一种评价我国不同海域粘性土强度参数的方法技术

本发明专利技术涉及海洋工程勘察技术领域，尤其涉及一种评价我国不同海域粘性土强度参数的方法。本发明专利技术通过采用实验的方式获取试样的不排水抗剪强度以及土体的灵敏度，再利用经验公式确定经验公式中的经验系数Nke和Ns，利用获取的经验系数Nke和Ns即可获取同一场地下海床表面以下的原状粘性土体的不排水抗剪强度以及土体灵敏度，进而最终确定适用于我国不同海域原状粘性土强度参数的分析方法，为海洋结构物的设计建造提供合理可靠的依据，解决了直接采用国外静力触探结果解释方法确定我国各海域粘性土的强度参数的不准确性问题。

A Method for Evaluating the Strength Parameters of Cohesive Soil in Different Sea Areas of China

The invention relates to the technical field of marine engineering survey, in particular to a method for evaluating the strength parameters of cohesive soil in different sea areas of China. The present invention obtains the undrained shear strength of the sample and the sensitivity of the soil by means of experiment, then determines the empirical coefficients Nke and Ns in the empirical formula by using the empirical formula, and obtains the undrained shear strength and the sensitivity of the undisturbed clayey soil below the surface of the same underground seabed by using the obtained empirical coefficients Nke and Ns, and finally determines the undrained shear strength and the sensitivity of the soil suitable for China. The analysis methods of strength parameters of undisturbed cohesive soils in different sea areas provide a reasonable and reliable basis for the design and construction of marine structures, and solve the problem of inaccuracy in determining strength parameters of cohesive soils in various sea areas in China by directly using the interpretation methods of foreign static cone sounding results.

【技术实现步骤摘要】
一种评价我国不同海域粘性土强度参数的方法
本专利技术涉及海洋工程勘察
，尤其涉及一种评价我国不同海域粘性土强度参数的方法。
技术介绍
随着我国海洋资源的开发利用，海洋结构物不断得以建造，例如海上风机、海洋平台、海底管线和海底光缆等，上述结构物的设计建造均涉及到地基与基础的相互作用问题。虽然各类结构物基础形式存在较大差异，但均需通过确定海床表层以下一定深度范围内土体的力学特性，进而分析海洋结构物所在位置的稳定性。海洋静力触探技术是一种集测试速度快、数据连续性好、再现性好、操作省力等优点的原位测试方法，并以其自身的优势在海洋地质勘察中应用越发广泛，作用重大。由于国内海洋静力触探技术起步较晚，技术和经验尚不能满足国内海洋开发的要求，目前我国大多采用引进国外设备以及结果解释方法对国内各海域土体的强度参数进行分析，准确性较差。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种评价我国不同海域粘性土强度参数的方法，以提高准确性。本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：一种评价我国不同海域粘性土强度参数的方法，所述方法包括：获取海底粘性土试样；确定获取的所述海底粘性土试样的不排水抗剪强度Su；将所述海底粘性土试样从新制备，以获取重塑土体；获取所述重塑土体的不排水抗剪强度Su′；根据获取的所述海底粘性土试样和所述重塑土体的不排水抗剪强度，确定土体的灵敏度St；获取海床表面以下的原状粘性土体的有效锥尖阻力qt-u、锥尖阻力qt、侧摩阻力fs和孔隙水压力u；利用公式1)确定经验系数Nke，利用公式2)确定经验系数Ns，Su＝(qt-u)/Nke公式1)St＝Ns/Rf公式2)其中：qt-u为原状粘性土体的有效锥尖阻力，Rf为摩阻比，即侧摩阻力fs与锥尖阻力qc的比值；获取同一场地的多组海底粘性土试样的灵敏度St，以对经验参数Nke、Ns进行修正；利用修正后的经验参数Nke、Ns以及公式1)、公式2)获取同一场地下海床表面以下的原状粘性土体的不排水抗剪强度以及土体灵敏度。进一步地，所述确定获取的所述海底粘性土试样的不排水抗剪强度包括：通过室内体积压缩法试验判定获取的所述海底粘性土试样的扰动程度，并采用SHANSEP试验方法确定获取的所述海底粘性土试样的不排水抗剪强度。更进一步地，所述通过室内体积压缩法试验判定获取的所述海底粘性土试样的扰动程度包括：根据室内压缩试验的e～lgp曲线，获取理想原状土样的压缩曲线以及完全扰动的重塑土样的压缩曲线；根据公式3)对获取的所述海底粘性土试样的扰动程度进行扰动性定量评价，以判定出获取的所述海底粘性土试样的扰动程度，所述公式3)为：λd＝Δe/Δe0公式3)公式3)中，Δe为在外力pc作用下，理想压缩曲线和实际压缩曲线的孔隙比差值；Δe0为在外力pc作用下，理想压缩曲线和完全扰动曲线的孔隙比差值；所述pc为海洋土体所受的前期固结压力大小，所述前期固结压力是指土体在历史上经受过的最大有效固结压力。更进一步地，所述采用SHANSEP试验方法确定获取的所述海底粘性土试样的不排水抗剪强度包括：采用室内固结压缩试验确定土体原位超固结比OCR，所述超固结比是指土体的先期固结压力Pc与现有土层上部土体有效自重压力P0之比，所述有效自重压力P0是指土体的有效重度γ′与试样埋深h的乘积，所述有效重度γ′为土体的密度与重力加速度乘积减去10，所述试样埋深是指取样位置距海床表面的距离；根据确定的土体原位超固结比OCR、上覆有效自重压力P0和土体的扰动程度λd，确定所述海底粘性土试样的初始固结压力，取为前期固结压力pc的1.5～2.5倍，当扰动程度较大时，取高值，反之，取低值，所述初始固结压力为三轴剪切试验中对试样施加的围压σ3值；所述海底粘性土试样在1.5～2.5倍pc固结压力下稳定后，分别卸载制备超固结比OCR分别为1、2、4的试样，至回弹变形稳定后，进行不排水剪切试验，直至剪切应变达到20％停止试验，进而获得不同超固结比条件下试样的应力应变关系曲线，所述剪切应变为试样轴向变形量与试样初始高度的比值；根据获得的应力应变关系曲线，确定不同超固结比OCR条件下试样的不排水抗剪强度，并采用有效围压对试样的抗剪强度进行归一化，即表示为Su/σ′nc，其中Su为土体的不排水抗剪强度，即试样在不排水条件下单位面积所能承受的最大剪切力大小，取剪应变为20％之内的剪切应力的峰值，如果在20％剪应变范围内没有出现剪切峰值，取剪应变达到20％的剪应力，σ′nc为试样的有效围压，即试样外部所施加围压σ3与试样内部孔隙水压力u的差值，进而得到归一化的不排水抗剪强度与超固结比OCR的关系曲线；建立归一化的不排水抗剪强度与超固结比OCR的关系式，并用于计算不同超固结比OCR和上覆有效自重压力P0条件下原状土体的不排水抗剪强度Su，即获取所述海底粘性土试样的强度参数。进一步地，所述重塑土样的制备过程为：将海底粘性土试样切成碎块，拌和均匀，测定含水率w，所述含水率是指土体内部的水质量mw与土颗粒质量ms的比值；然后切成碎块的海底粘性土试样风干，并将风干的土体碾散，但不得将土粒破碎；将碾散的风干土样过筛，取筛下足够试验用的土样，充分拌匀，并测定风干含水率w0，即风干后土体内部的水质量mw与土颗粒质量ms的比值，然后装入塑料袋内备用；根据环刀容积及所要求的干密度，按公式4)计算试样制备所需的风干土质量：m0＝(1+0.01w0)ρdV公式4)公式4)中，所述m0为制备试样所需的风干土样质量(g)，所述w0为风干含水率(％)，即风干后土体内部的水质量mw与土颗粒质量ms的比值，所述ρd为试样所要求的干密度(g/cm3)；所述V为试样体积(cm3)；根据试样所要求的含水率，按公式5)计算制备试样所需的加水量：mw＝(m0/(1+0.01w0))×0.01(w1-w0)公式5)所述mw为制备试样所需要的加水量(g)，所述w1为试样要求的含水率(％)；称取过筛的风干土样平铺，根据公式5)计算得到的加水量，用量筒量取，并将水均匀喷洒于土样上，充分拌匀后装入保湿缸内盖紧，润湿一昼夜；测定润湿土样不同位置处的含水率，不应少于两点，且试样的含水率与要求的含水率之差不得大于±1％；采用分层击样法进行试样制备，试样共分为5层进行分层击实；擦净环刀外壁，称环刀和试样总质量，准确至0.1g，同一组试样的密度与要求的密度之差不得大于±0.01g/cm3；对试样进行饱和，采用真空饱和装置对试样进行饱和，即得到重塑土样。进一步地，所述获取所述重塑土体的不排水抗剪强度包括：根据室内三轴压缩试验获取所述重塑土体的不排水抗剪强度。更进一步地，所述根据室内三轴压缩试验获取所述重塑土体的不排水抗剪强度包括：根据公式6)获取所述重塑土体的不排水抗剪强度，所述公式6)为：Su′＝σ1/2公式6)公式6)中，Su′为重为塑土体的不排水抗剪强度，σ1为室内三轴压缩试验中施加的轴向偏应力，为轴向应力与围压的差值。进一步地，所述土体的灵敏度通过公式4)获取，所述公式7)为：St＝Su/Su′公式7)公式7)中，St为土体的灵敏度，Su为海底粘性土试样的不排水抗剪强度，Su′为重塑土体的不排水抗剪强度。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过采用实验的方式获取试样的不排水抗剪强度以及土体的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种评价我国不同海域粘性土强度参数的方法，其特征在于，所述方法包括：获取海底粘性土试样；确定获取的所述海底粘性土试样的不排水抗剪强度Su；将所述海底粘性土试样重新制备，以获取重塑土体；获取所述重塑土体的不排水抗剪强度S′u；根据获取的所述海底粘性土试样和所述重塑土体的不排水抗剪强度，确定土体的灵敏度St；获取海床表面以下的原状粘性土体的有效锥尖阻力qt‑u、锥尖阻力qt、侧摩阻力fs和孔隙水压力u；利用公式1)确定经验系数Nke，利用公式2)确定经验系数Ns，Su＝(qt‑u)/Nke    公式1)St＝Ns/Rf         公式2)其中：qt‑u为原状粘性土体的有效锥尖阻力，Rf为摩阻比，即侧摩阻力fs与锥尖阻力qc的比值；获取同一场地的多组海底粘性土试样的灵敏度St，以对经验参数Nke、Ns进行修正；利用修正后的经验参数Nke、Ns以及公式1)、公式2)获取同一场地下海床表面以下的原状粘性土体的不排水抗剪强度以及土体灵敏度。

【技术特征摘要】
1.一种评价我国不同海域粘性土强度参数的方法，其特征在于，所述方法包括：获取海底粘性土试样；确定获取的所述海底粘性土试样的不排水抗剪强度Su；将所述海底粘性土试样重新制备，以获取重塑土体；获取所述重塑土体的不排水抗剪强度S′u；根据获取的所述海底粘性土试样和所述重塑土体的不排水抗剪强度，确定土体的灵敏度St；获取海床表面以下的原状粘性土体的有效锥尖阻力qt-u、锥尖阻力qt、侧摩阻力fs和孔隙水压力u；利用公式1)确定经验系数Nke，利用公式2)确定经验系数Ns，Su＝(qt-u)/Nke公式1)St＝Ns/Rf公式2)其中：qt-u为原状粘性土体的有效锥尖阻力，Rf为摩阻比，即侧摩阻力fs与锥尖阻力qc的比值；获取同一场地的多组海底粘性土试样的灵敏度St，以对经验参数Nke、Ns进行修正；利用修正后的经验参数Nke、Ns以及公式1)、公式2)获取同一场地下海床表面以下的原状粘性土体的不排水抗剪强度以及土体灵敏度。2.根据权利要求1所述的评价我国不同海域粘性土强度参数的方法，其特征在于，所述确定获取的所述海底粘性土试样的不排水抗剪强度包括：通过室内体积压缩法试验判定获取的所述海底粘性土试样的扰动程度，并采用SHANSEP试验方法确定获取的所述海底粘性土试样的不排水抗剪强度。3.根据权利要求2所述的评价我国不同海域粘性土强度参数的方法，其特征在于，所述通过室内体积压缩法试验判定获取的所述海底粘性土试样的扰动程度包括：根据室内压缩试验的e～lgp曲线，获取理想原状土样的压缩曲线以及完全扰动的重塑土样的压缩曲线；根据公式3)对获取的所述海底粘性土试样的扰动程度进行扰动性定量评价，以判定出获取的所述海底粘性土试样的扰动程度，所述公式3)为：λd＝Δe/Δe0公式3)公式3)中，Δe为在外力pc作用下，理想压缩曲线和实际压缩曲线的孔隙比差值；Δe0为在外力pc作用下，理想压缩曲线和完全扰动曲线的孔隙比差值；所述pc为海洋土体所受的前期固结压力大小。4.根据权利要求2所述的评价我国不同海域粘性土强度参数的方法，其特征在于，所述采用SHANSEP试验方法确定获取的所述海底粘性土试样的不排水抗剪强度包括：采用室内固结压缩试验确定土体原位超固结比OCR，所述超固结比是指土体的先期固结压力Pc与现有土层上部土体有效自重压力P0之比，所述有效自重压力P0是指土体的有效重度γ′与试样埋深h的乘积，所述有效重度γ′为土体的密度与重力加速度乘积减去10，所述试样埋深是指取样位置距海床表面的距离；根据确定的土体原位超固结比OCR、上覆有效自重压力P0和土体的扰动程度λd，确定所述海底粘性土试样的初始固结压力，取为前期固结压力pc的1.5～2.5倍，当扰动程度较大时，取高值，反之，取低值，所述初始固结压力为三轴剪切试验中对试样施加的围压σ3值；所述海底粘性土试样在1.5～2.5倍pc固结压力下稳定后，分别卸载制备超固结比OCR分别为1、2、4的试样，至回弹变形稳定后，进行不排水剪切试验，直至剪切应变达到20％停止试验，进而获得不同超固结比条件下试样的应力应变关系曲线，所述剪切应变为试样轴向变形量与试样初始高度的比值；根据获得的应力应变关系曲线，确定不同超固结比OCR条件下试样的不排水抗剪强度，并采用有效围压对...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓海峰，祁磊，许浩，刘振纹，罗小桥，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司，中国石油集团海洋工程有限公司，中国石油集团工程技术研究有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11