基于最小二乘法拟合某海域静力触探锥头系数

陈磊

【摘 要】静力触探在海洋地质勘察中的使用越来越成熟，可以得到连续的地质剖面曲线，得到各种参数，用于工程分析研究。最常用的是可以通过静力触探推算出粘性土的不排水抗剪强度。采用土工试验方法确定黏性土不排水抗剪强度时，由于取样、运输和制样等对试样产生扰动，造成试验结果偏差。锥头系数的选取很关键，由于各海域的特征，不宜盲目套用国外的经验参数。这里对某海区块，采用最小二乘法拟合锥头系数，并验证其合理性。结果表明对锥头系数进行拟合是可行的，可为静力触探在我国其它海洋勘探区块地质勘察提供指导借鉴。

【关键词】最小二乘法;静力触探;抗剪强度;锥头系数

中图分类号： TU312.1文献标识码： A文章编号： 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

目前常用的测试方法主要包括手动十字板，电动十字板，袖珍贯入仪，不排水不固结三轴压缩实验，这些试验需要采集原装样品，样品的质量等级是决定试验结果准确性的主要因素。静力触探试验通过连续贯入锥头而获取土体不排水抗剪强度参数，是岩土工程原位测试的主要技术之一。

1 CPT拟合静力触探锥头系数方法

目前国内外通过CPT试验估算不排水抗剪强度最常用的估算方法是使用修正的锥尖阻力qt来估算不排水抗剪强度Cu。如下式（1）所示。

式中，Cu：不排水抗剪强度，qt：校正后的PCPT锥尖阻力，σvo：总上覆压力（包括静水压力），Nkt：锥头系数，Rad 和Lunne（1988）指出Nkt值介于8～29之间;

利用公式（1），已知qnet，套用国外的经验参数值Nkt，就可以快速推算粘性土的不排水強度Cu，可能高估粘性土的不排水抗剪强度，则会高估计地层的承载力，影响钻井船基础稳定性，不利于钻井船插桩。其经验系数不宜盲目套用国外的经验参数。

1.1 现场CPT测试情况

选取五个场址进行分析，包括5个CPT测试孔和5个取样孔进行分析。先利用四个场址的CPT曲线和土质强度试验拟合锥头系数，再利用第五个场址的CPT曲线和土质强度试验检验锥头系数。四个CPT孔中1#的CPT曲线如图1，显示出锥尖阻力随深度变化规律曲线，锥尖阻力值主要分布在1-4MPa范围内，表层粘性土锥尖阻力值大概为0.1-0.3MPa范围内。

1.2 土质试验

土质试验数据包括现场测试和室内测试两个部分，从海底取出土样后，即刻进行试验，避免了土样扰动，失水和围压释放，实验值可靠;现场包装样品完好，且无扰动，用石蜡封装运输至土工试验室，进行不排水不固结三轴压缩实验。

1.3 拟合锥头系数

根据以上的CPT测试值和土工实验值，采用最小二乘法拟合拟合锥头系数值Nkt =22.9（黑线）见图2，拟合效果好。

1.4 计算强度Cu和实测强度Su对比分析

图3和图4分别为5#井CPT曲线和抗剪强度值，从CPT曲线可以看出表层0-3m范围为硬的粘性土qnet为0.006-1.15MPa，然后随深度增加，锥尖阻力也逐渐增加。在15.2m以下深度可以明显看到锥尖阻力锯齿现象，对于这些锥尖阻力值将给予剔除考虑，不参与分析。

利用擬合的Nkt值，结合公式（1），得到粘性土抗剪强度剖面Cu，与对应深度的土质试验抗剪强度值Su对比，误差e=（Su-Cu）/Su*100%，一般在-20%-30%范围内，平均误差为13.9%整体上计算偏差在可接受范围内，说明Nkt=22.9是比较合理的，并没有高估粘性土抗剪强度，有利于钻井船插桩分析。这表明Nkt=22.9时，采用式（1）计算粘性土的不排水强度Cu是可行的。

2 结论

通过CPT试验结果和土工实验，拟合该区块的最优锥头系数。将计算的不排水强度计算值Cu和实测值Su进行对比分析，证明了并对国外经验参数Nkt进行标定是切实可行的。

（1）通过最小二乘法可以有效地拟合Nkt的值，准确的估算不排水强度计算值，与实际土样实验值吻合程度高，可以为钻井船插桩提供有用的设计参数。

（2）应用大量准确的数据来校核和验证Nkt系数是十分必要的。可较好地解决经验不足造成的对静力触探数据解释抗剪强度的偏差，对中国其它海域油田勘探区块静力触探解释具有指导借鉴意义。

【参考文献】

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