基于CPTU原位测试的软弱土空间变异性特征与应用研究

The geological environment in soft soil area has some special geological features, fragile sensitivities and site-dependence geographic differences. To characterize the soft soil spatial variability, the drilling and laboratory test are not enough. In order to cooperate on the insufficiency and unreliable parameters for the construction in soft soil area, there are urgent needs to develop the advanced in situ testing. The piezocone penetration testing (CPTU) is a new in situ testing technique arisen in international country these years, which can evaluate the geotechnical engineering characteristics and spatial variability of soft soil precisely. In this research, the soil spatial variability will be assessed based on the laboratory test, in situ testing CPTU, numerical simulation, the random field theory and geostatistics method. The failure mode of pile foundation will be revealed based on the characteristic of spatial variability of soft soil from CPTU data. The CPTU-based pile reliability design method will be proposed from characteristic of spatial variability in the soft soil. It is believed that the research results have the important theoretical and practical significance for enhancing the level of ground improvement for soft soil foundation and establishing the reliability design method of geotechnical engineering practice in China.

软弱土地区的地质环境有着特殊的地质特征、脆弱敏感性和地域差异性。要表征软弱土复杂介质及其参数的空间变异，仅靠钻孔及室内试验资料是不够的，需要发展先进的现场原位测试技术，以解决软弱土工程建设中常常出现的设计所需参数不全、不可靠的问题。现代数字式多功能孔压静力触探（CPTU）是近年来在国际上兴起的新型原位测试技术，可以准确评价软弱土工程特性及其变异性特征。本项目采用理论分析、数值模拟、室内试验与原位测试相结合的方法，研究基于CPTU原位测试的软弱土空间变异性随机场特征；建立基于CPTU的软弱土空间变异性地质统计学评价方法；揭示基于CPTU空间变异性特征的软弱土桩基失稳模式；基于可靠度理论，总结建立基于软弱土空间变异性特征的桩基承载力确定方法。研究成果对提高我国软弱土地基处理水平、建立符合岩土工程实践的可靠度设计方法具有重要的理论和实践指导意义。

近十几年来，我国东南沿海软弱土分布地区的经济建设高速发展，工程建设日新月异，然而在工程建设中经常面临设计参数不可靠和桩基设计随意性大等等问题，造成巨大经济损失或工程安全事故。产生这些问题的主要原因是软弱土空间变异性大和工程性质参数的不确定性显著。长期以来，我国土体性质参数的获取以钻孔取样和室内试验为主，存在取样扰动大、不连续，试验数据可靠性低等问题。多功能孔压静力触探测试（CPTU）是在天然位置对土体工程性质进行原位评价的一种技术，具有高精度、高可重复性、简便快捷和连续测试等优点，在国际上得到了大量应用。因此，研究基于高精度CPTU测试技术的软弱土空间变异性特征评价，建立基于原位测试的软弱土工程性质参数评估与桩基设计方法，对提高我国土体工程性质评价和地基基础设计水平具有重要理论意义和工程应用前景。.基于此背景，本课题采用CPTU原位测试技术与理论分析和工程验证结合的技术路线，以江苏地区软弱土为例，系统研究了软弱土的空间变异性特征和基于CPTU的桩基可靠度设计分析方法。提出了不同地质成因的软弱土CPTU测试指标的竖直向与水平向随机场模型参数的取值范围，揭示了软弱土空间变异性的地质特征与尺寸效应。建立了以CPTU为测试手段、以地质统计学、概率分析和数值模拟为理论基础的软弱土空间变异性评价与工程性质参数获取的理论体系。并基于CPTU测试手段、建立了以地质统计学和可靠度设计为理论基础的桩基不确定性设计方法，提出了四种基于CPTU的桩基承载力预测方法所需的最小安全系数与最优分项安全系数取值。为我国土体工程性质评价和地基基础设计水平做出了重要贡献。