非均质粉土地层中CPTu贯入响应：现场观测与数值分析

作     者：MD ASHIKUZZAMAN 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：LIZHONG WANG

授予年度：2022年

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

摘      要：锥形渗透测试(CPT)或压电锥渗透测试(PCPT或CPTu)已被广泛认为是进行原位土体表征的有效工具。现有试验研究得到的CPTu归一化参数的一致趋势大多基于均质土体,这会影响土体参数的解译,并导致采用广泛接受的土层分类图进行土体分类会出现错误。采用SBT图表对薄层海相沉积物(特别是对于含有多个粗粒薄层的细粒沉积物)进行分类面临挑战,这是由于偶尔会出现与流动相关的沉积物,水流经常会改变沉积物环境中的砂层和粘土层(特别是在通道处),海洋沉积物的CPTu结果难以获得。由于缺乏针对含有非均质粉土的薄层海洋沉积物的压电锥测试结果,很少有研究评估现有土层分类图对此类土体的适用性。而对于存在多个薄层的非均质海洋沉积物,其归一化参数表现出不寻常的响应。此外,CPT贯入细粒基质中粗粒土薄层时的渗流机制尚不清楚。目前也缺乏可靠数值框架来量化上述行为。因此,本研究旨在:(a)为含有非均质混合粉土的薄层海相沉积物提供压电锥测试结果数据库;(b)评估七个基于CPTu和CPT的SBT图对薄层海洋沉积物的适用性;(c)了解CPT贯入细粒基质中的粗粒土薄层时的渗流机制;(d)提出一个初步的数值框架,以量化含有非均质混合粉土的海洋沉积物的响应。为此,本研究给出了一个综合研究计划,包括在含有非均质混合粉土的薄层状海洋沉积物中进行原位CPTu渗透、试验室测试、简单的统计分析以评估七个SBT图表的适用性,以及数值模拟,总结如下以下:(1)在中国黄海一个典型的海上风电场进行了三个现场CPTu测试,以及在每个贯入位置附近获得的原状样品上进行的一系列试验室测试(包括Atterberg限制和固结系数,特别是对于粉土),分析了8410个数据点,并在每个测深附近的钻孔记录中将基于成分/可塑性的土体分类与七个SBT图表进行了比较。这项研究形成了一个包含异非均质混合粉土的薄层海洋沉积物的压电锥测试结果数据库。(2)基于简单的统计结果,得出的结论是,现有的土层分类图在识别薄层状海洋沉积物方面表现不佳,特别是对于粉质地层,这意味着需要考虑土体分层效应来改进现有的分类图以正确识别粉质沉积物。(3)借助PLAXIS 2D,进一步研究了砂土薄层对特定深度的含砂质透镜体的粉土CPTu响应的影响。深度约为25～35m影响区最为明显。考虑到有无砂透镜体的存在以及渗透各向异性,进行了一系列数值分析。初步的数值方法揭示了理解非均质混合海洋沉积物异常响应行为的新思路,并突出了孔隙压力如何通过地下水渗流进行消散。(4)基于数值分析结果,提出了一个初步的数值框架来量化含有非均质混合粉土的海相沉积物的异常响应。