一种海底原位测试数据的处理方法与流程

本发明涉及海洋工程地质探测领域，尤其涉及一种海底原位测试数据的处理方法。

背景技术：

随着海洋工程的发展，针对海底沉积物力学性质的测试需求日益显著。目前多采用静力触探、动力触探等方法对海底各地层土的强度进行勘察，相比于常规的钻孔取样勘探手段，触探的方法具有快速、经济等优点。

静力触探是以一定速率贯入土层(通常为20mm/s)，贯入速度相对较低，不足以产生明显的动力效应，整个贯入过程可以认为是拟静力的，所以黏性土的不排水抗剪强度与静力触探的贯入速度几乎无关。而动力触探过程与静力触探过程完全不同，动力触探过程中，贯入速度较大，且在贯入过程中速率不断发生变化。现有技术中已知在不排水条件下，应变速率的增加会导致剪切强度的增加，因此贯入速率会对不排水抗剪强度产生影响。

目前利用自由下落式强度测试装置能够对贯入过程中的相关参数进行测量，如何利用自由下落式强度测试装置测得的数据获取沉积物的真实的不排水抗剪强度，成为亟需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种海底原位测试数据的处理方法，能够在考虑贯入速率的情况下，获得准确的不排水抗剪强度。

如上构思，本发明所采用的技术方案是：

一种海底原位测试数据的处理方法，包括：

步骤s1：利用率相关标定仪通过室内实验获得锥尖阻力修正系数；

步骤s2：在使用海底原位测试装置贯入海底沉积物的过程中，获得压力变化量、动力贯入速率和动力贯入锥尖阻力；

步骤s3：根据压力变化量获得土压力；

步骤s4：根据锥尖阻力修正系数、动力贯入速率、静力贯入速率、动力贯入锥尖阻力、土压力和探头系数获得不排水抗剪强度，所述静力贯入速率为定值，所述探头系数为定值。

其中，所述海底原位测试装置包括加速度传感器和计时器，在步骤s2中，根据获得的加速度值和贯入总时间计算获得动力贯入速率。

其中，根据海底原位测试装置的触探探头获得动力贯入锥尖阻力。

其中，所述海底原位测试装置包括压力传感器，根据所述压力传感器获得初始贯入时的压力值和贯入过程中的压力值，进而计算压力变化量。

其中，在步骤s3中，根据以下公式获得土压力：

其中，σv0为土压力；

δp为压力变化量；

ρ土为土的密度；

ρ水为水的密度。

其中，步骤s4包括：

步骤s41：根据锥尖阻力修正系数、动力贯入速率和静力贯入速率获得速率影响因子；

步骤s42：根据动力贯入锥尖阻力、土压力、速率影响因子和探头系数获得不排水抗剪强度。

其中，在步骤s41中，根据以下公式计算获得速率影响因子：

其中，fac为速率影响因子；

kc为锥尖阻力修正系数；

v为动力贯入速率；

v0为静力贯入速率，取值为0.02m/s。

其中，在步骤s42中，根据以下公式计算获得不排水抗剪强度：

其中，qcv为动力贯入锥尖阻力；

σv0为土压力；

nk为探头系数，取值范围为10～15。

其中，在步骤s1中，对沉积物样品进行静力贯入和多次动力贯入，获得多组贯入参数，对多组贯入参数进行线性拟合，获得锥尖阻力修正系数。

其中，通过对沉积物样品进行静力贯入测定沉积物样品的静贯入阻力，通过对沉积物样品进行动力贯入获得动贯入阻力和贯入速度值，根据静贯入阻力、动贯入阻力和贯入速度值对锥尖阻力修正系数进行线性拟合，获得锥尖阻力修正系数。

本发明的有益效果：

本发明提出的海底原位测试数据的处理方法，在对贯入过程中的参数进行处理时，将动力贯入速率作为对不排水抗剪强度的影响因素之一，充分考虑了应变速率对剪切强度的影响，使得获得的不排水抗剪强度更符合实际工况，数据结果更真实可靠。

附图说明

图1是本发明实施例提供的海底原位测试数据的处理方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

参见图1，本发明实施例提供一种海底原位测试数据的处理方法，在对海底沉积物进行测试的过程中采集相关参数，并综合多个参数进行数据处理，具体包括：

步骤s1：利用率相关标定仪通过室内实验获得锥尖阻力修正系数；

步骤s2：在使用海底原位测试装置贯入海底沉积物的过程中，获得压力变化量、动力贯入速率和动力贯入锥尖阻力；

步骤s3：根据压力变化量获得贯入深度，根据贯入深度获得土压力；

步骤s4：根据锥尖阻力修正系数、动力贯入速率、静力贯入速率、动力贯入锥尖阻力、土压力和探头系数获得不排水抗剪强度，所述静力贯入速率为定值，所述探头系数为定值。

海底原位测试装置可以采用现有技术中已有的装置，在此对装置的详细结构不作赘述。海底原位测试装置包括加速度传感器、计时器和压力传感器，加速度传感器用于测量贯入过程中的加速度值，计时器在初始贯入时被触发、在贯入结束时停止，记录贯入过程的贯入总时间；在初始贯入时记录压力传感器的测量值，在贯入过程中实时记录压力传感器的测量值，进而获得压力变化量。

当然，随着海底原位测试装置向下运动，压力逐渐增大，根据以下公式计算压力变化量δp：

δp＝p-p0

其中p0为初始贯入时的压力值；

p为贯入过程中的压力值。

在步骤s2中，根据获得的加速度值和贯入总时间计算获得动力贯入速率。贯入速率指的是海底原位测试装置与沉积物接触时的速率。在此，可通过对加速度积分的算法获得动力贯入速率，不再赘述。

根据海底原位测试装置的触探探头获得动力贯入锥尖阻力。触探探头内设置有锥尖压力传感器，在贯入过程中，锥尖压力传感器能够获得动力贯入锥尖阻力。在此，用qcv表示动力贯入锥尖阻力。

在步骤s3中，根据压力变化量、水的密度和土的密度能够获得土压力：

其中，σv0为土压力；

ρ土为土的密度；

ρ水为水的密度。

步骤s4中对多个参数进行处理，具体包括：

步骤s41：根据锥尖阻力修正系数、动力贯入速率和静力贯入速率获得速率影响因子；

步骤s42：根据动力贯入锥尖阻力、土压力、速率影响因子和探头系数获得不排水抗剪强度。

在步骤s41中，根据以下公式计算获得速率影响因子：

其中，fac为速率影响因子；

kc为锥尖阻力修正系数；

v为动力贯入速率；

v0为静力贯入速率，取值为0.02m/s。

在此，静力贯入速率的取值为0.02m/s，防止速率太大对沉积物产生动态扰动，影响静态贯入锥尖阻力的测量。当然，静力触探贯入速度的取值可以根据实际情况设定，在此不作限制。

在步骤s42中，根据以下公式计算获得不排水抗剪强度：

其中，su为不排水抗剪强度；

qcv为动力贯入锥尖阻力；

σv0为土压力；

nk为探头系数，取值范围为10～15。

在步骤s1中，在室内进行试验，对沉积物样品进行静力贯入和多次动力贯入，获得多组贯入参数，对多组贯入参数进行线性拟合，获得锥尖阻力修正系数。具体地，通过对沉积物样品进行静力贯入测定沉积物样品的静贯入阻力，通过对沉积物样品进行动力贯入获得动贯入阻力和贯入速度值，根据静贯入阻力、动贯入阻力和贯入速度值对锥尖阻力修正系数进行线性拟合，获得锥尖阻力修正系数。

在静力贯入时，一般采用手持式贯入仪贯入沉积物样品，读取手持式贯入仪上显示的阻力值即为的静贯入阻力时，手持式贯入仪具有较小的贯入速度。在此，静力贯入速度的取值为0.02m/s，防止速度太大对静贯入阻力的测量产生影响。

在动力贯入时，采用率相关标定仪作为测定装置进行贯入，在此，对率相关标定仪的详细结构不作赘述，可参考现有技术。率相关标定仪能够标定率相关系数，率相关系数除了包括锥尖阻力修正系数之外，还包括侧摩阻力修正系数，在此不一一赘述。

将测定装置置于沉积物样品的上方设定高度处，将测定装置垂直释放，使得测定装置自由落体贯入沉积物样品中，记录测定装置自由落体过程中的加速度值；根据加速度值获得测定装置贯入沉积物样品时的贯入速度值；根据测定装置的总质量和加速度值获得动贯入阻力。

通过改变设定高度，多次将测定装置从沉积物样品的上方释放，即可获得多组贯入速度值和动贯入阻力。具体地，通过以下公式获得动贯入阻力：

qv0＝ma+mg

其中，qv0为动力贯入锥尖阻力；

m为测定装置的总质量；

a为测定装置贯入沉积物时的加速度值；

g为重力加速度。

根据静贯入阻力、动贯入阻力和贯入速度值对锥尖阻力修正系数进行线性拟合，获得锥尖阻力修正系数。具体地，通过以下公式进行线性拟合：

其中，kc为锥尖阻力修正系数；

qv0为动贯入阻力；

qc0为静贯入阻力；

vv为贯入速度值；

vc0为静力贯入速度。

实际上，在进行现场动力贯入之前，已在室内进行实验获得锥尖阻力修正系数，并将锥尖阻力修正系数储存在海底原位测试装置中。对应不同类型的沉积物，根据沉积物样品，获得对应的锥尖阻力修正系数。

以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。