一种吹填珊瑚砂快速密实度评价方法、装置及存储介质与流程

本技术实施例涉及岩土工程原位测试，尤其涉及一种吹填珊瑚砂快速密实度评价方法、装置及存储介质。

背景技术：

1、吹填珊瑚砂是岛礁工程建设和海岸带填海工程的主要填料来源。通过水力输送将海底珊瑚砂吹填至目标区域后，填筑体通常处于高孔隙比、低密实度的初始松散状态，需经过振冲、强夯或堆载预压等地基处理后方可作为建构筑物地基。因此，在地基处理施工完成后，对吹填珊瑚砂填筑体的密实度进行快速、准确评价，是确保工程质量满足设计要求的关键环节。

2、现有技术中，对砂土地基密实度的评价方法主要包括标准贯入试验（standardpenetration test，spt）、静力触探试验（cone penetration test，cpt）、现场密度试验（如灌砂法、核子密度仪法）以及基于剪切波速的波速评价方法。上述方法在石英砂等常规砂土中已形成较为成熟的评价体系，但在吹填珊瑚砂这一特殊岩土材料中应用时，均面临显著的技术缺陷：

3、第一，标准贯入试验在珊瑚砂中的适用性缺陷。珊瑚砂颗粒由生物成因的碳酸钙质骨骼碎屑组成，颗粒形状不规则、内部孔隙发育、单颗粒强度低。在标准贯入试验的锤击贯入过程中，锤击能量导致贯入器周边及底部的珊瑚砂颗粒发生剧烈碰撞和破碎，使得实测原位贯入阻力参数n值显著偏高且离散性大。由于颗粒破碎程度在空间上分布不均，n值与相对密度dr之间的经验对应关系在珊瑚砂中失效，采用现有石英砂的n-dr关系评价珊瑚砂密实度将导致系统性的误判。

4、第二，静力触探试验在珊瑚砂中的适用性缺陷。静力触探试验通过连续贯入锥头测定锥尖阻力，在石英砂中已建立与dr、内摩擦角等参数的经验关系。然而，珊瑚砂在锥头贯入过程中同样发生颗粒破碎，破碎带的发展改变了锥头附近的应力场和剪切破坏模式，导致珊瑚砂的-dr关系显著不同于石英砂。直接套用石英砂的-dr经验关系将高估或低估珊瑚砂的实际密实度。

5、第三，现场密度试验在珊瑚砂中的效率缺陷。灌砂法和核子密度仪法是测定现场密度的直接手段，评价结果直观可靠。但是，灌砂法试验工序繁琐、单点耗时长达30min~60min，核子密度仪需进行辐射安全管理和多点标定。对于吹填珊瑚砂填筑工程，评价区域通常达到数万平方米甚至数十万平方米，采用上述方法进行大面积密集布点测试将耗费大量人力、物力和时间，无法满足工程现场对快速评价的需求。

6、第四，缺乏基于原位波速的珊瑚砂密实度评价标准。多道面波分析法（multichannel analysis of surface waves，masw）可快速测定土体的剪切波速，进而评价密实度和力学性状。然而，现有剪切波速与密实度的经验关系主要针对石英砂、黏性土和岩石建立，珊瑚砂由于颗粒结构特殊、胶结程度可变，其波速-密实度-应力关系与常规土体存在本质差异，目前尚未建立适用于吹填珊瑚砂的-dr评价标准，限制了面波法在珊瑚砂工程中的应用。

7、综上所述，现有吹填珊瑚砂密实度评价方法存在原位贯入阻力参数受颗粒破碎干扰、静力触探经验关系不适用、现场密度试验效率低下以及缺乏波速评价标准等技术问题，无法满足岛礁工程快速、准确、大面积评价地基处理效果的实际需求。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种吹填珊瑚砂快速密实度评价方法、装置及存储介质，用以克服现有技术中吹填珊瑚砂密实度评价受颗粒破碎干扰、单一指标偏差大且测试效率低，无法实现快速精准大面积评价的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种吹填珊瑚砂快速密实度评价方法。包括：

3、步骤s1，在评价区域内布设测点，于各测点处采集原位测试参数，所述原位测试参数包括通过标准贯入试验获取的原位贯入阻力参数、静力触探阻力参数与剪切波速参数，以及通过无核密度仪获取的土体密度参数；

4、步骤s2，在所述测点处进行取样得到土体，测定所述土体的颗粒级配，并基于所述颗粒级配确定土体的颗粒破碎率参数；

5、步骤s3，利用所述颗粒破碎率参数修正所述原位贯入阻力参数，得到消除颗粒破碎影响的等效原始贯入阻力参数；

6、步骤s4，将所述等效原始贯入阻力参数与所述静力触探阻力参数、剪切波速参数和土体密度参数进行融合，得到各测点的综合密实度融合指数；

7、步骤s5，将所述综合密实度融合指数与预设的目标密实度阈值进行比较，依据比较结果划分各测点的密实度等级，并判定各测点是否满足设计要求，根据各测点的判定结果在评价区域中标记满足设计要求的达标区域和不满足设计要求的不达标区域；

8、步骤s6，基于全部测点的综合密实度融合指数，采用空间插值方法生成覆盖所述评价区域的密实度空间分布图，并将所述不达标区域在所述密实度空间分布图中突出显示。

9、进一步地，步骤s1中，所述标准贯入试验的测点呈网格状布设，所述无核密度仪的测试点位与所述标准贯入试验的测点重合，实现原位测试数据的同步采集。

10、进一步地，步骤s2中，所述颗粒破碎率参数的计算公式为：

11、；

12、其中，br为颗粒破碎率参数，bt为颗粒破碎试验后的破碎势，bp为颗粒破碎试验前的破碎势；颗粒破碎试验前的破碎势bp为颗粒破碎试验前土体颗粒级配曲线与粒径坐标轴所围成的面积，颗粒破碎试验后的破碎势bt为颗粒破碎试验后土体颗粒级配曲线与粒径坐标轴所围成的面积，破碎势通过对粒径小于0.074mm的颗粒含量及各级配区间粒径分布数据进行积分计算获得。

13、进一步地，步骤s3中，所述修正后的原位贯入阻力参数的计算公式为：

14、；

15、其中，为在所述测点处通过标准贯入试验获取的实测贯入击数，br为所述颗粒破碎率参数，为颗粒破碎影响系数，的取值范围为0.2~0.5。

16、进一步地，所述颗粒破碎影响系数根据吹填珊瑚砂的碳酸钙含量、母岩强度和初始孔隙比综合确定；当碳酸钙含量大于90%、母岩强度小于20mpa且初始孔隙比大于1.4时，取0.4~0.5；当碳酸钙含量为70%~90%、母岩强度为20mpa~40mpa且初始孔隙比为1.2~1.4时，取0.2~0.3；当碳酸钙含量小于70%、母岩强度大于40mpa且初始孔隙比小于1.2时，取0.2。

17、进一步地，步骤s4中，所述综合密实度融合指数的计算公式为：

18、；

19、其中，di为综合密实度融合指数，为修正后的原位贯入阻力参数，为锥尖阻力，为所述剪切波速，为湿密度，为预设原位贯入阻力参数、为预设锥尖阻力、为预设剪切波速、为预设湿密度，、、与用于将各参数转换为无量纲的相对值；、、、为权重系数，各权重系数之和为1；权重系数的取值范围为0.25~0.40，的取值范围为0.20~0.35，的取值范围为0.20~0.35，的取值范围为0.10~0.20。

20、进一步地，所述权重系数通过标定区的静载荷试验数据或取样的室内试验数据，采用主成分分析法或反向传播神经网络训练确定。

21、进一步地，步骤s5中，判定各测点是否满足设计要求，包括：

22、当所述综合密实度融合指数大于或等于目标密实度值与允许偏差值之和时，判定密实度满足设计要求；

23、当所述综合密实度融合指数介于目标密实度值与允许偏差值之差和目标密实度值与允许偏差值之和之间时，判定密实度满足设计要求，需进行局部补强处理；

24、当所述综合密实度融合指数小于或等于目标密实度值与允许偏差值之差时，判定密实度不满足设计要求，需重新进行地基处理；

25、所述允许偏差值为0.05~0.10倍的所述目标密实度值，所述目标密实度值根据工程设计文件中对吹填珊瑚砂地基的承载力要求和变形控制标准，结合标定区内满足设计要求的测点的di实测值综合确定。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本实施例通过采用便携式粒度分析仪现场快速测定颗粒级配并计算hardin相对破碎率，实现了颗粒破碎率的原位快速量化，取样位置与测点对应且取样质量优选为80g~120g保证了代表性与测试精度，为后续修正原位贯入阻力参数提供了定量依据，有效解决了吹填珊瑚砂因颗粒破碎导致原位测试参数失真的问题。

27、进一步地，本实施例通过引入颗粒破碎影响系数并建立其与碳酸钙含量、母岩强度和初始孔隙比之间的分级量化对应关系，实现了对原位贯入阻力参数的差异化修正，能够根据不同区段珊瑚砂的破碎敏感性精准剥离实测击数中的虚增分量，使修正后的贯入击数真实反映土体未破碎时的原始密实状态，有效消除了颗粒破碎效应对贯入阻力测试的系统性干扰，显著提高了标准贯入试验在吹填珊瑚砂中的适用性和评价精度。

28、进一步地，本实施例通过建立多参数加权融合模型，将修正后的原位贯入阻力参数、锥尖阻力、剪切波速和湿密度四项指标进行协同融合，并利用标定区静载荷试验或室内试验数据，采用主成分分析法或反向传播神经网络训练确定各权重系数，使融合指数能够综合反映贯入阻力、波速和密度等多维信息，避免了单一指标评价的片面性和局限性，有效提高了吹填珊瑚砂密实度评价的全面性和准确性。

29、进一步地，本实施例通过设立达标、基本达标和不达标三级密实度判定标准，并基于标定区内达标对照测点的di实测值确定目标密实度值、基于标定区内测点di值的标准差与置信系数确定允许偏差值，使判定阈值具有实测数据基础和统计依据，避免了经验取值的随意性，实现了对吹填珊瑚砂地基处理效果的精准分级评价。

30、第二方面，本技术实施例提供了一种吹填珊瑚砂快速密实度评价装置，包括：

31、多参数采集模块，用于获取各测点处的原位贯入阻力参数、静力触探阻力参数、剪切波速参数和土体密度参数；

32、破碎率测定模块，用于对取自所述测点处的土体进行颗粒级配分析并计算颗粒破碎率参数；

33、数据修正模块，用于根据所述颗粒破碎率参数对所述原位贯入阻力参数进行修正，得到消除颗粒破碎影响的等效原始贯入阻力参数；

34、数据融合模块，用于将所述等效原始贯入阻力参数与所述静力触探阻力参数、剪切波速参数和土体密度参数进行加权融合，计算各测点的综合密实度融合指数；

35、等级划分模块，用于将所述综合密实度融合指数与预设的目标密实度阈值进行比较，划分各测点的密实度等级并判定各测点是否满足设计要求，以及根据判定结果在评价区域中标记达标区域和不达标区域；

36、空间分布输出模块，用于基于全部测点的所述综合密实度融合指数，采用空间插值方法生成覆盖所述评价区域的密实度空间分布图，并将所述不达标区域在所述密实度空间分布图中突出显示。

37、第三方面，本技术实施例提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行本技术实施例提供的方法。