为进一步提高土体力学参数内聚力、内摩擦角和弹性模量的解译精度，研究团队在此前力学所团队发明的新型冲击贯入触探技术基础上，开发出冲击贯入触探与声波探测耦合的“源—接收”分离构型集成的探测技术。基本原理是冲击贯入触探仪冲击土体产生震源，声波探测器采集贯入过程中震源在土壤介质中的传播，再结合声波特性数据与冲击贯入触探数据，解译土体的力学特性参数。

研究团队一方面基于冲击贯入触探技术，厘清了冲击贯入岸滩沙土的贯入阻力机理，另一方面将冲击贯入与声波探测耦合按“源－接收”分离构型协同集成，发展出一套土体多力学参数快速探测方法。相关成果分别以“Coupling effects of density and moisture content on the dynamic penetration resistance and mechanism of coastal sand”和“A source–receiver dynamic penetrometer and acoustic approach for rapid characterization of soil mechanical properties”为题发表于Ocean Engineering和Measurement期刊。

在贯入阻力机理研究方面，研究团队开展了密度、含水率、贯入速度三因素受控的高速冲击贯入试验，并采用数字图像相关（DIC）方法观测位移场。研究引入惯性数作为衡量岸滩沙土变形主控机制的物理量，厘清了不同工况下惯性数与贯入速度的演化规律，明晰了岸滩沙土从惯性机制向摩擦机制转变时的力学响应。据此构建的锥尖阻力模型，在多种试验工况下均保持较低的预测误差，为原位冲击贯入数据的物理解译提供了依据。

在新型探测技术方面，研究团队提出“源－接收”分置式冲击贯入触探与声波探测协同的集成测试方法。该方法将球形空腔扩张理论与多岛遗传算法耦合，建立多参数反演框架，实现了弹性模量、内聚力与内摩擦角的精准解译。具体做法如下：先基于扩展的动态球形空腔膨胀模型，建立圆锥冲击贯入土体的贯入阻力预测模型；再对声波探测数据和力学贯入仪数据中的原始锥尖贯入阻力－深度曲线进行滤波处理；然后利用声波特性计算弹性模量E，利用贯入阻力预测模型计算预测锥尖贯入阻力，使预测曲线与实验结果之间的阻力误差最小化；最后借助多岛遗传算法（MIGA），确定使目标函数最小化的最优参数组合，从而精准获取陌生区域的地面力学特性参数。

力学所李娜助理研究员为论文的第一作者，李玉琼研究员为通讯作者。研究工作得到了国家重点研发计划和中国科学院战略先导专项等项目的联合资助。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0029801826025072

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263224126017343

图1 干密度为1.5 g/cm³岸滩沙土的惯性数分布以及惯性数随速度变化曲线，含水率分别为(a, d) 5%; (b, e) 10%; (c, f) 15%

图2 “源－接收”分置式声波探测流程示意图