本文是一篇土木工程论文，本文对该地区CPT检测黄土填筑体的填筑效果进行了室内试验和现场试验，探究了压实系数和CPT的规律关系，也进行了相关性分析，其结果适用于对应现场试验研究区域，但不确定性仍需要考量。
第一章 绪论
1.1 工程背景
黄土高原是中国四大高原之一，以巨厚黄土地层、典型黄土地貌、显著沟壑侵蚀特征而出名，是最具研究价值的区域之一[1]。黄土高原分布着地球上面积最大的黄土区，黄土分布面积约63.5万平方千米[2]，黄土厚度最大可达四百多米。在长期气候、土壤、植被等外力因素和地质、地貌等内力因素综合作用下，高原形成如今沟壑纵横，地形高低起伏，塬、梁、峁等地貌多样的特殊景观。
随着西部大开发、“一带一路”等国家战略的实施，黄土高原地区社会经济发展不断加快[3]，基础设施建设规模不断扩大，然而受到黄土地区特殊地形地貌的影响，导致地质条件较好、地势平坦的土地资源越来越少。为缓解用地紧张的压力，当地政府一方面逐步往城市周边的山丘、梁峁区域扩张，比如延安新区和兰州新区实施“平山造城”的填方工程（如图1-1），将工程建设场地转移到市区外的黄土梁峁沟谷，通过填方、挖方等方式进行“平山造地”；另一方面随着黄土高原地区交通、水利、电力等基础设施建设的发展，使得填筑场坪、路基、堤坝、边坡等填方工程大量涌现。
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1.2 问题的提出
填筑体填筑效果及质量评价的主要指标为压实系数和均匀性，在填筑过程中通过检测其压实系数、含水率等参数，达到对填筑体“点、面”的填筑效果把控；另外，在填筑结束之后，再进行传统探井取样、触探试验等密实程度检测及均匀性分析，实现“体”的质量控制。目前，在黄土地区填方工程的检测手段主要有钻探取样和原位测试等，而对于填土这种密实度低或均匀性较差的情况，获取土样较为困难，在运输存储过程中容易扰动土样等问题，从而影响了室内试验的准确性[15]；并且对于大面积填方工程来说，探井取样耗时费力，实测数据相对较少，效率不高，也很难具有代表性。而触探法具有操作简单、省时省力的优点，通过加大测点的数量，提高检测的代表性；同时与取样试验配合，可使得检测能够既准确又高效。
静力触探（简称CPT）作为原位测试的一种，可直接获取相关参数，通过经验关系得出土体的物理力学性质指标。其相较于传统取样试验更加便捷方便，且能在不扰动土体的情况下进行检测；相对于其他原位测试如标贯试验也具有一定的连贯性，检测也更加便捷。CPT在工程地质勘察等方面已广泛应用，通过得出贯入阻力与土的工程地质指标之间的定性关系和统计关系，达到得出土层剖面和土的类别、提供天然地基土承载力和预估单桩承载力等工程地质勘察目的。
填土是一种压实土，决定其工程性质的主要因素是密实度。从CPT的贯入机理来看，其同样可以用于评估填土的密实度。《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001） [16]也规定，对粉土或粘性土组成的素填土，可采用钻探取样与原位测试相结合的方法进行勘探；对于填土的工程特性指标，如均匀性和密实度等，宜采用触探法，并辅以室内试验进行评估。采用CPT评估填土的密实度和均匀性，最关键的问题当然也是建立贯入阻力与填土的工程特征之间的定性关系和统计关系。压实土和原状土在结构上有较大差别，已有的原状土的CPT与土性的关系显然不适用填土；
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第二章 CPT贯入机理分析
2.1 贯入机理理论分析
当CPT探头贯入土体时，土体会受到剪切和压缩，同时探头会将反作用力记录，即锥尖阻力和侧摩阻力。其机理如图2-1所示。
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在CPT贯入过程中，探头贯入土体所引起的土的变形和破坏是一种十分复杂的过程，同时也受到许多因素的影响，如土的刚度和可压缩性等。因此，很难得出精确的解释，目前仅能进行相近的理论分析。
根据已有研究，CPT的贯入机理分别在砂土和粘土中各不相同。因为砂土属于粗颗粒土，没有粘聚力，其强度同内摩擦角有关，机理相对简单，于是针对砂土的研究较多；而粘性土的抗剪强度则更为复杂，需要同时考虑内摩擦力和粘聚力。
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2.2 室内CPT试验探究
由于土的性质十分复杂以及探头与土体作用较为复杂等因素，因此很难得出精确的理论分析。室内标定槽试验可以模拟各种边界条件，因此国内外的学者展开了一系列的室内模型试验，以验证理论分析的准确性。
2.2.1 标定槽试验
标定槽（箱）为进行室内CPT缩尺试验而设置的模型箱，至今已有近 50 年的历史。为满足对应的试验需求，形成了多种标定罐体系，如 CRB 标定罐、柔性单壁式、黏性土标定罐等，同时仍有许多学者不断从不同角度进行创新。国内这方面发展较慢，长沙铁道学院、中国地质大学、孟高头等都采用刚性边界的模型槽开展CPT贯入试验研究。
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通过标定槽能够得到很多锥尖阻力与土的性能之间的关系，主要集中在密实度、摩擦角、状态参数等。例如Robertson[70]等进行了大量标定槽试验，如图2-所示。曲线①②③分别是Schmertmann、Baldi、Villet的结果，采用的试验材料对应是高压缩Hilton砂、中等压缩性Ticino砂、低压缩性Manterey砂。对比分析可以发现，锥尖阻力随相对密实度的减小而减小，随可压缩性减小而增大，和前述的理论相符。
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第三章 CPT室内模型试验研究 .................. 18
3.1 试验设计 ..................................... 18
3.1.1 仪器设备 ..................................... 18
3.1.2 材料选用及试样制备 ............................ 19
第四章 CPT在黄土填方工程的应用研究 ........................... 39
4.1 现场试验概述 ......................................... 39
4.2 现场试验结果及分析 ............................. 40
第五章 CPT对黄土填筑体的测试和评价 ............................ 54
5.1 黄土填筑效果的质量评定 ................................... 54
V I 5.1.1 异常数据处理 .......................................... 54
5.1.2 黄土填筑体压实系数代表值 .................................. 55
第五章 CPT对黄土填筑体的测试和评价
5.1 黄土填筑效果的质量评定
5.1.1 异常数据处理
CPT参数的正确收集和整理对试验的质量至关重要。使用双桥探头进行试验将得到锥尖阻力qc与侧摩阻力fs两个参数，其可靠性与设备可靠性和操作正确性有关。CPT参数数量较多且较为连贯，因此通过科学分析辨别，在保证数据代表性的条件下能够剔除少数异常点。取各个测点在同一平面的锥尖阻力均值，并以此绘制qc-h误差棒曲线，可视为本次试验的特征曲线。
对于有显著分层现象的测点，先在CPT随深度曲线上根据曲线波动趋势划分成若干小层，对每小层取平均值，再计算该力学分层的CPT数值的平均值。此外，对于突变和少数峰值，能给予剔除，不进行考虑，这可能是贯入时受土中的碎石干扰，而将其加入并不能说明整个土层的情况。虽不参与计算，仍应将其记录到图中，以用于对地层的综合分析。 对CPT参数异常数据的判别和删除需结合相关分析方法和假设概念进行辨别。针对任意一层的CPT数值而言，产生异常的原因如下：
（1） 当测试出了土层中的软弱层或不均匀层，可根据经验和目测进行判别，且一般不予以剔除。
（2） 对于检测造成的误差，如仪器问题和试验途中操作不当所造成的误差。
（3）填筑体的填料存在一定变异性，比如在贯入时遇到碎石等也可能产生异常值。
对于第一类原因而言，通常能够较容易地分析和辨别，而剩下的情况就需要采用一定的分析手段进行处理，本文通过格拉布斯准则开展分析和剔除。对于同组平行样本，如果某些样本和平均值相差较大，则将这一样本列为异常值，数学上叫做离群值。统计学认为保存这些离群值会影响平均值的可靠性。离群值的统计分析通常建立在服从正态分布总体上。可以看出现场CPT参数近似服从正态分布，离群值数量基本大于1，且离群值出现在双侧，将现场按照压实系数以0.05的间隔划分若干区间后，根据文献[103]采用峰度检验法进行异常数据处理：首先确定检出水平α=0.05，根据《数据的统计处理和解释正态样本离群值的判断和处理》（GB/T 4883—2008）[104]查峰度检验的临界值表值b'0.95(n)。当峰度bk > b'0.95(n)，判定离均值最远的值为异常值，去除异常值后，重复上述操作直到没有发现异常值。
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第六章 结论与展望
6.1 本文结论
在室内模型试验和现场试验验证的基础上，针对基于CPT的黄土填筑效果测试和评价展开研究，通过研究提出了CPT检测黄土填筑效果的作用机理、可行性、压实系数计算公式、质量评定及均匀性分析方法，得出了如下结论：
（1）CPT检测压实黄土的试验曲线存在临界深度，CPT参数随着压实系数增大而增大，随着含水率增大而减小。压实系数与CPT参数的经验关系在临界深度以上为线性关系；在临界深度以下为对数函数关系。室内CPT锥尖阻力与压实系数、含水率之间符合二元二次函数关系。
（2）成层土界面的超前、滞后深度受土层密实度和密实度顺序影响，密实区的层位界面效应更为显著，当上层密实下层疏松时，超前深度约为4.2R，滞后深度约为2.4R；上层疏松下层密实时，超前滞后的现象不明显，超前深度约为1.1R；滞后深度约为2.3R。
（3）孔穴扩张理论和CPT在压实黄土中的贯入机理具有相似性，在贯入之初，土体破坏范围呈现椭球状；随着贯入深度的增加，土体的水平扰动范围逐渐减小，竖向扰动范围变大，土体破坏范围变化呈现为由椭球状变成圆柱状。
（4）压实系数和CPT参数随深度有明显相关性，压实系数大、CPT参数增大，填土性质较好；反之则说明填土性质较差。CPT锥尖阻力对压实系数和含水率的敏感性均高于侧摩阻力；CPT参数对压实系数的敏感性高于含水率。
（5）CPT检测出现场填筑具有很大的不均匀性，其压实系数呈现弱变异，CPT参数和含水率为中等变异，离散性较高；说明CPT能够有效反映出填筑体在整体和平面方向的不均匀性分布情况。
（6）通过研究建立了基于CPT锥尖阻力的压实系数计算公式，并根据黄土填筑体的施工特点及填筑效果要求，提出了可行的质量评定和均匀性分析方法，为CPT用于黄土填方工程提供了技术支持。
参考文献（略）