海洋工程地質是隨著海洋工程的發(fā)展逐步建立起來的，主要研究海洋結構物地基基礎勘察、評價、設計、施工和測試。其目的是解決海洋結構物與土相關的工程問題。

海洋結構物所承受的荷載形式與陸上結構物不同，主要表現為波浪、風、地震及其他振動荷載與靜力荷載的共同作用。有的動荷載可能比靜力荷載影響大得多，各種荷載的不同組合，將導致結構物不同的工作狀態(tài)。海洋巖土工程必須考慮這些復雜荷載條件下的液(水)-土-結構耦合作用。

近些年海洋工程項目不斷增多，如海上風電、跨海大橋、海底隧道、海洋石油鉆井平臺、海水發(fā)電、圍海造陸等，海洋工程逐漸由近海、淺海向遠海、深海發(fā)展，且工程規(guī)模不斷增大，因此對海洋巖土勘察測試的要求也在不斷提高。

獲取土體參數的必要性：

• 海洋環(huán)境惡劣，存在著諸如波浪、臺風、地震、海冰、海嘯等多種災害荷載。

• 海洋結構的地基往往含有不良土層，所以海洋工程結構與相類似的陸地結構易損性或破壞慨率更大。

• 為海洋工程結構選擇良好的場地。

• 巖土工程參數確定及合理設計是保證工程質量、縮短工程周期、降低工程造價、提高經濟效益的關鍵技術之一。

與其它非原位測試手段相比，靜力觸探(CPT)技術以其現場測試無需取樣、適合范圍廣、快速、經濟等特點在工程地質綜合分析評價中顯示了無可比擬的優(yōu)越性。將CPT應用到海底土體測試則更能顯示出自身的優(yōu)點，主要表現在以下四大方面：

• 海底土體一般為新近沉積物，厚度大、飽和松散且容易擾動，鉆探、取樣等操作對土體產生了擾動，取樣后進行現場觀測或室內試驗已經使土體失水失壓，因此無法獲得原狀土的性質；CPT卻因為在海底土體的實際環(huán)境中進行測試，可以獲得Z為真實的土體性質。

• 與陸地CPT相似，海底CPT能夠比取樣操作更加宏觀的反映待測區(qū)域土體的性質并且測試速度快、效率高，這種優(yōu)勢在進行大范圍的海底土體測試時更加明顯，如海底電纜和輸油管線的路由調查等。

• 將CPT探頭停留在待測土體中可對海底土體進行長期觀測，尤其是測試波浪作用下海底土體的物理力學性質變化，而鉆探、取樣等操作卻無法達到這種長期觀測效果。

• 采用孔壓探頭的CPT測試可在海底土體中觀測孔隙水消散的過程。

試驗設備

原位測試

靜力觸探試驗作為一種原位測試手段，具有輕便、快速、精確、經濟和節(jié)省人力等特點，被廣泛應用于各類工程勘察和巖土工程檢測、檢測方面。海上靜力觸探試驗主要有：平臺式靜力觸探、近岸式靜力觸探、海床式靜力觸探、鉆孔式靜力觸探。海床式靜力觸探Z為便捷、GX，受歡迎。

SHARK-200近岸靜力觸探系統(tǒng)

該靜力觸探系統(tǒng)（水下自由升降裝置），它能夠執(zhí)行高精度的不受海洋環(huán)境反復影響的CPT(U)靜力觸探試驗。

SHARK系統(tǒng)主要適用于近岸和近海CPT項目。探測的水深從2到30米。非常適合應用于港口、航道、海峽項目等。

SHARK系統(tǒng)操作相當簡便，在一般的海事運載工具上都能運用。如果運載工具上沒有足夠的月池可用，設置在駁船一側的懸臂框架也能安裝SHARK系統(tǒng)。

MANTA-200海床靜力觸探系統(tǒng)

MANTA海床靜力觸探(CPT)系統(tǒng)為Geomil開發(fā)的快速、精確測試離岸海底土質條件的ZX一代靜力觸探（CPT）系統(tǒng)。

MANTA可以在500米以上水深的近岸環(huán)境中使用，ZD可以在4000米水深的離岸環(huán)境中使用?？梢园惭b在駁船或平臺上，設計靈活，功能強大。

ORCA孔下靜力觸探及取樣系統(tǒng)

Geomil開發(fā)了一種“近岸可伸縮連續(xù)鉆進裝置”簡稱“ORCA”系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一套測井電纜(WL)工具和它們的甲板支撐裝置（船或平臺）。

簡而言之，ORCA系統(tǒng)主要是從鉆孔底部獲取巖土工程數據。經過巖土測試和取樣，鉆探繼續(xù)前進，ORCA裝置隨之循環(huán)采集數據，直到ZZ鉆探深度為止。

目前標準版的ORCA系統(tǒng)設計深度可達500米，能夠與GEOBORE-S鉆桿或類似型號的鉆桿配合使用，同時本系統(tǒng)也適應其它型號鉆桿（如BL PQ - API 6 5/8）的要求。

海洋土的物理、力學性質與陸地上的可能存在顯著差異。因此海洋土進行土力學實驗時，必須考慮這些差異對實驗結果的影響。例如，海洋土中含有機物和鹽分，測量土比重時必須考慮其影響；海底土被取出時，由于壓力的減小，內部空氣擴散出來，從而使飽和度測量不準確，諸多因素都影響了土的物理、力學指標的測定。

• 用于輸油管道和電纜路線的勘察，一般貫入到海床以下3-5m

• 可以用于ZD20-30m的軟粘土

• 可以使用一些價格便宜的船舶

• 海床取樣方法：抓斗式取芯器、取芯箱、振動取芯器、重力取芯器、固定式活塞取樣器。

采用微型貫入儀對箱式取芯器取芯箱試樣進行測試，是在甲板上立即對土樣進行測試。

• 對于土體地層情況有個初步的印象，得到土體狀態(tài)的DY手資料；

• 如果需要進行循環(huán)試驗，評價軟弱土層中是夠可以獲取足夠數量的試樣非常重要；

• 評價獲取的試樣是否質量足夠好；

• 評價是否進行了足夠數量的鉆孔取樣；

• 制定陸地室內實驗的基礎。

海上室內試驗的標準試驗類型：

• 試樣擠出試驗

• 試樣描述(巖土工程描述和地質描述)

• 試樣拍照

• 含水量

• 土體單位重量

• 抗剪強度指標測試(目的是快速得到不排水抗剪強度)

• 落錐試驗

• 微型貫入儀電動十字板

• 不排水不固結三軸試驗(UU)

管道和輸電線纜項目的室內試驗

需要測試3m以上土的參數

• 土質分類及強度指標實驗是比較重要的

• 對于某些特殊目的例如碎石支撐土等，需要通過三軸試驗和直剪試驗測定土體的強度

• 有時需要對一些填土進行熱力學參數測試

自升式平臺項目的室內試驗

需要土體強度參數用于貫入腿分析，通過分析確定持力層非常重要

• 土質分類測試

• 強度指數測試，包括UU三軸試驗

• 砂土中排水三軸試驗

導管架平臺項目的室內試驗

需要測得樁基礎底部以下5m深度的土體參數

• 通過UU三軸試驗結果的經驗關系得到樁基承載力；對于粘土層一般做UU，對于砂土層一般做排水三軸試驗。除此之外，要做一些固結試驗用來評價應力歷史以及一些土質分類試驗用于劃分土層。

• 側向樁基承載力的一些新的方法也需要suDSS作為輸入。

海底建筑的土工試驗

需要測得擋板深度+一倍直徑的深度范圍內土體參數

• 土質劃分試驗

• 三軸剪切壓縮及伸長試驗，以及直剪試驗

• 通常不需要循環(huán)試驗

一些基礎解決方案

通常室內試驗需要覆蓋以下內容：

• 一般的土體剖面；

• 原位應力及應力歷史；

• 土體強度；

• 大水平荷載引起的剛度；

• 由于浪荷載及旋轉風葉上產生荷載造成的循環(huán)強度。

制定單樁基礎室內試驗計劃時需要考慮：

• 取樣深度應為基礎深度+5m；

• CPT應該被用來識別軟弱土層，這些土層需要進行特殊的室內試驗；

• 對于水平剛度和循環(huán)荷載的效應，Z上面的10m是比較重要的；

• 循環(huán)荷載室內試驗需要很多優(yōu)質的試樣，確保采集足夠多的試樣，并正確地進行處理后再帶到陸地實驗室內。

試驗設備

室內試驗

GDS共振柱測試系統(tǒng)RCA

GDS伺服電機控制的動態(tài)循環(huán)單剪試驗系統(tǒng)EMDCSS

GDS多向動態(tài)循環(huán)單剪系統(tǒng)VDDCSS

GDS多維復合動態(tài)循環(huán)單剪實驗系統(tǒng)MDDCSS

GDS標準應力路徑靜三軸儀試驗系統(tǒng)STDTTS

參考文獻：Tom Lunne，NGI. Offshore sampling, laboratory testing and evaluation of data. Planning of onshore lab testing.2019海洋靜力觸探及巖土工程測試技術研討會.