基于最小二乘法擬合某海域靜力觸探錐頭系數

陳磊

【摘 要】靜力觸探在海洋地質勘察中的使用越來越成熟，可以得到連續(xù)的地質剖面曲線，得到各種參數，用于工程分析研究。最常用的是可以通過靜力觸探推算出粘性土的不排水抗剪強度。采用土工試驗方法確定黏性土不排水抗剪強度時，由于取樣、運輸和制樣等對試樣產生擾動，造成試驗結果偏差。錐頭系數的選取很關鍵，由于各海域的特征，不宜盲目套用國外的經驗參數。這里對某海區(qū)塊，采用最小二乘法擬合錐頭系數，并驗證其合理性。結果表明對錐頭系數進行擬合是可行的，可為靜力觸探在我國其它海洋勘探區(qū)塊地質勘察提供指導借鑒。

【關鍵詞】最小二乘法;靜力觸探;抗剪強度;錐頭系數

中圖分類號： TU312.1文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）15-0070-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.15.034

Fitting Cone Coefficient of Piezoncone Penetration in Yinggehai Sea Area Based on Least Square Method

CHEN Lei

（China Oilfield Serice Limited，TianJin 300450，China）

【Abstract】The use of piezoncone penetration test in marine geological survey is more and more mature. It can obtain continuous geological profile curves and various parameters for engineering analysis.The most commonly used method is to calculate clay soil undrained shear strength .When clay undrained shear strength is determined by geotechnical test method， it is disturbed by sampling， transportation and sample preparation， which results in the deviation of test results. The selection of cone coefficient （Nkt） is very important. However， due to the characteristics of each sea area， it is not appropriate to blindly apply foreign empirical parameters .For some block， the cone coefficient is fitted by least square method and the rationality of Nkt value is verified. The results show that it is feasible to fit the cone coefficient， which can provide guidance and reference for the geological exploration of other marine exploration blocks in China.

【Key words】Least square method; Piezoncone penetration test; Shear strength; Cone coefficient

0 前言

目前常用的測試方法主要包括手動十字板，電動十字板，袖珍貫入儀，不排水不固結三軸壓縮實驗，這些試驗需要采集原裝樣品，樣品的質量等級是決定試驗結果準確性的主要因素。靜力觸探試驗通過連續(xù)貫入錐頭而獲取土體不排水抗剪強度參數，是巖土工程原位測試的主要技術之一。

1 CPT擬合靜力觸探錐頭系數方法

目前國內外通過CPT試驗估算不排水抗剪強度最常用的估算方法是使用修正的錐尖阻力qt來估算不排水抗剪強度Cu。如下式（1）所示。

式中，Cu：不排水抗剪強度，qt：校正后的PCPT錐尖阻力，σvo：總上覆壓力（包括靜水壓力），Nkt：錐頭系數，Rad 和Lunne（1988）指出Nkt值介于8～29之間;

利用公式（1），已知qnet，套用國外的經驗參數值Nkt，就可以快速推算粘性土的不排水強度Cu，可能高估粘性土的不排水抗剪強度，則會高估計地層的承載力，影響鉆井船基礎穩(wěn)定性，不利于鉆井船插樁。其經驗系數不宜盲目套用國外的經驗參數。

1.1 現場CPT測試情況

選取五個場址進行分析，包括5個CPT測試孔和5個取樣孔進行分析。先利用四個場址的CPT曲線和土質強度試驗擬合錐頭系數，再利用第五個場址的CPT曲線和土質強度試驗檢驗錐頭系數。四個CPT孔中1#的CPT曲線如圖1，顯示出錐尖阻力隨深度變化規(guī)律曲線，錐尖阻力值主要分布在1-4MPa范圍內，表層粘性土錐尖阻力值大概為0.1-0.3MPa范圍內。

1.2 土質試驗

土質試驗數據包括現場測試和室內測試兩個部分，從海底取出土樣后，即刻進行試驗，避免了土樣擾動，失水和圍壓釋放，實驗值可靠;現場包裝樣品完好，且無擾動，用石蠟封裝運輸至土工試驗室，進行不排水不固結三軸壓縮實驗。

1.3 擬合錐頭系數

根據以上的CPT測試值和土工實驗值，采用最小二乘法擬合擬合錐頭系數值Nkt =22.9（黑線）見圖2，擬合效果好。

1.4 計算強度Cu和實測強度Su對比分析

圖3和圖4分別為5#井CPT曲線和抗剪強度值，從CPT曲線可以看出表層0-3m范圍為硬的粘性土qnet為0.006-1.15MPa，然后隨深度增加，錐尖阻力也逐漸增加。在15.2m以下深度可以明顯看到錐尖阻力鋸齒現象，對于這些錐尖阻力值將給予剔除考慮，不參與分析。

利用擬合的Nkt值，結合公式（1），得到粘性土抗剪強度剖面Cu，與對應深度的土質試驗抗剪強度值Su對比，誤差e=（Su-Cu）/Su*100%，一般在-20%-30%范圍內，平均誤差為13.9%整體上計算偏差在可接受范圍內，說明Nkt=22.9是比較合理的，并沒有高估粘性土抗剪強度，有利于鉆井船插樁分析。這表明Nkt=22.9時，采用式（1）計算粘性土的不排水強度Cu是可行的。

2 結論

通過CPT試驗結果和土工實驗，擬合該區(qū)塊的最優(yōu)錐頭系數。將計算的不排水強度計算值Cu和實測值Su進行對比分析，證明了并對國外經驗參數Nkt進行標定是切實可行的。

（1）通過最小二乘法可以有效地擬合Nkt的值，準確的估算不排水強度計算值，與實際土樣實驗值吻合程度高，可以為鉆井船插樁提供有用的設計參數。

（2）應用大量準確的數據來校核和驗證Nkt系數是十分必要的。可較好地解決經驗不足造成的對靜力觸探數據解釋抗剪強度的偏差，對中國其它海域油田勘探區(qū)塊靜力觸探解釋具有指導借鑒意義。

【參考文獻】

[1]陸鳳慈.靜力觸探技術在海洋巖土工程中的應用研究[D].天津：天津大學，2005.

[2]劉松玉，吳燕開.論我國靜力觸探技術（CPT）現狀與發(fā)展[J].巖土工程學報，2004，26（4）：553-556.

[3]沈珠江.原狀取土還是原位測試—土質參數測試技術發(fā)展方向芻議[J].巖土工程學報，1996（05）：94-95.

[4]吳波鴻.靜力觸探在渤海某海上平臺場址工程勘察中的應用研究[D].中國地質大學（北京），2008.

[5]蔡國軍，劉松玉，童立元，等.孔壓靜力觸探（CPTU）測試成果影響因素及原始數據修正方法探討[J].工程地質學報，2006.