0.   引言

随着中国“一带一路”区域经济发展战略的实施，在水上有着越来越多的工程项目^[1]。浅水和近岸岩土工程勘察面临着越来越多的新挑战，如航道拓宽加深、管线光缆铺设、潮汐波浪发电机等能源转换装置的安装等，都要求对河湖底岩土体的强度及稳定性进行评价。由于水下沉积物有着天然含水率高、孔隙率大、抗剪强度低、灵敏度高的特点，这使得在勘察过程中传统钻孔取样、室内试验会造成应力释放、试样扰动，试验结果难以反映水下土体的真实物理力学性质，且成本非常高^[2]。尽管目前孔压静力触探技术（CPTU）已适用于软土工程，且具有快速、可靠的特点，但在测试过程中要使用海洋静力触探贯入设备，如需要大型船只作为运载平台并配备有大型起重机或绞车，成本较高^[1-3]。自落式动力触探技术（FFP）作为一种新型的便携式动力触探装备，测试时无需大型船只和贯入设备，操作轻便灵活，可较准确地获得河湖底浅层土体的原位特性参数和土体扰动后的参数，有效缩短勘察时间、降低勘察成本。基于FFP技术的软土特性研究，受到国内外学者的广泛关注。

Ingram^[4]于1982年首次提出消耗式海底触探仪（XBP）这种类鱼雷形动力触探仪的概念。德国不莱梅大学先后开发了两种易于使用的长矛形自由落体触探仪，浅水型SW-FFCPT和深水型DW-FFCPT^[5-6]，可测量贯入过程中的加速度、锥尖阻力、侧壁摩阻力、孔隙水压力，运动停止后，还可进行孔压消散试验。不少学者关于基于FFP测试技术的土体不排水抗剪强度进行了大量研究，Mosher等^[6]采用与静力锥型触探试验相似的计算方法，使用经验系数N_k，由FFCPT动态贯入阻力q_d计算得到不排水抗剪强度；Stegmann等^[5]采用Esrig等提出了中度至高度敏感的水下沉积物的经验关系来确定不排水抗剪强度；Morton等^[7]提出用于球形自由落体试验中垂直加速度数据，以获得不排水剪切强度；Chow等^[8-11]提出从加速度测量计算得到不排水抗剪强度s_u的通过对FFP下落过程的受力分析，可根据加速度数据计算任意时刻的不排水抗剪强度s_u的间接法和直接测量锥尖阻力F_c和在锥肩位置的孔隙水压力u₂，通过动态的锥尖阻力直接计算s_u的直接法。

然而，通过FFP测试技术进行土体性质评价时，在受力模型中相关参数的选取缺少室内数据作为支撑，大多参数需要依靠经验进行取值，并未进行标准室内模型试验进行校准，并且因FFP触探仪种类繁多，结构各异，模型参数并不适用于所有FFP测试。因此，需要通过室内试验确定适合特定触探仪的参数，建立一套适合我国实际情况的基于FFP的土体评价方法。

本文利用自主研发的FFP设备，建立了FFP贯入过程的受力模型及相关数据处理框架，基于室内模型试验与现场试验结果，对触探仪的运动状态进行分析，研究影响贯入深度的不同因素及土体不排水抗剪强度的评价方法。

1.   FFP设备研发

FFP探头采用模块化设计，由端头、探头主体探杆、配重模块探杆、传感器模块探杆、稳定尾翼、吊环组成，如图 1（a）所示。其中端头分为圆锥、半球、圆柱端头，锥形端头的锥角为60°，直径为35.7 mm，半球端头直径为35.7 mm，前端为半球状，圆柱端头直径、高度均为35.7 mm，横置于探头前端。

图  1  FFP探头

Figure  1.  FFP probe

下载: 全尺寸图片 幻灯片

惯性测量单元（IMU）是利用惯性定律来主要测量和检测物体运动时加速度、旋转等多自由度运动参数的装置^[12]。惯性测量单元IMU能够有效降低测量噪声，提高测量精度，能快速求解FFP探头运动状态。

2.   FFP测试理论

2.1   FFP受力模型

当FFP完全浸没水中，贯入土体时，受到如图 1（b）所示力的作用，其中包括FFP的浮重W_s、端部阻力F_t、侧壁阻力F_s、拖曳阻力F_d、土体浮拖力F_b。在贯入过程中，FFP的运动遵循牛顿第二运动定律，其运动控制方程：

式中，m为FFP触探仪的质量，$m'$为附加质量，表示为随FFP共同加速或减速的土体，对于细长形的FFP，这种附加的质量仅限于顶端的一小块土体，因其质量足够小，所以可以将其忽略^[8-11]。

W_s为FFP浸没在水中或者土中时浮重，即FFP的重力扣除在水或土体中受到的浮力，该力在FFP贯入土体时充当动力。

F_t为端部阻力，该力产生是FFP探头前端土体发生破坏时强度和承载力的体现^[13]，虑应变率效应的影响，可表示为

式中，R_f-tip为端部阻力的应变率系数，A_t为FFP端部横截面面积，s_u为FFP端头前端土体的不排水抗剪强度，N_c为承载力系数，与FFP探头形状有关，圆锥、半球、圆柱端头中承载力系数取值不同。

侧壁阻力F_s表示为

式中，R_f-shaft为侧壁阻力的应变率系数，s_u(avg)为沿触探仪整个侧壁的平均不排水抗剪强度，A_s为与土体接触的全部侧壁面积，对于圆柱形探杆，侧壁面积计算方法为探杆底面周长与贯入土体深度的乘积，α为界面摩擦比，可近似为土体灵敏度的倒数^[9]。

拖曳阻力F_d表示为

式中，ρ_s为土体的饱和密度，C_D为曳力系数，对于FFP的应用分析，认为在水体和土体中的曳力系数C_D是相同的，其取值为0.2~1.2，对于外形规整的细长形状的物体，C_D取0.22较为合适^[8-11]。

F_b为土体浮托力，通过FFP排开土体的有效重力计算：

式中，$\rho '$为土体的浮密度，V_s为FFP在贯入土体时排开土体的体积，其中包括贯入过程中因空腔效应产生的比FFP浸没土体体积多的体积，g为重力加速度，取9.81 m/s²。排开土体的体积可以近似为FFP贯入土体的体积，即探头体积与贯入探杆的体积。

2.2   应变率效应

在不排水条件下，土体剪切应变率的增加会导致其不排水抗剪强度的提高，这种现象被称为应变率效应。在剪切应变率较大时，采用幂函数的形式可较好体现应变率效应对土体强度的影响^[11]。不同端头形状对于应变率效应的影响可以忽略不计^[8]，而对于细长圆柱形FFP触探仪的研究发现，侧壁阻力更容易受到应变率效应的影响，这种影响大约比端部阻力高出19%~23% ^[14]。引入系数n来考虑应变率效应对端部阻力和侧壁阻力的不同影响。

式中，$\dot \gamma$为应变率，${{\dot \gamma = v} \mathord{\left/ {\vphantom {{\dot \gamma = v} d}} \right. } d}$，v为FFP瞬时速度，d为FFP直径，${\dot \gamma _{{\text{ref}}}}$为参考应变率，${\dot \gamma _{{\text{ref}}}} = {{{v_{{\text{ref}}}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{{v_{{\text{ref}}}}} {{d_{{\text{ref}}}}}}} \right. } {{d_{{\text{ref}}}}}}$，指在应变率效应对土体强度的影响可以忽略时的应变率，${v_{{\text{ref}}}}$为参考FFP速度，${d_{{\text{ref}}}}$为参考FFP直径，${v_{{\text{ref}}}}$和${d_{{\text{ref}}}}$的选择应对应于名义上不排水的条件。

Chow等^[8]研究表明：参考CPT/CPTU技术标准，参考FFP速度${v_{{\text{ref}}}}$取2 cm/s，参考FFP直径${d_{{\text{ref}}}}$取35.7 mm，进而可以计算得到参考应变率${\dot \gamma _{{\text{ref}}}}$。

对于端部阻力n值取1，对于侧壁阻力n作为应变率参数β的函数：

在对动态贯入过程应变率效应影响的研究中，Low等^[15]和Chung等^[16]的研究表明应变率参数β的范围为0.05~0.09，而Lehane等^[17]研究表明应变率参数β的范围则为0.06~0.08。

2.3   测试数据处理

IMU测量单元测量的${{\text{a}}_{bx}}$，${{\text{a}}_{by}}$，${{\text{a}}_{bz}}$，通过方向余弦矩阵$R_b^i$^[18]转换为惯性坐标系中的${{\text{a}}_x}$，${{\text{a}}_y}$，${{\text{a}}_z}$。通过对惯性坐标系下的${{\text{a}}_x}$，${{\text{a}}_y}$，${{\text{a}}_z}$进行数值积分，得到FFP在水中自由下落和贯入土体过程中在惯性坐标系下3个方向的速度：

类似的可以求出y和z方向的分速度，触探仪的速度v：

通过数值积分来确定触探仪移动的距离s为

通过对垂直方向速度v_z进行数值积分，得到触探仪沿z轴方向移动的距离${s_z}$：

3.   FFP室内模型试验

3.1   土样制备

室内试验所用的土为人工配制所得，主要材料采用粒度为1250目的商品高岭土，为使土样更加接近实际中河湖中超软土，在高岭土粉末中拌和适量的粉质黏土粉末，粉质黏土约占土体总质量的20%。取适量混合粉末进行相关室内土工试验，获取土体的基本物理参数：含水率w=68.4%，密度$\rho$=1.80 g/cm³，孔隙e=2.73，液限w_L=57%，塑限w_P=29%，饱和度S_r=99.9。制成含水率为1.2倍液限的超软土，使土样更加接近实际中海湖中超软土。土样制备参照了Chow等^[8-11]所采用的土性质。

3.2   试验设备

针对开展FFP室内模型试验的要求，试验架由钢管搭接而成，高3500 mm，上方横梁处放置滑轮，减少摩擦，钢丝绳通过滑轮与FFP触探仪连接，如图 2所示，试验时可以通过米尺测量，控制FFP释放的高度。

图  2  FFP室内模型试验架

Figure  2.  FFP laboratory model test frame

下载: 全尺寸图片 幻灯片

3.3   试验方案

试验先后制备3箱土样，将土样放置于模型箱中，模型箱底部铺设50 mm厚排水砂层并设置排水孔，分别在自重应力下进行固结，固结期间，土样表面用塑料纸覆盖，防止干燥。1号箱土样固结1 d后，按要求进行试验，试验结束后进行充分的搅拌，固结30 d后，再次进行试验。2号箱土样，固结2 d进行相关试验。3号箱土样，先固结2 d后，按要求进行试验，试验结束后进行充分的搅拌，自重固结10 d后，再次进行试验，试验方案见表 1。

表  1  室内模型试验方案

Table  1.  Laboratory model test schemes

土样箱号	固结时间/d	端头类型	质量/kg	释放高度/cm	试验组数
1	1	A, B, C	6.70, 6.85	20, 40, 60	9
2, 3	2	A	6.70	20, 40, 60, 100	14
			8.20	40, 70, 100
		B	8.20	40, 60, 70, 100
		C	8.35	40, 70, 100
3	10	A	6.70	40, 70, 80, 100	10
			8.20	80, 100
			9.70	80, 100
		B	9.70	100
		C	9.85	100
1	30	A	8.20	40, 70, 100	9
		B	8.20	40, 70, 100
		C	8.35	40, 70, 100
总计					42
注：端头类型A-锥形、B-半球形、C-圆柱形。

下载: 导出CSV 

| 显示表格

3.4   室内模型试验结果分析

（1）运动状态分析

本文规定以“固结时间（d）—端头类型（ABC）—触探仪质量（kg）—释放高度（cm）”的形式对不同试验进行标记，其中端头类型字母的规定为A表示锥形、B表示半球形、C表示圆柱形，试验中FFP下落贯入土体过程的典型加速度变化曲线如图 3所示，此处以10—A—9.70—100、10—B—9.70—100、10—C—9.85—100等3种端头的典型贯入过程的时间–加速度曲线为例进行分析。

图  3  FFP贯入土体过程的加速度变化曲线

Figure  3.  Variation curve of acceleration of FFP into soil

下载: 全尺寸图片 幻灯片

FFP试验贯入过程可以大致分为4个阶段：①准备释放；②自由下落；③贯入土体；④最终制动。

准备释放阶段，FFP探头通过钢丝线牵引悬停在半空中，保持探头的稳定状态，避免过度的晃动与旋转，此时探头受到重力和牵引力的作用，整体达到平衡状态，加速度均为零。

自由下落阶段，释放牵引探头的钢丝绳，FFP探头因重力作用，做自由落体运动，其竖直方向的加速度a_z迅速增加到重力加速度g=9.8 m/s²左右，其他方向的加速度维持在零附近。值得注意的是，a_z并不会达到g，而是以略小于g的数值维持一段时间，这是因为探头在下落过程，虽然已释放牵引钢丝绳并且钢丝绳通过定滑轮进行牵引，但在拖动钢丝绳一起下落的过程中，钢丝绳仍会对探头的运动产生阻碍效果，致使探头在下落过程中的加速度a_z不会达到重力加速度g。下文分析碰撞速度时，同样体现该阻碍效果。当FFP探头接触土体发生碰撞时，加速度会发生突变，急剧降低，产生拐点，如图中碰撞冲击点所示，3种端头中圆柱形端头突变最为明显，这是因为圆柱形端头在接触土体时，接触面积最大且没有过度。

在贯入土体阶段，除z轴方向的加速发生变化外，其他方向的加速度也产生变化，说明此阶段FFP探头整体发生了轻微的倾斜，惯性坐标下的a_z与体坐标系下的a_bz出现错位。此过程中，加速度a_z先减小至零，FFP做加速度减小的加速运动；然后a_z方向反转并逐渐增大，FFP做加速度增大的减速运动；a_z达到最大值后，逐渐减小，FFP做加速度减小的减速运动；特别注意的是，在加速度减小至零，FFP停止运动之前，加速度a_z会在极短时间内出现振荡回弹，这种振荡回弹现象在诸多研究自由落体的文献中被提及^[8-11]。

在最终制动阶段，从图中可知，FFP探头在z轴方向加速度归零，但在其他方向上，还存在小数值的加速度分量，说明此时探头在其他方向上发生了微小倾斜。整个运动过程中，FFP探头产生的最大加速度在贯入土体的初期，锥形端头FFP最大加速度的出现在t=1.235 s处，a_max=-36.92 m/s²，半球形端头FFP的最大加速度出现在t=1.35 s处，a_max=-35.32 m/s²，圆柱形端头FFP的最大加速度出现在t=1.155 s处，a_max=-45.30 m/s²。

（2）影响贯入深度因素

以锥形端头为例研究不同释放高度，即不同碰撞速度，对贯入速度和深度的影响，如图 4所示，FFP分别从40，70，100 cm高度释放，碰撞速度分别为2.73，3.56，4.29 m/s，每次分别相对提高30.4%，20.5%。从图中可知，FFP贯入土体后都出现了首先加速的情况，速度达到最大值后，迅速降低，直至停止贯入。达到最大速度的深度，各图不尽相同，但总体的趋势是，随着释放高度和碰撞速度的提高，达到最大速度的深度也在增加，如图 4（b）中达到最大速度的深度分别为5，10，14 cm。图 4（a）中贯入深度分别为35.7，40.8，45.2 cm，分别相对提高14.2%，10.8%；图 4（b）中贯入深度分别为20.5，30.9，38.7 cm，分别相对提高50.7%，25.5%；图 4（c）中贯入深度分别为16.5，21.7，27.4 cm，分别相对提高31.2%，28.1%。总体来看，在同一土体中，随着释放高度的提高，贯入土体的深度也随之增加，即贯入深度与释放高度呈正相关。从不同的土体来看，随着土体强度的增加，相同情况的FFP测试，贯入深度随之减少，即贯入深度与土体强度呈负相关。

图  4  不同释放高度下的贯入速度随深度变化曲线

Figure  4.  Curves of penetration velocity changing with depth at different release heights

下载: 全尺寸图片 幻灯片

试验中锥形端头触探仪的3种质量分别为6.70，8.20，9.70 kg，不同质量下的贯入试验如图 5所示，图 5（a）中展示了在固结两天的土样中2组试验，质量为6.70，8.20 kg的触探仪分别在40，100 cm的高度释放，图中质量为6.70 kg的试验并没出现前文所述速度增加的现象，此现象可能与质量存在关系。第1组中的贯入深度分别为14.5，35.7 cm，第2组中贯入深度为37.3，45.3 cm，两组试验中，质量均提高了22.4%，但贯入深度分别增加了146.2%，21.4%。在图 5（b）中，3种不同质量触探仪下落时的速度随深度变化的曲线非常接近，速度最大值均出现在10~15 cm，贯入深度分别为39.7，45.1，49.7 cm，分别相对增加了13.6%，10.2%，质量相对增加为22.4%，18.3%，质量增加引起的贯入深度的增加并没有图 5（a）那么明显。对比图 5（a），5（b）可知，FFP触探仪质量的增加会对贯入深度产生正向的增加效果，但是这种增加效果会随着土体强度的增加而逐渐减弱。

图  5  不同质量下的贯入速度随深度变化曲线

Figure  5.  Curves of penetration velocity changing with depth under different masses

下载: 全尺寸图片 幻灯片

共使用3种端头进行试验，分别为锥形、半球形和圆柱形端头，不同端头下贯入深度随深度的变化如图 6所示。需要特别注意的一点是，因圆柱形端头体积较前两者稍大，所以质量比其他端头大0.15 kg，但多出的这部分质量仅总质量的2.2%~1.5%，所以本文在进行试验分析时忽略该部分质量的影响，认为3种端头的质量是相同的。

图  6  不同端头下的贯入速度随深度变化曲线

Figure  6.  Curves of penetration velocity changing with depth at different tips

下载: 全尺寸图片 幻灯片

在图 6（a）中，因土体仅固结1 d，强度较低，端头对贯入速度和深度的影响并不明显，贯入速度随深度的变化曲线几乎一致，图 6（a）中的贯入深度集中在55 cm附近。图 6（b）中，贯入深度由浅到深分别为圆柱形、锥形、半球形端头，分别为42.8，50.9，62.3 cm。图 6（c）中，贯入深度由浅到深分别为圆柱形、锥形、半球形端头，深度分别为27.0，34.0，47.8 cm，该结果与前文中锥形、半球形、圆柱形端头的承载力系数（15，12.5，21）相对应。在图 6（b），6（c）中，锥形端头在贯入土体前期，速度增加的幅度要高于半球形端头，但随后期速度急剧降低，而半球形端头虽然速度增加没有锥形端头高，但速度降低的较为缓慢，贯入也较深，这反映出半球形端头相较锥形端头更易于在超软土中贯入。总体而言，在贯入土体强度不是非常低的条件下，端头的类型会影响贯入时的速度与深度，半球形端头更容易贯入，深度最深，圆柱形端头更难贯入，深度最浅，锥形端头则介于二者之间。

（3）基于FFP试验的土体不排水抗剪强度评价

将FFP测试时的数据, 进行处理，加速度对时间一次积分获得速度数据，二次积分获得贯入深度数据，然后将加速度、速度、深度数据代入到力学模型，模型中的参数取值见表 2，计算获得土体的不排水抗剪强度s_u。

表  2  FFP室内模型与现场试验的基本参数取值表

Table  2.  Values of basic parameter of FFP tests

基本数	质量m/kg	重力加速度g/(m·s-2)	土体饱和密度ρs/(g·cm-3)	探头直径d/mm	参考速度vref/(m·s-1)	端头截面积At/cm2		承载力系数			界面摩擦比α	曳力系数CD		应变率参数β
						锥/半球形	圆柱形	Nc-kt	Nc-b	Nc-t		锥形	半球/圆柱形
室内模型试验	6.70~9.85	9.81	1.80	35.7	0.02	10	12.75	15	12.5	21	0.41	0.22	0.35	0.06
现场试验	8.20, 8.35	9.81	1.70	35.7	0.02	10	12.75	15	12.5	21	0.29	0.22	0.35	0.06

下载: 导出CSV 

| 显示表格

需要指出的是，土体对应的$\alpha$值并非一致，确定合适的界面摩擦比$\alpha$的值是十分必要的。理想情况下，确定土体深度范围内每一点的$\alpha$值并代入至式（3）计算结果精度是最高的，但是这在实际工程中成本较大，与FFP经济快速的优点相悖，难以实现。因此，在容许误差范围内，选取对应场地的$\alpha$代表值更为合理简便。

将FFP试验获得的4种土体不排水抗剪强度s_u与十字板剪切试验（VST）结果进行比较，取每种土体中5~6次典型试验值为代表，不排水抗剪强度随深度的变化如图 7所示。

图  7  FFP试验获得的土体不排水抗剪强度

Figure  7.  Undrained shear strengths of soils obtained from FFP tests

下载: 全尺寸图片 幻灯片

值得注意的是，本文研发的自落式动力触探贯入仪FFP的采集频率为200 Hz，即采集时间间隔为0.005 s，所以试验分析获得的土体强度值为间隔0.005 s的数据点，因FFP触探仪在贯入土体时，速度整体上是减小的，所以相同的时间间隔内，贯入的深度也会逐渐减小，所以导致图中FFP试验获得的s_u对应的数据点随深度逐渐变得密集。

从图中可以看到，FFP试验获得的不排水抗剪强度在深度较浅的位置，一般都是由很小的强度值开始增长，并很快达到土体的真实强度值，并在略高于土体强度至附近维持稳定，在贯入土体的后期，强度值会有突然减小的趋势，这是因为在贯入过程的末期，触探仪的速度减小至零左右，仅产生微小的位移，加速度值也降低，从而致使计算得到的土体强度值出现锐减现象。

整体而言，FFP试验获得的不排水抗剪强度与VST试验获得的强度值具有相当不错的一致性，通过本文的方法评价超软土的不排水抗剪强度具有良好的准确性和可靠性。自落式动力触探FFP测试技术为河湖相超软土的强度评价提供了一种新型、便捷、准确、可靠的技术手段。

4.   FFP现场试验

4.1   工程概况

苏锡常南部高速公路太湖隧道项目地处太湖湖荡平原区，地势低洼，地面一般标高为-0.6~1.0 m，依据该项目勘察成果及区域地质资料，场地区揭示地层主要为全新统黏性土层及上更新统黏性土、粉土、粉砂层，局部地段浅部堆积人工填土层，下部局部揭示侏罗系黄尖组安山岩和泥盆系五通组砂岩。太湖隧道湖底浅部为连续分布的软土，软土主要物理指标：天然含水率=31.0%~65.0%，天然密度ρ₀=1.51~1.86 g/cm³，天然孔隙比e=1.0~1.945，液限ω_L=35.6%~41.0%，塑限ω_p= 19.8%~21.7%，塑性指数I_p=10.2~23.4，液性指数I_L=1.01~1.99。1-2层软土土性为淤泥、淤泥质黏土，灰褐色—灰色，流塑，局部软塑，土质不均，局部地段夹粉砂、粉土薄层，具高孔隙比，高压缩性。该层主要分布于，层顶埋深为0.00~3.60 m，层顶标高为3.37~2.78 m，层底埋深为0.20~10.50 m，层厚0.20~10.50 m。通过十字板剪切试验，十字板不排水强度约为1.9~26.8，灵敏度约为2.30~4.80，平均值为3.49，属于中高灵敏度，有机质含量一般为0.43%~2.59%。

4.2   基于FFP测试结果的土体不排水抗剪强度评价

本次FFP现场试验中，基本参数的选取如表 3所示，其中界面摩擦比$\alpha$本次现场试验中土体的灵敏度取值为3.5，计算得到的界面摩擦比$\alpha$值为0.29。

通过前文建立的FFP触探仪在贯入土体过程中的力学模型，利用触探仪贯入过程中的加速度数据，可以计算获得土体的不排水抗剪强度s_u，与基于CPTU试验和全流触探试验的不排水抗剪强度相比较，如图 8所示。

图  8  基于3种现场试验的土体不排水抗剪强度

Figure  8.  Undrained shear strengths of soils based on three field tests

下载: 全尺寸图片 幻灯片

在3种不同端头的FFP试验中，半球形端头能贯入更深的土体，圆柱形端头贯入的深度最浅。从图中可以看到，3种现场试验都显示出相同的土体强度规律，前0.25 m土体不排水抗剪强度逐渐增加，0.25 m之后强度值逐渐稳定在15 kPa左右。

总体来看，基于FFP试验的不排水抗剪强度与CPTU试验和全流触探试验获得的强度值比较吻合，证明实际工程中，FFP测试技术可以在评价浅层超软土时作为CPTU试验^[19-20]或全流触探试验的替代或者补充，此外FFP测试技术还具有另外两者不具备的快速、便捷、经济的特点。

5.   结论

本文自主设计并研发了自落式动力触探仪FFP，建立FFP贯入过程中的力学模型与理论体系，以苏锡常南部高速公路太湖隧道项目的典型淤泥质软土为研究对象，开展自落式动力触探FFP的室内模型试验和现场试验研究，得到4点结论。

（1）自主设计并研发了自落式动力触探FFP探头，包括端头、探头主体、配重模块、传感器模块、稳定尾翼、吊环六部分，可采集加速度、角速度数据，并配套采集软件，可实现显示并记录触探仪运动数据，该触探仪具有良好的性能和可靠性。

（2）以牛顿运动第二定律为基础，建立了FFP触探仪在贯入土体过程中的受力力学模型，通过加速数据对时间的一次、二次积分获得触探仪贯入过程中的速度与深度数据，建立了FFP测试数据处理框架，对采集到的加速度数据和角速度数据进行一定流程的处理是确保数据准确、可靠，减少试验误差。

（3）本文研发的FFP触探仪在测试过程中具有良好的准确性和可靠性，释放高度、触探仪质量、端头形状均会影响贯入深度。

（4）结合室内模型试验与现场试验结果，建立基于FFP测试技术的土体不排水抗剪强度的评价方法，FFP测试技术可以在评价浅层超软土时作为CPTU试验或全流触探试验的有效补充。