基于CPTU测试的软弱土岩土参数不确定性分析与基坑变形风险识别研究

The soft soil shows obviously structural characteristics and some special geological properties, and its geotechnical parameters exhibit significantly uncertainty, which often leads to huge geotechnical risks. Considering the limited borehole samples and laboratory test data, it is difficult to quantify the uncertainty of geotechnical parameters of soft soil. The piezocone penetration test (CPTU) can provide accurate, continuous and reliable results to evaluate the in-situ properties of soft soil. Thus CPTU test is worldwidely adopted in uncertainty analysis of geotechnical parameters of soft soil. In this study, incorporating CPTU test, lab test, theoretical analysis and numerical simulation method, the uncertainty analysis model of geotechnical parameters from CPTU data is established; the conditional simulation method of spatial distribution with multivariate nonlinear correlations is proposed; the random finite element simulation is used to analyze the influence of geotechnical parameter uncertainty on the risk of deformation failure of excavation in soft soil, and then the deformation risk identification method for excavation in soft soil is proposed incorporating the uncertainty of geotechnical parameters. This study will be helpful to improve the application of CPTU test in China, and it significantly enhances the risk control ability of excavation in soft soil.

软弱土具有强烈的结构性和特殊的地质特征，其岩土参数呈现显著的不确定性，往往导致巨大的岩土工程风险。依靠有限的钻孔取样和室内试验数据，难以对软弱土岩土参数的不确定性进行量化分析。多功能孔压静力触探（CPTU）技术能够提供准确、连续和可靠的测试数据，可以对软弱土的工程特性进行精确评价，国际上广泛应用于软弱土岩土参数不确定性分析。项目采用CPTU原位测试、室内试验、理论分析和数值模拟等方法，建立基于CPTU测试的软弱土岩土参数不确定性量化分析模型；提出岩土参数多变量非线性相关空间分布的条件模拟方法；通过三维随机有限元数值模拟，分析岩土参数不确定性对软弱土基坑变形失效概率的影响，提出考虑软弱土岩土参数不确定性的基坑变形风险识别方法。项目研究成果有助于提高我国CPTU原位测试应用水平，对增强软弱土基坑变形风险控制能力具有重要的理论意义和工程实践价值。

天然沉积土经历漫长的地质年代而形成，其岩土工程参数具有显著的空间变异性，表现为不同空间位置处，土工参数测试值具有离散性和不确定性。由于软弱土组成复杂，具有明显的结构性，存在钻孔取样扰动大，室内实验结果可靠性低等缺点。准确评估软弱土的岩土工程特性，需要采用高精度多功能孔压静力触探（CPTU）原位测试技术。本项目采用CPTU原位测试，室内试验和数值模拟相结合的方法，开展如下研究内容：（1）基于CPTU原位测试结果，研究江苏地区典型软土的土分类特征。（2）采用SW检验、KS检验、LF检验和AD检验等四种统计方法对CPTU测试数据进行正态性检验研究。（3）结合CPTU测试数据，采用非平稳对数正态随机场的条件模拟方法，研究不排水抗剪强度的空间分布规律。（4）基于SCPTU测试数据获得HSS本构模型输入参数，建立深大基坑群-交叉地铁隧道三维有限元模型，分析弱土地区紧邻交叉地铁隧道的深大基坑群变形的时空耦合效应。研究成果为推广多功能孔压静力触探测试技术在软弱土工程勘察设计中应用，提高原位测试水平，提供有效的技术支撑，具有良好的应用前景。