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https://www.energychina.press/ 随着海上风电发展加速，作为海上风电开发建设的关键工作之一，海上岩土勘察也愈显重要。海洋岩土勘察与陆地土建工程勘察有很大不同。海洋岩土勘察成本较陆地更高，需要动用专业的勘察船舶，成本极高。在海上取得的每一个不扰动样品其花费不菲。鉴于目前国内专业勘察船数量限制，大部分取得的土样扰动程度较高，砂土也极难取得原状样品。因此CPT等原位测试手段在海洋岩土勘察中得到了广泛的应用。陆地传统的标贯测试由于应用经验丰富，设备简单，也在目前的海洋岩土勘察中有着广泛的应用。
由于取得原状土样的成本极高，如何根据目前常用的CPT和标贯方法取得可靠的勘察参数有十分重要的应用价值。
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拟建某风电工程位于广东海域珠江下游入海口内陆架内，场址规划用海面积10.43 km2，水深值介于4.3～13.2 m。岩土勘察工作包括在每个机位进行钻孔取样、标贯测试。除此外，还选择35号机位和43号机位两处，每个机位进行两个CPT测试，共完成4个CPT测试。
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在实际项目实施过程中，不同生产商制造的CPT设备会记录不同的数据格式，通常需要相匹配的软件才能做进一步数据处理和数据解释，比如完成土的分类等工作。本文不再深究该如何使用CPT数据进行细致的岩土分层和分类，目前分类方法已经相当成熟，可详见ROBERSON 1990［1］、ROBERSON 2009［2］、ROBERSON 2010 ［3］。本文着重介绍根据CPT最基本的数据锥尖阻力
根据上述四类基本数据进行快速土层划分，可以根据以下几个原则进行：
1）
2）
3）
4）砂土的
5）
需注意的是，根据以上几个原则划分的土层，并不代表该层土的设计参数需相同。比如同一层粘土中，可能出现强度分别为20 kPa和50 kPa，但是在上述四个指标参数中，无法得到明显区分。
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已经有许多学者提出采用CPT计算粘土不排水抗剪强度的方法。
CPT采用下式计算粘土的不排水抗剪强度
(（1）) 式中：
如果CPT设备操作系统无法自动导出
(（2）) 式中：
a ——探头面积比，是探头出厂设计参数，对于某一型号探头为固定值，通常处在0.6～0.8。
KARLSRUD et al.（2005）［5］测试了灵敏的挪威粘土，三轴试验结果对比显示
对于超固结的结构性粘土，POWELL & QUARTERMAN（1988）［7］提出
MAYNE & PEUCHEN（2018）［8］对比407个粘土样品的三轴试验强度与CPT数据后，提出了一种通过CPT指标计算
(（3）) 基于上式可以得到35号机位和43号机位的
图 1 GSK35号机位的Nkt的取值
Figure 1. The value of Nkt for GSK35 position
图 2 GSK43号机位的Nkt的取值
Figure 2. The value of Nkt for GSK43 position
从图1、图2可以看到，CPT 35-1的
根据以上方法计算得到
图 3 GSK35号机位的粘土不排水强度剖面
Figure 3. Undrained strength profile of clay at the GSK35 position
图 4 GSK43号机位的粘土不排水强度剖面
Figure 4. Undrained strength profile of clay at the GSK43 position
从图3、图4可以看到，对于35号机位，UU和CU试验结果相对CPT结果对照较好，UU结果偏向CPT的较低取值，CU结果偏向CPT的较高取值，整体对照情况较好。对于43号机位，CPT结果相比UU试验和CU试验结果更高，局部深度CPT结果高过CU实验结果。
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通过以上对比我们可以看出：
1）本项目粘土的不排水强度应该是随深度增长，目前勘察结果中对一段较厚的粘土层只提出一个统一的强度指标是相对粗糙的。
2）
3）本项目粘土的
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CPT确定砂土内摩擦角的手段相对单一，应用成果相比CPT在粘土中的应用也较少。目前常见的根据CPT计算砂土有效摩擦角的常用公式是MAYNE（2014）［9］提出的：
(（5）) (（6）) 这里
目前的海上勘察中，标准贯入试验也应用非常普遍，但是目前标贯在海上勘察中的应用适用性有非常大的争议，由于CPT在国内发展时间较短，设备数量较少，无法保证每个机位都有CPT，标贯依旧是现场测试最主要的手段。
标贯在海上岩土工程勘察中应用的特点包括：
1）标贯的应用非常普遍，也有非常丰富的地区经验把标贯结果和设计指标建立经验关系，但这些经验主要集中于陆地。由于标贯探杆自由段过长，因此陆地上已经成熟的经验能否移植到海洋岩土的勘察工作中，是一个需要更多研究和工程实践的问题。
2）标贯设备本身成本低，市场供应大，而CPT本身设备成本相对标贯更高，特别是专门的孔下CPT（downhole CPT）成本更高，同时相对来讲，CPT的数据处理和解释需要更专业的岩土技术人员来进行。
对于标贯试验数据，这里建议采用SCHMERTMANN［10］方法推算砂土的内摩擦角，如图5所示。
图 5 标贯捶击数与砂土摩擦角的经验关系
Figure 5. Empirical method for estimating ϕ’ of a sand from standard penetration test ‘N’ values
根据上式，我们得到了35机位和43机位的摩擦角剖面图。
从图6、图7可以看到，基于标贯结果使用SCHMERTMANN［10］方法与CPT经验公式计算得到的结果基本吻合，SCHMERTMANN［10］方法的结果基本是CPT结果的上包络线。同时，在对比中，还可以发现：
图 6 GSK35机位的摩擦角剖面图
Figure 6. Friction angle profile of GSK35 position
图 7 GSK43机位的摩擦角剖面图
Figure 7. Friction angle profile of GSK43 position
1）无论CPT还是标贯计算砂土的有效内摩擦角时，都需考虑有效上覆压力的影响。
2）标贯能够反映砂层的密实度变化的趋势，但标贯数据不连续，不够丰富。
3）SCHMERTMANN［10］方法在标贯超过60锤或有效上覆压力超过300 kPa后对砂土摩擦角的准确程度无法保证，原因是当埋深超过一定深度，杆长自由段过长的时候，对于标贯锤击能量的修正无法准确估计，这也是标贯在海洋岩土勘察应用中备受争议的因素。
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通过以上列举的方法所得到的结果，可以总结出下列结论：
1）目前国内海上风电勘察手段有限而且勘察装备供应紧张。在此大背景下，本文提供了一种在海上勘察较难取得不扰动样品且经常仅有CPT和标贯数据可用的情况下，推算土的抗剪强度的可靠方法。
2）高质量的土工试验是保证海上勘察岩土参数准确的基础，但由于目前客观条件的限制，取样扰动较大的因素仍然无可避免，因此根据现场CPT测试和标贯测试的结果推算岩土参数有很大的应用价值。
3）CPT方法在确定粘土的不排水抗剪强度的时候有较大的优势，CPT测试精度高，属于原位测试，没有土样扰动的问题，方便绘制粘土不排水抗剪强度随深度变化的剖面。
4）粘土强度通常随深度增长，粘土层提出单一强度参数相对粗糙。
5）勘察现场极难取得砂土原状样，因此采用CPT和标贯经验方法，综合判断，确定合适的砂土有效内摩擦角是一种非常实用且有应用价值的方法。
Practical Methods for Determining Soil Strength Parameters in Offshore Wind Power Geotechnical Investigation
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摘要:
目的 在相对缺少可靠试验数据的情况下，为了能够更加准确、可靠地确定岩土参数，基于国内外工程经验以及相关研究成果，提出了基于静力触探试验（CPT）和标准贯入试验数据得到粘土不排水抗剪强度和砂土内摩擦角的实用方法。 方法 首先介绍了根据CPT四个基本数据进行快速分层的方法，旨在利用通用数据划分出砂土层和粘土层。然后介绍了根据CPT参数推算计算粘土不排水抗剪强度经验系数 结果 根据CPT参数估算的方法，得到的粘土不排水抗剪强度与室内试验结果对照结果较好，同时该方法可以得到粘土不排水抗剪强度的剖面。CPT和标贯联合方法能够相对可靠地测算砂土内摩擦角，弥补了由于海上勘察较难取得砂土样品所带来的试验数据的缺失。 结论 所论述的方法可以在现有的海上勘察手段较为有限、勘察资源比较紧张的情况下，为确定岩土的强度设计值提供更多更可靠的参考依据。 Abstract:Introduction In order to determine soil strength parameters more accurately and reliably, based on domestic and foreign engineering experience and research results, this paper proposes a practical method to obtain the undrained shear strength of clay and the friction angle of sand based on static cone pentration test (CPT) and standard penetration test (SPT) data. Method Firstly, it introduced the method of rapid stratification based on the four basic data of CPT, aiming to divide the sand layer and clay laye. Then the method of calculating the empirical coefficient Conclusion The method discussed in this paper can provide more reliable reference for determining th design values of soil strength considering the existing condition in which offshore survey methods are limited and the equipment resources are relatively scarce. -
图 3 GSK35号机位的粘土不排水强度剖面
Fig. 3 Undrained strength profile of clay at the GSK35 position
图 4 GSK43号机位的粘土不排水强度剖面
Fig. 4 Undrained strength profile of clay at the GSK43 position
图 5 标贯捶击数与砂土摩擦角的经验关系
Fig. 5 Empirical method for estimating ϕ’ of a sand from standard penetration test ‘N’ values
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图(7)
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