多功能CPTU工程應(yīng)用軟件開發(fā)研究.pdf

1、孔壓靜力觸探測試技術(shù)(CPTU)是20世紀(jì)80年代在國際上興起的新型原位測試技術(shù)，具有測試精度高、分辨率高、穩(wěn)定性好、可重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，近幾十年來得到了快速的發(fā)展。一方面隨著新型傳感器的出現(xiàn)，國際上孔壓靜力觸探測試設(shè)備的精度和可靠性得到改進(jìn)，功能得到擴(kuò)展，使得CPTU測試技術(shù)在環(huán)境巖土工程等領(lǐng)域也具備廣闊的應(yīng)用前景;另一方面有關(guān)CPTU在工程應(yīng)用的理論研究得到大量開展，對CPTU測試資料的解譯建立起了較為完善的理論體系。我國目前主要采用

2、的仍是上世紀(jì)60年代的單橋和雙橋靜力觸探技術(shù)，設(shè)備測試的精度和分辨率低、功能單一;應(yīng)用粗糙，理論研究少，土工參數(shù)的估算基本上完全依賴于局部試驗(yàn)場地的統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。因此盡管我國單橋和雙橋靜力觸探技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)豐富，但在工程應(yīng)用中仍然缺乏足夠的可靠性，所提供的土工參數(shù)和設(shè)計(jì)參數(shù)往往只作為室內(nèi)試驗(yàn)的參考值。而新型原位測試CPTU技術(shù)的推廣和應(yīng)用對于降低工程造價(jià)、提高工程建設(shè)效率毫無疑問是具有積極意義的。
　　 國內(nèi)學(xué)者早期即開始向國內(nèi)

3、巖土工程界介紹和推薦CPTU測試技術(shù)，然而CPTU測試技術(shù)在國內(nèi)的推廣和應(yīng)用卻進(jìn)展緩慢。其原因除長期以來單橋靜力觸探占統(tǒng)治地位而積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)之外，還在于首先我國尚未成功研制可用于科研和生產(chǎn)應(yīng)用的孔壓靜力觸探探頭，盡管已有單位進(jìn)行了仿制，然而質(zhì)量有待于提高;其次，廣大的勘察和設(shè)計(jì)人員對孔壓靜力觸探技術(shù)不夠了解，測到的數(shù)據(jù)不知道如何應(yīng)用。
　　 本文即是在此背景下，針對國內(nèi)CPTU測試技術(shù)推廣存在困難，在回顧大量國內(nèi)外文獻(xiàn)資料的

4、基礎(chǔ)上，對CPTU數(shù)據(jù)處理中采用的土工參數(shù)估算表達(dá)式和工程應(yīng)用公式進(jìn)行較為系統(tǒng)、全面的介紹，研究內(nèi)容還吸收國內(nèi)、外學(xué)者的研究成果，對相關(guān)公式的修正與改進(jìn)予以說明，最終以東南大學(xué)自主開發(fā)和研制的CPTU數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為基礎(chǔ)，結(jié)合國際上巖土工程專業(yè)公司的采集系統(tǒng)，集成所有可靠的計(jì)算公式開發(fā)出一套與之匹配的數(shù)據(jù)后處理軟件。本文的主要研究內(nèi)容及研究成果如下:
　　 (1)以Microsoft Visual C++6.0為平臺(tái)，編制了多功能

5、CPTU工程應(yīng)用軟件，實(shí)現(xiàn)了CPTU數(shù)據(jù)的快速后處理，數(shù)據(jù)輸入簡單，用戶界面友善，操作方便，可同時(shí)服務(wù)于土分類、土層工程性質(zhì)評價(jià)、樁承載力預(yù)測、淺基礎(chǔ)地基承載力預(yù)測、淺基礎(chǔ)沉降估算以及液化評估，功能系統(tǒng)而較為全面，解決了勘察和設(shè)計(jì)人員對CPTU測試技術(shù)不夠了解和測到的數(shù)據(jù)不知道如何應(yīng)用的難題，具有較大的實(shí)用價(jià)值。
　　 (2)國內(nèi)外出現(xiàn)了大量基于多功能CPTU的土分類方法，普遍認(rèn)為采用孔壓指標(biāo)的方法能更為準(zhǔn)確的反映地下土層真實(shí)信

6、息，分辨率和可靠性更高。開發(fā)的多功能CPTU工程應(yīng)用軟件以應(yīng)用最為廣泛的、Robertson等提出的SBT圖和SBTn圖為土分類依據(jù)，具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性。
　　 (3)多功能CPTU能全面、可靠地給出土層的工程性質(zhì)評價(jià)，包括土的狀態(tài)特征、強(qiáng)度特征、變性特征和滲流固結(jié)特征，且具有較為完善的理論基礎(chǔ)，在回顧和分析已有研究資料的基礎(chǔ)上，建立了多功能CPTU工程應(yīng)用軟件的解譯模塊，實(shí)現(xiàn)了基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的CPTU評價(jià)土工參數(shù)解譯，部

7、分土工參數(shù)的計(jì)算采用了多種CPTU方法，建議根據(jù)無擾動(dòng)試樣的室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比分析，選出其中更為可靠的方法用于工程實(shí)踐。
　　 (4)研究表明基于CPT/CPTU的樁承載力預(yù)測直接方法中，Eslami和Fellenius、Takesue等兩種CPTU方法普遍提供了最佳的樁承載力預(yù)測結(jié)果，CPT方法中以LCPC方法、de Ruiter和Beringen方法以及Schmertmann方法具有相對較好的樁承載力預(yù)測能力。本文開發(fā)的多

8、功能CPTU工程應(yīng)用軟件以Eslami和Fellenius、 LCPC方法、de Ruiter和Beringen方法以及Schmertmann方法為理論基礎(chǔ)，建立了可服務(wù)于樁承載力預(yù)測的樁基模塊，一般建議采用Eslami和Fellenius方法，當(dāng)存在現(xiàn)場載荷試驗(yàn)等觀測資料時(shí)，可進(jìn)行多種方法的對比分析，選取結(jié)果與觀測資料最為一致的方法用于樁基設(shè)計(jì)。
　　 (5)多功能CPTU測試技術(shù)是一種可用于液化評估的原位測試有效手段，基于C

9、PTU的液化評估方法通常采用Seed等提出的簡化法概念，常用的計(jì)算方法包括Robertson和Wride方法、Robertson修正方法、Idriss和Boulanger方法、莊長賢等(2006)方法和Moss等(2006)方法，以此5種方法建立了多功能CPTU工程應(yīng)用軟件的液化模塊，實(shí)現(xiàn)了基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的CPTU測試技術(shù)在土層液化評估中的應(yīng)用，工程實(shí)踐中可采用多種液化評估方法進(jìn)行綜合判別，或建議從保守角度進(jìn)行最為可靠的抗震設(shè)計(jì)。

10、>　　 (6)以Tand等提出的淺基礎(chǔ)地基承載力預(yù)測方法為理論基礎(chǔ)，建立了多功能CPTU工程應(yīng)用軟件的地基模塊，實(shí)現(xiàn)了基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的CPTU測試技術(shù)在淺基礎(chǔ)地基承載力預(yù)測中的應(yīng)用，能給出不同基礎(chǔ)寬度下地基的極限承載力值，反映了基礎(chǔ)以下一定深度范圍內(nèi)土層的綜合工程性質(zhì)。
　　 (7)以分層總和法為理論基礎(chǔ)，結(jié)合多功能CPTU可原位測試土層壓縮模量的優(yōu)點(diǎn)，建立了多功能CPTU工程應(yīng)用軟件的沉降模塊，可對矩形基礎(chǔ)和條形基礎(chǔ)下的沉降

11、量進(jìn)行精確計(jì)算，充分利用了CPTU測試數(shù)據(jù)的連續(xù)性，引入了沉降經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)，可根據(jù)現(xiàn)場沉降觀測資料進(jìn)行反演擬合，進(jìn)一步提高軟件評估土層沉降量的準(zhǔn)確性。
　　 (8)以典型粘性土場地和無粘性土場地為應(yīng)用實(shí)例，介紹了本文編制的多功能CPTU工程應(yīng)用軟件在工程實(shí)踐中的應(yīng)用。工程實(shí)例計(jì)算結(jié)果表明，本文編制的多功能CPTU工程應(yīng)用軟件可行，所給出的計(jì)算結(jié)果位于合理范圍內(nèi)，且接近工程實(shí)測值，而軟件解譯結(jié)果保存了CPTU測試數(shù)據(jù)的豐富性和連續(xù)