基于動態空腔膨脹模型的土壤Mohr-Coulomb參數反演方法

鄒 歐，薛 健，李 娜，王 鑫，楊 榮，李玉瓊*

（1.中國科學院大學 工程科學學院，北京 100049；2.中國科學院 力學研究所 流固耦合系統力學重點實驗室，北京 100190；3.中國科學院 力學研究所 非線性力學國家重點實驗室，北京 100190）

1 引言

土壤強度參數解譯在定量評估軍事裝備機動性和指導裝備輕量化結構設計等方面具有重要作用，在地質勘測、裝備全域機動、地外行星科考等重大需求領域中有廣泛的應用背景［1-5］。傳統“取樣-室內實驗”是典型的非原位測試方法，取樣造成的土體擾動——特別是原位應力的解除——使得所采集試樣的力學性質不能真實反映土壤原本的力學特征，從而影響對土壤承載性能及裝備車輛通行性的可靠評估［6］。因此，基于現場原位貫入觸探測試并結合相關理論實現土壤原位力學參數的精準、快速反演的需求日益緊迫。目前，土壤原位貫入測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度參數隨深度的變化情況，一般需要外載荷持續作用以保持勻速貫入（2.5 cm/s），設備安裝耗時長，操作費用高［7-8］，難以滿足復雜地質環境和大范圍區域內土壤力學參數的測量，限制了其在裝備機動性評估方面的應用。自由落體貫入觸探技術是在靜力觸探基礎上發展起來的一種新型原位測試技術，它依靠自由落體貫入儀（Free Fall Penetrometer，FFP）以一定初始速度貫入土壤，通過傳感器實時記錄貫入過程中貫入儀的加速度和受到的阻力，來反演土壤強度參數。……