【摘 要】
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随着我国海洋工程建设的发展,对海上原位勘察技术提出了新的要求。由于海洋表层土体强度较低,现有的勘察方法很难准确测量海床浅表层软粘土的强度参数,亟需发展探测海洋表层软粘土强度的新型原位勘察方法。本文发明了用于测试海洋软粘土强度的条形探头,采用室内试验与现场试验、离心机试验、理论分析与数值模拟相结合的方法,对条形探头贯入阻力与土体强度的关系、贯入速度对探头贯入阻力的影响、贯入过程中土体的破坏运动模式以
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随着我国海洋工程建设的发展,对海上原位勘察技术提出了新的要求。由于海洋表层土体强度较低,现有的勘察方法很难准确测量海床浅表层软粘土的强度参数,亟需发展探测海洋表层软粘土强度的新型原位勘察方法。本文发明了用于测试海洋软粘土强度的条形探头,采用室内试验与现场试验、离心机试验、理论分析与数值模拟相结合的方法,对条形探头贯入阻力与土体强度的关系、贯入速度对探头贯入阻力的影响、贯入过程中土体的破坏运动模式以及土体大变形数值模拟技术等问题进行了系统研究;提出了三种吸力筒式海床静力触探坐底装置。具体内容与成果如下:（1）构建了条形探头浅层贯入的非全流动破坏模式和深层贯入的全流动破坏模式,应用极限分析理论求解了两种模式下的探头贯入阻力和软粘土不排水强度的关系,建立了确定深浅破坏模式转换临界深度的下限解。（2）开展了条形探头浅层贯入的室内模型试验和现场试验,结果表明:条形探头贯入阻力的试验结果与理论预测值吻合度较高;条形探头在浅层贯入时呈现非全流动的破坏模式。自主设计了一种可用于静力触探的新型小量程高精度光纤光栅测力计,并在试验中成功应用。（3）运用离心机试验,建立了条形探头阻力应力比q/σ’V与无量纲速率V的关系,结果表明条形探头最小贯入阻力对应的无量纲速率在100到1000之间,探头的最佳贯入速度区间为2～20mm/s。土体破坏模式的PIV观测试验发现,条形探头在由浅入深的贯入过程中,土体由非全流动破坏模式逐步转化为全流动破坏模式,证明了理论分析所构造的破坏场与实际土体破坏形态相符。（4）应用CEL和MMSM两种土体大变形分析方法模拟了条形探头贯入过程的离心机试验,模拟结果发现:土体破坏规律与PIV观测试验结果一致,在浅层贯入时呈非全流动破坏模式,在深层贯入时呈全流动破坏模式;探头贯入阻力与试验值吻合度也较高,验证了条形探头测试土体不排水强度的方法有效。（5）分析了筒型基础作为静力触探坐底装置的可行性和优势;提出了单筒式、三筒式和四筒式三种坐底装置方案;根据有限元模拟结果,拟合了负压贯入过程对土体的扰动范围和抗拔承载力群筒效应系数的计算方法,在此基础上研发了多种满足额定贯入力的筒型基础坐底装置。
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