第２８卷第６期 海 洋 通 报 、，ｏＩ＿２８．Ｎｏ．６ Ｄｅｃ．，２００９ ２００９年ｌ２月 ＭＡＲＩＮＥ ＳＣＩＥＮＣＥ ＢＵＬＬＥＴＩＮ 海底浅表层不同土类静力触探参数与 物理力学性质对比研究 陈培雄，潘国富，陈小玲 （国家海洋局第二海洋研究所，杭卅ｌ ３１００１２） 摘要：海底士的物理、力学特性是海洋地质学、海洋土工学、海洋地质灾害等调查研究及海洋资源开发环境条件调查和评价等方 面非常重要的资料，海底静力触探试验（ＣＰＴ）是获取这方面资料的一种快速高效、成本低、测试精度高的原位测试方法。它可同时获 取海底土锥尖阻力、侧摩阻力等方面的连续原位测试数据，这些数据与海底土取样样品测试分析资料及物探资料结合，可对海底土 的工程特性等作比较全面的分析和评价。本文对采集的海底土样的静力触探参数与海底土样的物理力学指标进行相关分析，分粘性 上和砂类土二类，建立了海底浅表层土的静力触探参数与物理力学指标之间的相关方程。利用相关方程可以通过静力触探的数据来 推算十的物理力学指标，进而对海底土的工程情况作较全面的评价。 关键词：静力触探；海底静力触探参数；上物理力学指标；相关分析 中图分类号：Ｐ７３６；ＴＵ４２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１．６９３２（２００９）０６—００１１８－０４ 己Ｉ１，ｌ 吉 口 随着海洋资源开发利用和海洋开发活动的日益增长，熟悉和确定海底土的工程特性变得日益重要，由 于对海底土的工程特性不够了解，在海洋开发活动的过程中，世界上发生了不少海洋灾害和海洋建设物破 坏事件，不仅造成了经济上的重大损失，而且对工作人员的生命安全也构成很大的威胁【ｌＪ。钻孔取样并进 行室内土工实验是详细了解海底土的分层、分类及其工程特性的常见方法，然而，传统的取样和实验室分 析方法不仅对土样的扰动大，使得实验室测试结果常出现较大误差，同时成本费用比较高，操作比较麻烦。 静力触探试验（ＣＰＴ）作为一种快速、数据连续、再现性好、操作省力的原位测试方法，在海洋工程地质 调查和岩土工程勘察中的使用越来越多，正成为进行工程地质条件定量评价及海底地质灾害调查与评价的 重要手段 Ｊ。静力触探资料应用的一个重要方面是通过对采集的静力触探资料以及相应的钻孔土样资料进 行统计分析的方法，获得静力触探参数与土物理力学性质指标之间的相关关系，进而建立静力触探参数与 各项物理力学性质指标之间的回归方程。国内一些学者针对沿海地区土层进行了静力触探参数与各项物理 力学性质指标之间相关性的探索，得出了不同地区和不同土类土的锥尖阻力（吼）和侧摩阻力 ）与土的 含水量、湿密度、孔隙比、压缩系数和压缩模量等指 标的相关性，并进一步建立了回归方程。Ｉ４ 但这些研 究工作基本上以滨海地区的陆相土为研究对象，对于 海底土特别是海底浅表层土的相关研究目前国内研究 并不多。本文结合海底管道路由工程勘测等海洋调查 所获取的静力触探数据以及相应的钻孔土样资料，分 粘性上和砂类土二类对海底浅表层土这方面的相关性 进行了初步的探索。 １数据资料获取与方法 结合海底管道路由工程勘测等海洋调查，在东海 中部陆架至浙江沿海海域采集了３４个孔位的海底浅表 层土ＣＰＴ数据资料以及相应孔位土样测试分析资料，钻 收稿日期：２００８ ０６．２３；收修改稿目期：２００９—０５—１１ 基金项｝』：同家海洋局第二海洋研究所所基本科研、世务专项项目（ＪＧ０９ｌ５） 图ｌ ＣＰＴ及钻孔取样孔位 Ｆｉｇ．１ Ｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ＣＰＴ ａｎｄ ｂｏｒｅｈｏｌｅ ６期 陈培雄等：海底浅表层不同土类静力触探参数与物理力学性质对比研究 ｌ１９ 孔位置见图１。 调查区土样的土可以分成粘性土和砂类土两大类，并以粘性土为主。静力触探试验主要获取的参数是 锥尖阻力ｑ 和侧摩阻力 。钻孔和取样样品测试分析所获得的物理力学指标主要包括含水量 ）、孔隙比 （已）、天然重度（ ）、压缩系数（口）和压缩模量（ ）等。在计算机处理软件ＥＸＣＥＬ中，将所有静力触探数 据与土样的物理力学数据分列排序，发现随着锥尖阻力的增加，土的类型从粘性土向砂类土变化排列，锥 尖阻力值与岩性相关性较好，利用ＥＸＣＥＬ软件对这些数据进行绘图，发现土样的物理力学参数与静力触 探参数之间存在着较好的相关性，将粘性土和砂类土分开来统计，发现粘性土土样的物理力学参数与静力 触探参数之问的相关性要比砂类土好。 ２粘性土静力触探参数与土的物理力学参数之间的相关性 利用ＥＸＣＥＬ软件对所获得的粘性土静力触探参数数据与取样、钻孔土样品的物理力学数据进行统计 分析，并建立回归方程，发现它们之间存在着很好的相关性，作为分析的例子图２—１和图２—２给出了粘性 土的静力触探参数与含水量之问的相关关系。（见表１和图２—１、图２－２）。 从表１、图２—１、图２－２可见，研究区内土的静力触探参数和土的含水量、天然重度、孔隙比、塑性指 数、压缩系数以及压缩模量之间主要表现为：随着土样锥尖阻力ｑ。和侧摩阻力ｆｓ的增加，土样的含水量、 孔隙比、压缩系数都相应减小，呈负相关关系。而土的天然重度和压缩模量则随着锥尖阻力ｑ。和侧摩阻力 ｆｓ的增加而增加，呈正相关关系。当它们之间的回归方程为幂函数方程时，相关系数最高，相关性最好。 可见土的静力触探测试结果和物理力学指标都密切相关。 表１ 粘性土静力触探参数与物理力学性质指标的相关方程 Ｔａｂ．１ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ＣＰＴ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｐｈｙｓｉｃｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｌａｙｅｙ ｓｏｉｌ 注：锥尖阻力 （ＭＰａ）；侧摩阻力 ＣｋＰａ）；天然含水量ＣＯ（％）；天然重度￣ｋＮ／ｍ ）；孔隙比Ｐ；压缩系数口（ＭＰａ＂ ）；压缩模量Ｅｓ（ＭＰａ） 图２－１含水量与锥尖阻力统计相关 Ｆｉｇ．２－１ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｗａｔｅｒ 图２－２含水量和侧摩阻力统计相关 Ｆｉｇ。２－２ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ（∞）ａｎｄ ｃｏｎｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ（ｑ３ ｆｏｒ ｃｌａｙｅｙ ｓｏｉｌ ｃｏｎｔｅｎｔ（∞）ａｎｄ ｓｌｅｅｖｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎ（ｆ￣）ｆｏｒ ｃｌａｙｅｙ ｓｏｉｌ ｌ２０ 海 洋 通 报 ２８卷 ３砂类土的静力触探参数与物理性质指标的相关性 为了解土的类型变化对相关性的影响，将砂类土的静力触探参数与物理性质指标进行了相关分析（表 ２和图３．１、图３—２）。由表２和图３一Ｉ、图３—２可见，砂类土的静力触探参数与物理性质指标的相关性与粘 性土土样的统计结果总体有很好的一致性，即天然含水量、孔隙比随着静力触探参数ｑ。和侧摩阻力ｆｓ的 增加而减小，它们之间呈负相关性，而与土的天然重度则呈正相关性。和粘性土一样，当以幂函数建立回 归方程时，它们的相关性最好，相关系数最高。与粘性土相比，砂类土的静力触探参数与物理性质指标相 关性有普遍降低，相关系数普遍变小；这说明粘性土由于颗粒较小，土质均匀，其静力触探参数对土物理 性质指标的反映更加灵敏，粘性土所建立的回归方程在工程上的应用更为准确。 表２砂类土静力触探参数与物理性质指标的相关方程 Ｔａｂ．２ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ＣＰＴ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｐｈｙｓｉｃｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓａｎｄｙ ｓｏｉｌ 图３．１ 含水量与锥尖阻力 图３．２含水量和侧摩阻力 Ｆｉｇ．３－１ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｗａｔｅｒ Ｆｉｇ．３－２ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ（ｃｏ）ａｎｄ ｃｏｎｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ（ｑＯ ｆｏｒ ｓａｎｄｙ ｓｏｉｌ ｃｏｎｔｅｎｔ（ｃｏ）ａｎｄ ｓｌｅｅｖｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎ（ｆＯ ｏｆｒ ｓｎａｄｙ ｓｏｉｌ ４ 结 论 通过对在东海陆架获得的海底静力触探参数和土样的物理力学性质指标之间的统计分析，建立了二者 之间的经验公式。研究区内土的静力触探参数与含水量、天然重度、孔隙比、压缩系数及压缩模量之间均 表现为很高的幂函数相关关系。其中天然重度和压缩系数与土的静力触探参数呈正相关性，其他的物理力 学指标与土的静力触探参数呈负相关性。将粘性土和砂类土样本进行统计分析后发现，粘性土的静力 触探参数与土的物理性质指标之间的相关性普遍要高。本文所建立的静力触探参数与土样的物理力学性质 指标之问的相关方程可以用于根据通过静力触探的原位试验来推算研究海底土的物理力学指标，进而对海 底土的工程特性作较全面的评价，但是由于静力触探贯入机理的复杂性和影响因素的多元性，静力触探成 果的解释主要还是经验性的，静力触探参数和土样的物理力学性质指标所建立的回归方程往往也是区域性 的经验公式。因此，所建立的静力触探参数与土物理力学性质指标之间的相关方程在其他海域的应用性还 需进…一步验证。 ６期 陈培雄等：海底浅表层不同土类静力触探参数与物理力学性质对比研究 ｌ２１ 参考文献： 【１］ 『２ ２１ｆ３１ 孙家凇，冯栎志．东海工程地质条件的初步研究，海洋地质专刊［ｊ］．１９８７，４（０． ＤｅＰｕｉｔｅｒ Ｊ，ＢｅｆｉｎｇｅｎＦＬ．ＰｉｌｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｆｏｒｌａｒｇｅＮｏｒｔｈ Ｓｅａ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｆＪ】．ＭａｒｉｎｅＧｅｏｔｅｃｈｌｏｇｙ，１９７９，３（３）：２６７—３１４． ＲｏｂｅｒｔｓｏｎＰＫ，Ｓｏｉｌ ｃｌａｓｓｉｉｆｃａｔｉｏｎｕｓｉｎｇｔｈｅ ｃｏｎｅｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎｔｅｓｔ［Ｊ］．ＣａｎａｄｉａｎＧｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ，１９９０，２７（１）：１５１—１５８． 【４１ 邢恩桥，许国辉，房俊伟，等．天津沿海地层静力触探参数与土体物理力学性质对比研究［Ｊ］＿海岸工程，２００５，２４（２）：２８—４２ ［５】 ［６】 高颂东．静力触探参数与地基土物理力学指标（天津地区）相关分析研究［Ｊ］．岩土工程界，２００３，６（７）：７５—７７． 简文彬，吴振祥，刘慧明，等．闽东南沿海地区软土静力触探参数相关分析［Ｊ１．岩土工程界，２００５，２６（５）：７３３—７３８． 作者简介：陈培雄，（１９７９一），男，浙江苍南人，硕士，主要从事海洋地质和海洋岩土工程工作，已发表 相关论文一篇。电子邮箱：ｃｈｅｎｐｅｉｘｉｏｎｇ＠１２６．ｃｏｒｎ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｖｅ ａｎａｌｙｓｅｓ ｏｆ ｃｏｎｅ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｐｈｙｓｉｅｏｍｅｅｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｆｏｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｅａｂｅｄ ｓｏｉｌ ｔｙｐｅｓ ＣＨＥＮ Ｐｅｉ—ｘｉｏｎｇ，ＰＡＮ Ｇｕｏ—ｆｕ，ＣＨＥＮ Ｘｉａｏ—ｌｉｎｇ （Ｓｅｃｏｎｄ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＯｃｅａｎｏｇｒａｐｈｙ，ＳＯＡ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００１２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｎｅ Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ Ｔｅｓｔ（ＣＰＴ）ｉｓ ａ ｑｕｉｃｋ，ｌｏｗ ｃｏｓｔｉｎｇ，ｈｉｇｈ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ａｎｄ ｒａｐｉｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ—ｓｉｔｕ ｔｅｓｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｐｈｙｒｓｉｃｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｅａｂｅｄ ｓｏｉｌ．Ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｔｈｅ ｒａｐｉｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｏｆｆｓｈｏｒｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｏｆｆｓｈｏｒｅ ＣＰＴ ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ａｓ ａｎ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｌｙ ｒｅｃｏｇｎｉｚｅｄ ｓｔａｎｄａｒｄ，ａｎｄ ｉＳ ｂｅｉｎｇ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｏｆｆｓｈｏｒｅ ｉｎｄｕｓｔｒｙ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｉｔ ｉｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｏ ｋｎｏｗ ｔｈｅ ｍａｒｉｎｅ ＣＰＴ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｔｏ ｖｅｒｉｆｙ ｔｈｅ ｓｕｉｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＰＴ ｄａｔａ， ｔｏ ｐｒｏｐｏｓｅ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｅｍｐｉｒｉｃａｌ ｆａｃｔｏｒｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｓｏｉｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｉｎ ｏｆｆｓｈｏｒｅ ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｉｎ Ｃｈｉｎａ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，Ｃｏｎｅ Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ Ｔｅｓｔ（ＣＰＴ）ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ（ｃｏｎｅ ｒｅｓｉｓａｎｃｅ ａｎｄ ｓｌｔｅｅｖｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎ）ａｎｄ ｐｈｙｓｉｃｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｅａｂｅｄ ｓｏｉｌ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｓｔａｔｉｓｔｉｃａＩ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅｍ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｌａｙｅｙ ｓｏｉｌ ａｎｄ ｓａｎｄｙ ｓｏｉｌ．Ｔｈｅｒｅ ａｐｐｅａｒｅｄ ｈｉｇｈ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｖｅ ｃｏｅｍｃｉｅｎｔｓ．Ｔｈｅｓｅ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｐｒｅｄｉｃｔ ｓｅａｂｅｄ ｓｏｉｌ ｐｈｙｓｉｃｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｆｒｏｍ ＣＰＴ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｔｏ ｅｖａｌｕａｔｅ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅａｂｅｄ ｓｏｉｌ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｅ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ；ｃｏｎｅ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ；ｐｈｙｓｉｃｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；ｃｏｒｒｅｌａｔｉｖｅ ａｎａｌｙｓｅｓ
