ZJU-400离心机机载微型CPTu装置研制与性能测试

周燕国; 王智男; 马强; 梁甜; 陈云敏

doi:10.11779/CJGE2022S2003

ZJU-400离心机机载微型CPTu装置研制与性能测试 English Version

周燕国^{1, 2, 3,},
王智男^{1, 2, 3},
马强^{1, 2, 3},
梁甜⁴,
陈云敏^{1, 2, 3}

1.
浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室, 浙江杭州 310058
2.
浙江大学岩土工程研究所, 浙江杭州 310058
3.
浙江大学超重力研究中心, 浙江杭州 310058
4.
中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司, 湖南长沙 410014

基金项目:

国家自然科学基金项目 51988101

国家自然科学基金项目 51978613

国家自然科学基金项目 52278374

高等学校学科创新引智计划项目 111计划

高等学校学科创新引智计划项目 B18047

详细信息

作者简介:
周燕国(1978—)，男，博士，教授，主要从事土动力学与地震工程、地基与基础工程性能设计与智能监测、水利水电基础设施抗震性能与服役韧性，以及超重力离心物理模拟方向的研究。E-mail: qzking@zju.edu.cn

中图分类号: TU432
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出版历程
- 收稿日期: 2022-11-30
- 网络出版日期: 2023-03-26
- 刊出日期: 2022-11-30

Development and performance testing of in-flight miniature CPTu equipment on ZJU-400 centrifuge

ZHOU Yan-guo^{1, 2, 3,},
WANG Zhi-nan^{1, 2, 3},
MA Qiang^{1, 2, 3},
LIANG Tian⁴,
CHEN Yun-min^{1, 2, 3}

1.
MOE Key Laboratory of Soft Soil and Geoenvironmental Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China
2.
Institute of Geotechnical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China
3.
Center for Hypergravity Experiment and Interdisciplinary Research, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China
4.
PowerChina Zhongnan Engineering Corporation Limited, Changsha 410014, China

摘要

摘要: 孔压静力触探（CPTu）是一种重要的土体原位特性测试手段，在常重力环境下的实际工程中得到了良好应用。在超重力离心模型试验过程中，由于存在模型高倍缩尺、承受高倍离心加速度和高速旋转产生机械振动等因素，利用静力触探方法测试模型地基土体特性存在较大的技术难度。浙江大学研制了离心机机载微型孔压静力触探装置，在离心超重力环境下具备沿水平轨道移动定位，竖向触探测量锥尖阻力、侧摩阻力和孔隙水压力的能力。开展了饱和砂性土模型地基离心机模型试验，在30g离心超重力下检验了该装置的测试性能，并初步揭示模型地基触探指标随模型地基深度的变化规律。
- 孔压静力触探 /
- 离心机模型试验 /
- 锥尖阻力 /
- 侧摩阻力 /
- 孔压
Abstract: The piezocone penetration test (CPTu) is an important in-situ soil testing method widely used in conventional 1g condition in engineering practices. Due to the highly scaled model ground, high centrifugal acceleration and rotation-induced vibration during centrifuge model tests, the in-flight testing of CPTu in model ground remains a challenging task. A miniature CPTu equipment is developed in Zhejiang University based on ZJU-400 centrifuge apparatus, which is capable of moving horizontally to locate the penetration spot, and then measuring the cone tip resistance, sleeve friction resistance and pore water pressure during penetration under centrifugal hypergravity condition. The testing performance of this CPTu equipment is preliminarily checked by the centrifugal model tests on saturated sandy soils under centrifugal acceleration of 30g, and the depth variation of penetration parameters are observed and analyzed.
- piezocone penetration test /
- centrifugal model test /
- cone tip resistance /
- sleeve friction resistance /
- pore water pressure

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图 1 ZJU-400离心机机载微型CPTu装置

Figure 1. In-flight miniature CPTu on ZJU-400 centrifuge

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图 2 CPTu探头结构示意图

Figure 2. Schematic of cone structure of CPTu

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图 3 CPTu移动控制和数据采集系统

Figure 3. Motion control and data acquisition system for CPTu

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图 4 试验土样颗粒级配曲线

Figure 4. Grain-size distribution curves of test soils

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图 5 模型布置图

Figure 5. Layout of model

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图 6 CPTu探头锥尖周围孔压示意图

Figure 6. Schematic of pore pressure around cone tip

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图 7 CPTu测试结果

Figure 7. Test data of CPTu

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图 8 CPTu测试结果

Figure 8. Test data of CPTu

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图 9 CPTu测试归一化锥尖阻力

Figure 9. Normalized cone tip resistances of CPTu tests

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表 1 福建砂物理力学性质

Table 1 Physical and mechanical properties of Fujian sand

参数 G_s e_max e_min D₅₀/mm D₃₀/mm D₁₀/mm C_u C_c φ/(°)

值 2.622 0.943 0.6 0.16 0.14 0.1 1.6 0.96 39

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表 2 萧山黏土物理力学性质

Table 2 Physical and mechanical properties of Xiaoshan clay

参数 G_s w/% e w_P/% w_L/% I_P/% I_L c_cu/kPa φ_cu/(°) S_t

值 2.734 60~65 1.72~1.74 26.5 53.0 26.5 1.6 15.5 15 13.7~15

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参考文献(6)

[1]	马淑芝, 汤艳春, 孟高头. 孔压静力触探测试机理、方法及工程应用[M]. 武汉: 中国地质大学出版社, 2007. MA Shu-zhi, TANG Yan-chun, MENG Gao-tou. Piezocone Penetration Test Mechanism, Methods and Its Engineering Application[M]. Wuhan: China University of Geosciences Press, 2007. (in Chinese)
[2]	蔡国军, 刘松玉, 童立元, 等. 孔压静力触探(CPTU)测试成果影响因素及原始数据修正方法探讨[J]. 工程地质学报, 2006, 14(5): 632–636. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GCDZ200605010.htm CAI Guo-jun, LIU Song-yu, TONG Li-yuan, et al. General factors affecting interpretation and corrections of primary data from piezocone penetration test(cptu)[J]. Journal of Engineering Geology, 2006, 14(5): 632–636. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GCDZ200605010.htm
[3]	BOLTON M D, GUI M W, GARNIER J, et al. Centrifuge cone penetration tests in sand[J]. Géotechnique, 1999, 49(4): 543–552. doi: 10.1680/geot.1999.49.4.543
[4]	MA Q, et al. A state parameter-based scaling law for centrifuge modelling[J]. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 2022, 162: 107487. doi: 10.1016/j.soildyn.2022.107487
[5]	林军, 刘松玉, 程月红, 等. 基于孔压静力触探的江苏地区软土分类研究应用[J]. 岩土工程学报, 2021, 43(增刊2): 241–244. doi: 10.11779/CJGE2021S2057 LIN Jun, LIU Song-yu, CHENG Yue-hong, et al. Classification of soft clay in Jiangsu Province based on piezocone penetration tests[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2021, 43(S2): 241–244. (in Chinese) doi: 10.11779/CJGE2021S2057
[6]	TANI K Z, et al. Development of centrifuge cone penetration test to evaluate the undrained shear strength profile of a model clay bed[J]. Soils and Foundations, 1995, 35(2): 37–47. doi: 10.3208/sandf1972.35.2_37

施引文献(12)

期刊类型引用(5)

1.	李晓强，梁靖宇，路德春，苗金波，杜修力. 非饱和土的非正交弹塑性本构模型. 中国科学:技术科学. 2022(07): 1048-1064 . 百度学术
2.	刘祎，蔡国庆，李舰，赵成刚. 非饱和土热–水–力全耦合本构模型及其验证. 岩土工程学报. 2021(03): 547-555 . 本站查看
3.	王壹敏，陈志敏，孙胜旗，赵运铎，张常书. 基于邓肯-张模型的低液限粉质黏土-砂的强度规律. 科学技术与工程. 2021(08): 3252-3257 . 百度学术
4.	胡小荣，蔡晓锋，瞿鹏. 基于坐标平移法的正常固结非饱和土三剪弹塑性本构模型. 应用数学和力学. 2021(08): 813-831 . 百度学术
5.	杨光昌，白冰，刘洋，陈佩佩. 描述饱和砂土剪切特性的一个热力学本构模型. 哈尔滨工业大学学报. 2021(11): 93-100 . 百度学术

其他类型引用(7)

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图(9) / 表(2)

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参数	G_s	e_max	e_min	D₅₀/mm	D₃₀/mm	D₁₀/mm	C_u	C_c	φ/(°)
值	2.622	0.943	0.6	0.16	0.14	0.1	1.6	0.96	39

参数	G_s	w/%	e	w_P/%	w_L/%	I_P/%	I_L	c_cu/kPa	φ_cu/(°)	S_t
值	2.734	60~65	1.72~1.74	26.5	53.0	26.5	1.6	15.5	15	13.7~15

ZJU-400离心机机载微型CPTu装置研制与性能测试 English Version

作者简介: 周燕国(1978—)，男，博士，教授，主要从事土动力学与地震工程、地基与基础工程性能设计与智能监测、水利水电基础设施抗震性能与服役韧性，以及超重力离心物理模拟方向的研究。E-mail: qzking@zju.edu.cn

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其他类型引用(7)

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周燕国(1978—)，男，博士，教授，主要从事土动力学与地震工程、地基与基础工程性能设计与智能监测、水利水电基础设施抗震性能与服役韧性，以及超重力离心物理模拟方向的研究。E-mail: qzking@zju.edu.cn