析，而CPTU數(shù)值模擬可以克服這一缺點(diǎn)。
　　CPTU測(cè)試?yán)碚撝袩o(wú)論是承載力理論還是孔穴擴(kuò)張理論，都對(duì)CPTU貫入邊界作了近似處理，致使理論解很難精確反應(yīng)CPTU貫入全過(guò)程。模型槽

4、試驗(yàn)雖然縮短了CPTU原位測(cè)試研究的時(shí)間，提高了研究效率，但是其邊界效應(yīng)及擾動(dòng)因素影響測(cè)試結(jié)果。而CPTU數(shù)值模擬可以克服模型槽的這一缺點(diǎn)，還可以簡(jiǎn)化條件，便于觀察比較，易于發(fā)現(xiàn)其中的因果關(guān)系。通過(guò)ABAQUS數(shù)值模擬，研究了CPTU貫入過(guò)程中探頭錐尖阻力與周圍土體的應(yīng)力應(yīng)變及孔壓場(chǎng)分布情況，同時(shí)分析了探頭貫入過(guò)程中的影響因素，探索了土體的屈服強(qiáng)度、側(cè)壓力系數(shù)K0、CPTU貫入速率對(duì)CPTU測(cè)試的影響，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試及模型試驗(yàn)的相關(guān)

5、資料對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。分析表明:
　　(1)當(dāng)CPTU貫入較淺，小于0.4m(約10個(gè)探頭直徑)時(shí)，探頭對(duì)土體擾動(dòng)較大。隨著貫入深度的增加，這種擾動(dòng)逐漸變小。
　　(2)貫入過(guò)程中，探桿周圍土體塑性區(qū)水平影響范圍約1個(gè)探頭半徑，在探頭附近形成了應(yīng)力泡，其特點(diǎn)與Yu等的孔穴擴(kuò)張理論吻合較好。
　　(3)探頭貫入使土體發(fā)生一定剪脹與細(xì)微開(kāi)裂現(xiàn)象，對(duì)土體徑向的擠壓在錐頭所在土層最大。
　　(4)孔壓透水元件最佳位

6、置置于錐頭與錐身交界處。
　　(5)土的初始應(yīng)力狀態(tài)對(duì)錐尖阻力的影響比較顯著，土靜止側(cè)壓力系數(shù)K0由0.2增加到1.0時(shí)，錐尖阻力增大較為明顯。土體屈服強(qiáng)度與錐尖阻力有著良好的相關(guān)性。
　　(6)CPTU探頭貫入速率的改變不影響土體應(yīng)力場(chǎng)分布，錐尖阻力隨著貫入速率的的增加而減小，但是減小不大。當(dāng)貫入速率在2～10cm/s時(shí)，錐尖阻力變化不大，當(dāng)速率較小時(shí)錐尖阻力有較明顯的變化，這也反映了CPTU貫入速率通常選為2cm/s的合