基于動(dòng)態(tài)空腔膨脹模型的土壤Mohr-Coulomb參數(shù)反演方法

鄒 歐，薛 健，李 娜，王 鑫，楊 榮，李玉瓊*

（1.中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 工程科學(xué)學(xué)院，北京 100049；2.中國(guó)科學(xué)院 力學(xué)研究所 流固耦合系統(tǒng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100190；3.中國(guó)科學(xué)院 力學(xué)研究所 非線性力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100190）

1 引言

土壤強(qiáng)度參數(shù)解譯在定量評(píng)估軍事裝備機(jī)動(dòng)性和指導(dǎo)裝備輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面具有重要作用，在地質(zhì)勘測(cè)、裝備全域機(jī)動(dòng)、地外行星科考等重大需求領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用背景［1-5］。傳統(tǒng)“取樣-室內(nèi)實(shí)驗(yàn)”是典型的非原位測(cè)試方法，取樣造成的土體擾動(dòng)——特別是原位應(yīng)力的解除——使得所采集試樣的力學(xué)性質(zhì)不能真實(shí)反映土壤原本的力學(xué)特征，從而影響對(duì)土壤承載性能及裝備車輛通行性的可靠評(píng)估［6］。因此，基于現(xiàn)場(chǎng)原位貫入觸探測(cè)試并結(jié)合相關(guān)理論實(shí)現(xiàn)土壤原位力學(xué)參數(shù)的精準(zhǔn)、快速反演的需求日益緊迫。目前，土壤原位貫入測(cè)試方法主要有靜力觸探（Cone Penetration Test，CPT）和自由落體貫入觸探。靜力觸探能獲得土壤強(qiáng)度參數(shù)隨深度的變化情況，一般需要外載荷持續(xù)作用以保持勻速貫入（2.5 cm/s），設(shè)備安裝耗時(shí)長(zhǎng)，操作費(fèi)用高［7-8］，難以滿足復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境和大范圍區(qū)域內(nèi)土壤力學(xué)參數(shù)的測(cè)量，限制了其在裝備機(jī)動(dòng)性評(píng)估方面的應(yīng)用。自由落體貫入觸探技術(shù)是在靜力觸探基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型原位測(cè)試技術(shù)，它依靠自由落體貫入儀（Free Fall Penetrometer，F(xiàn)FP）以一定初始速度貫入土壤，通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)記錄貫入過(guò)程中貫入儀的加速度和受到的阻力，來(lái)反演土壤強(qiáng)度參數(shù)。……