T型全流觸探儀機理分析及海洋工程應用綜述

張先鋒

中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司 湖南 長沙 410014

引言

新型的海洋CPTU技術在現實海洋工程中的利用十分少見，并且國內針對海洋CPTU技術的運用的研究工作嚴重的卻是，進而充分的全面的結合國外海洋CPTU技術運用的成功經驗聯系當前海洋工程的現實情況對國內海洋工程行業CPTU技術的健康發展會起到積極的影響作用。

1 全流觸探儀

以往陳舊形式的海洋原位測試技術涉及到兩個層面，即十字板剪切試驗和CPTU測試。其中前者會對海洋軟土的結構造成一定的損壞，進而使得軟土層出現不穩定的情況，然而巨大的海上靜力接觸試驗獲得的信息表示，在實施海上軟土CPTU試驗的時候最終取得的信息的準確度與海水的深度存在一定的關聯，導致這個問題的根源主要有：首先，在實施測試貫入操作的時候因為軟土的強度水平較差，與海底的高壓狀態相比較，貫入的阻力的增加幅度較差也會造成測量準確度的縮減。其次因為不同的面積效應的優化具備不穩定的特點，并且上層土層對于貫入操作會形成一定的制約。Randolph借助增大觸探儀器投影的覆蓋面積的形式，結合專業的理論指出了一個全新的全流觸探儀能夠高效的將以上問題加以解決。

2 T型全流觸探儀的機理研究

利用T型全流觸探儀設備針對海底的軟土層的情況實施探測的時候，探測結果十分的不穩定。Yafrate等利用專業的方法來實施分析研究之后得出結論，全流觸探儀能夠對海底軟土層的重塑土Su和靈敏度（St）兩項重點參數加以探測。Randolph在上世紀末期的時候設計出了適合使用到海底軟土層探測工作的T型全流觸探儀，并且說明了其可以被用在軟土不排水抗剪強度的測量之中。Randolph等經過大量的試驗驗證提出了導致NT-bar的理論解與試驗解二者之間存在嚴重的差別的根源往往是因為靈敏度，應變軟化以及應變反應速度等諸多因素的影響。

2.1 理論研究

T形觸探儀的阻力系數(NT-bar)，可利用全流理論塑性理論解通過測試所得修正后的貫入阻力(qT-bar)估算Su：

貫入阻力的孔壓及上覆土重的修正公式為

式中，Nu,ref為應變速率γref=1%/hour時的阻力系數值。破壞系數δ可描述軟土逐漸軟化過程中的抗剪強度值與理想狀態強度關系：

式中，qm為實測錐尖阻力，u0為靜孔隙水壓力，α為靜面積比，As為連接軸截面積，Ap為觸探儀水平軸向的投影面積。

關于觸探儀表面摩擦系數α的上限解及其線性擬合：

2.2 數值模擬

Zhou等部分研究人員經過研究分析之后獲得結論，貫入的過程中因為軟土層會形成較高水平狀態的應變率，并且軟土流經T型觸探儀表層的時候往往都會出現變化，進而全流觸探儀在現實使用的過程中務必要充分的對應變率以及應變軟化兩項反應加以側重關注，針對阻力系數實施調整。

應變軟化得出阻力系數與剪切應變率和總的塑性剪切應變值相關聯：

式中，δrem為完全重塑時所對應軟土的破壞系數值，是完全重塑土抗剪強度與去原狀土抗剪強度比值，與靈敏度St互為倒數；

2.3 試驗研究

針對T型觸探儀在實際的運用中存在的問題加以分析，之后我們獲知T型觸探儀的長徑比如果達到一定的范圍內的時候是不會形成對貫入阻力的制約的，進而務必要在實際運用的時候關注探測儀的長徑比這個參數。

3 海洋工程應用

在最近的幾年時間里，在我國社會科學技術水平大幅度提升的影響下，也促進了海洋工程開發工作的逐漸擴充，這就對巖體勘探工作提出了更高的挑戰。目前力學問題已經成了影響海洋沉積物分析的一個難點，導致無法進一步的深入研究海洋沉積物情況，所以可以考慮通過應用全留觸探儀的相關技術去進行直接的信息獲取，從而保證分析的各項指標能夠準確的獲取。近海經歷觸探測試工作的開展通常涉及到井下系統以及海床結構。針對海水較深的地區，測試工作往往以海床系統為重點。在工程技術水平不斷提升的影響下，使得工程持續時間在逐漸的縮短，這樣就對工程設計工作造成了一定的困難，諸如海底各類線路電纜結構的設計，管道的安設，大規模海洋工程基礎，擴大航道寬度等等，針對各類不同的天氣情況對于海床以及海底地形的穩定性給出更多的要求。全流觸探儀在實施不排水抗剪強度測量工作的時候與以往陳舊的測探方式相比較獲得的結果更加的精準穩定。其次可以利用其實施針對各種不同參數的測量湊自耦。測試能夠使用到工程地質評估環節之中，但是不得不說的是全流觸探儀對于土層分層的時候的參數變化的感應十分遲鈍，進而不適合使用到對土層的精準劃分工作之中。

結束語

（1）這篇文章主要圍繞了海洋靜力觸探技術的演變過程，針對建立在full-flow理論基礎之上的T型全流觸探儀器以及貫入操作原理實施綜合分析，借助觸探儀器經過軟土層的過程中所形成的類流體結合觸探儀的流動最終得到了超軟土的不排水抗剪強度來控制上層軟體層的影響程度。

（2）在工程施工技術水平的不斷提升的影響下，使得工程的規模在逐漸的增加，測試的準確度要求也在不斷的提升，經歷觸探測試技術得到了較好的改進。T型全流觸探儀因為其花費較少，準確度較高的優越性進而受到了人們的青睞，被大范圍的運用到了實際的工程之中。