基于最小二乘法擬合某海域靜力觸探錐頭系數(shù)

陳磊

【摘 要】靜力觸探在海洋地質(zhì)勘察中的使用越來(lái)越成熟，可以得到連續(xù)的地質(zhì)剖面曲線，得到各種參數(shù)，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(qiáng)度。采用土工試驗(yàn)方法確定黏性土不排水抗剪強(qiáng)度時(shí)，由于取樣、運(yùn)輸和制樣等對(duì)試樣產(chǎn)生擾動(dòng)，造成試驗(yàn)結(jié)果偏差。錐頭系數(shù)的選取很關(guān)鍵，由于各海域的特征，不宜盲目套用國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。這里對(duì)某海區(qū)塊，采用最小二乘法擬合錐頭系數(shù)，并驗(yàn)證其合理性。結(jié)果表明對(duì)錐頭系數(shù)進(jìn)行擬合是可行的，可為靜力觸探在我國(guó)其它海洋勘探區(qū)塊地質(zhì)勘察提供指導(dǎo)借鑒。

【關(guān)鍵詞】最小二乘法;靜力觸探;抗剪強(qiáng)度;錐頭系數(shù)

中圖分類號(hào)： TU312.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 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(cè)試方法主要包括手動(dòng)十字板，電動(dòng)十字板，袖珍貫入儀，不排水不固結(jié)三軸壓縮實(shí)驗(yàn)，這些試驗(yàn)需要采集原裝樣品，樣品的質(zhì)量等級(jí)是決定試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性的主要因素。靜力觸探試驗(yàn)通過連續(xù)貫入錐頭而獲取土體不排水抗剪強(qiáng)度參數(shù)，是巖土工程原位測(cè)試的主要技術(shù)之一。

1 CPT擬合靜力觸探錐頭系數(shù)方法

目前國(guó)內(nèi)外通過CPT試驗(yàn)估算不排水抗剪強(qiáng)度最常用的估算方法是使用修正的錐尖阻力qt來(lái)估算不排水抗剪強(qiáng)度Cu。如下式（1）所示。

式中，Cu：不排水抗剪強(qiáng)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(shù)，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(guó)外的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)值Nkt，就可以快速推算粘性土的不排水強(qiáng)度Cu，可能高估粘性土的不排水抗剪強(qiáng)度，則會(huì)高估計(jì)地層的承載力，影響鉆井船基礎(chǔ)穩(wěn)定性，不利于鉆井船插樁。其經(jīng)驗(yàn)系數(shù)不宜盲目套用國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。

1.1 現(xiàn)場(chǎng)CPT測(cè)試情況

選取五個(gè)場(chǎng)址進(jìn)行分析，包括5個(gè)CPT測(cè)試孔和5個(gè)取樣孔進(jìn)行分析。先利用四個(gè)場(chǎng)址的CPT曲線和土質(zhì)強(qiáng)度試驗(yàn)擬合錐頭系數(shù)，再利用第五個(gè)場(chǎng)址的CPT曲線和土質(zhì)強(qiáng)度試驗(yàn)檢驗(yàn)錐頭系數(shù)。四個(gè)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(nèi)，表層粘性土錐尖阻力值大概為0.1-0.3MPa范圍內(nèi)。

1.2 土質(zhì)試驗(yàn)

土質(zhì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)包括現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和室內(nèi)測(cè)試兩個(gè)部分，從海底取出土樣后，即刻進(jìn)行試驗(yàn)，避免了土樣擾動(dòng)，失水和圍壓釋放，實(shí)驗(yàn)值可靠;現(xiàn)場(chǎng)包裝樣品完好，且無(wú)擾動(dòng)，用石蠟封裝運(yùn)輸至土工試驗(yàn)室，進(jìn)行不排水不固結(jié)三軸壓縮實(shí)驗(yàn)。

1.3 擬合錐頭系數(shù)

根據(jù)以上的CPT測(cè)試值和土工實(shí)驗(yàn)值，采用最小二乘法擬合擬合錐頭系數(shù)值Nkt =22.9（黑線）見圖2，擬合效果好。

1.4 計(jì)算強(qiáng)度Cu和實(shí)測(cè)強(qiáng)度Su對(duì)比分析

圖3和圖4分別為5#井CPT曲線和抗剪強(qiáng)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(xiàn)象，對(duì)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(jié)合公式（1），得到粘性土抗剪強(qiáng)度剖面Cu，與對(duì)應(yīng)深度的土質(zhì)試驗(yàn)抗剪強(qiáng)度值Su對(duì)比，誤差e=（Su-Cu）/Su*100%，一般在-20%-30%范圍內(nèi)，平均誤差為13.9%整體上計(jì)算偏差在可接受范圍內(nèi)，說明Nkt=22.9是比較合理的，并沒有高估粘性土抗剪強(qiáng)度，有利于鉆井船插樁分析。這表明Nkt=22.9時(shí)，采用式（1）計(jì)算粘性土的不排水強(qiáng)度Cu是可行的。

2 結(jié)論

通過CPT試驗(yàn)結(jié)果和土工實(shí)驗(yàn)，擬合該區(qū)塊的最優(yōu)錐頭系數(shù)。將計(jì)算的不排水強(qiáng)度計(jì)算值Cu和實(shí)測(cè)值Su進(jìn)行對(duì)比分析，證明了并對(duì)國(guó)外經(jīng)驗(yàn)參數(shù)Nkt進(jìn)行標(biāo)定是切實(shí)可行的。

（1）通過最小二乘法可以有效地?cái)M合Nkt的值，準(zhǔn)確的估算不排水強(qiáng)度計(jì)算值，與實(shí)際土樣實(shí)驗(yàn)值吻合程度高，可以為鉆井船插樁提供有用的設(shè)計(jì)參數(shù)。

（2）應(yīng)用大量準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來(lái)校核和驗(yàn)證Nkt系數(shù)是十分必要的?？奢^好地解決經(jīng)驗(yàn)不足造成的對(duì)靜力觸探數(shù)據(jù)解釋抗剪強(qiáng)度的偏差，對(duì)中國(guó)其它海域油田勘探區(qū)塊靜力觸探解釋具有指導(dǎo)借鑒意義。

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