摘要
孔压静力触探作为应用最广泛的原位测试手段，对于掌握海床沉积物物理力学特性具有重要意义。渤海海域沉积物主要为粉质土，物理力学性质介于砂土和粘土之间，贯入测试过程主要为部分排水条件，缺乏相应的速率效应解释和土层分类方法。因此，开展室内孔压静力触探贯入速率效应试验和数值模拟研究，分析贯入速率对粉土静力触探反演的规律，开展原位静力触探测试，确定适用于渤海地区的土层分类方法，能够为海洋平台设计提供岩土参数，为海洋平台油气开采和地质灾害评价提供技术支撑，具有较高的社会经济价值。 通过对黄河口粉土和高岭土进行物理力学性质测试，初步研究了粘粒含量与物理力学性质的关系；开展了室内1g变速率贯入试验，通过CPTU参数和贯入速率研究了贯入速率效应；通过开展黄河口区域原位静力触探测试，分析传统地层分类方法的优缺点；使用PLAXIS有限元软件开展变速率空腔膨胀数值模拟，分析了不同参数对空腔膨胀速率效应的影响。得到如下结论： （1）黄河口粉土的塑性指数IP较低，为10，高岭土的塑性指数IP约为30。在有效应力水平σ''V为25~150kPa的条件下，黄河口粉土的固结系数cv值比高岭土高一个数量级。黄河口粉土中剪切引起的超孔隙水压力?u远高于高岭土。应力路径显示黄河口粉土具有强烈的收缩性。根据不排水剪切试验估算黄河口粉土的表观峰值摩擦角ψ''p约为32°，高岭土约为24°。 （2）贯入过程中的CPTU参数与贯入速率变化引起的排水条件密切相关。当归一化贯入速率降低2~3个数量级时，归一化贯入阻力Q值显著增加，孔压比?u/σ''V0大幅降低。不排水和部分排水条件之间的过渡贯入速率Vv值位于10~30，从部分排水到完全排水条件的过渡贯入速率Vv值位于0.03~0.06。黄河口粉土的排水阻力QUD低于高岭土，排水阻力QD值高于高岭土。黄河口粉土的贯入阻力比QD/QUD值为6.7，高岭土QD/QUD值为2.1。室内1g变速率贯入试验是一种评估粉土中贯入速率效应的低成本高效益的方法。 （3）对于粉质粘土和粉质土地层的土层分类分析，Robertson土分类图、Brouwer土分类图、Eslami等土分类图、Jefferies等土分类图以及Olson等土分类图都具有较高的预测土体类型的正确率。相比之下，针对黄河口粉质土区域，只有Robertson土类指数分类图、Olson等土分类图才能提供足够的地层分辨率。因此，针对粉土类型地区的孔压静力触探调查，建议采用Robertson土类指数分类图、Olson等土分类图进行土层分类。 （4）使用PLAXIS软件进行空腔膨胀模拟是一种有效的速率效应模拟方法，可以很好地反映出刚度E50/p0′、摩擦角φ′、应力水平σv0、渗透系数k等参数对速率效应的影响。拟合的双曲线函数可以有效地表示在PLAXIS中的贯入阻力数值预测，与试验数据对比表明，PLAXIS数值模拟可以有效的进行黄河口粉土的贯入阻力预测。
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