多功能CPTU工程应用软件开发研究

来源 :东南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xhh2010
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孔压静力触探测试技术(CPTU)是20世纪80年代在国际上兴起的新型原位测试技术,具有测试精度高、分辨率高、稳定性好、可重复性好等优点,近几十年来得到了快速的发展。一方面随着新型传感器的出现,国际上孔压静力触探测试设备的精度和可靠性得到改进,功能得到扩展,使得CPTU测试技术在环境岩土工程等领域也具备广阔的应用前景;另一方面有关CPTU在工程应用的理论研究得到大量开展,对CPTU测试资料的解译建立起了较为完善的理论体系。我国目前主要采用的仍是上世纪60年代的单桥和双桥静力触探技术,设备测试的精度和分辨率低、功能单一;应用粗糙,理论研究少,土工参数的估算基本上完全依赖于局部试验场地的统计经验关系式。因此尽管我国单桥和双桥静力触探技术应用经验丰富,但在工程应用中仍然缺乏足够的可靠性,所提供的土工参数和设计参数往往只作为室内试验的参考值。而新型原位测试CPTU技术的推广和应用对于降低工程造价、提高工程建设效率毫无疑问是具有积极意义的。   国内学者早期即开始向国内岩土工程界介绍和推荐CPTU测试技术,然而CPTU测试技术在国内的推广和应用却进展缓慢。其原因除长期以来单桥静力触探占统治地位而积累了丰富的经验之外,还在于首先我国尚未成功研制可用于科研和生产应用的孔压静力触探探头,尽管已有单位进行了仿制,然而质量有待于提高;其次,广大的勘察和设计人员对孔压静力触探技术不够了解,测到的数据不知道如何应用。   本文即是在此背景下,针对国内CPTU测试技术推广存在困难,在回顾大量国内外文献资料的基础上,对CPTU数据处理中采用的土工参数估算表达式和工程应用公式进行较为系统、全面的介绍,研究内容还吸收国内、外学者的研究成果,对相关公式的修正与改进予以说明,最终以东南大学自主开发和研制的CPTU数据采集系统为基础,结合国际上岩土工程专业公司的采集系统,集成所有可靠的计算公式开发出一套与之匹配的数据后处理软件。本文的主要研究内容及研究成果如下:   (1)以Microsoft Visual C++6.0为平台,编制了多功能CPTU工程应用软件,实现了CPTU数据的快速后处理,数据输入简单,用户界面友善,操作方便,可同时服务于土分类、土层工程性质评价、桩承载力预测、浅基础地基承载力预测、浅基础沉降估算以及液化评估,功能系统而较为全面,解决了勘察和设计人员对CPTU测试技术不够了解和测到的数据不知道如何应用的难题,具有较大的实用价值。   (2)国内外出现了大量基于多功能CPTU的土分类方法,普遍认为采用孔压指标的方法能更为准确的反映地下土层真实信息,分辨率和可靠性更高。开发的多功能CPTU工程应用软件以应用最为广泛的、Robertson等提出的SBT图和SBTn图为土分类依据,具有较高的准确性和可靠性。   (3)多功能CPTU能全面、可靠地给出土层的工程性质评价,包括土的状态特征、强度特征、变性特征和渗流固结特征,且具有较为完善的理论基础,在回顾和分析已有研究资料的基础上,建立了多功能CPTU工程应用软件的解译模块,实现了基于计算机技术的CPTU评价土工参数解译,部分土工参数的计算采用了多种CPTU方法,建议根据无扰动试样的室内试验结果进行对比分析,选出其中更为可靠的方法用于工程实践。   (4)研究表明基于CPT/CPTU的桩承载力预测直接方法中,Eslami和Fellenius、Takesue等两种CPTU方法普遍提供了最佳的桩承载力预测结果,CPT方法中以LCPC方法、de Ruiter和Beringen方法以及Schmertmann方法具有相对较好的桩承载力预测能力。本文开发的多功能CPTU工程应用软件以Eslami和Fellenius、 LCPC方法、de Ruiter和Beringen方法以及Schmertmann方法为理论基础,建立了可服务于桩承载力预测的桩基模块,一般建议采用Eslami和Fellenius方法,当存在现场载荷试验等观测资料时,可进行多种方法的对比分析,选取结果与观测资料最为一致的方法用于桩基设计。   (5)多功能CPTU测试技术是一种可用于液化评估的原位测试有效手段,基于CPTU的液化评估方法通常采用Seed等提出的简化法概念,常用的计算方法包括Robertson和Wride方法、Robertson修正方法、Idriss和Boulanger方法、庄长贤等(2006)方法和Moss等(2006)方法,以此5种方法建立了多功能CPTU工程应用软件的液化模块,实现了基于计算机技术的CPTU测试技术在土层液化评估中的应用,工程实践中可采用多种液化评估方法进行综合判别,或建议从保守角度进行最为可靠的抗震设计。   (6)以Tand等提出的浅基础地基承载力预测方法为理论基础,建立了多功能CPTU工程应用软件的地基模块,实现了基于计算机技术的CPTU测试技术在浅基础地基承载力预测中的应用,能给出不同基础宽度下地基的极限承载力值,反映了基础以下一定深度范围内土层的综合工程性质。   (7)以分层总和法为理论基础,结合多功能CPTU可原位测试土层压缩模量的优点,建立了多功能CPTU工程应用软件的沉降模块,可对矩形基础和条形基础下的沉降量进行精确计算,充分利用了CPTU测试数据的连续性,引入了沉降经验修正系数,可根据现场沉降观测资料进行反演拟合,进一步提高软件评估土层沉降量的准确性。   (8)以典型粘性土场地和无粘性土场地为应用实例,介绍了本文编制的多功能CPTU工程应用软件在工程实践中的应用。工程实例计算结果表明,本文编制的多功能CPTU工程应用软件可行,所给出的计算结果位于合理范围内,且接近工程实测值,而软件解译结果保存了CPTU测试数据的丰富性和连续性,可靠性高,适用性广。
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