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自由落体式触探仪(如图1)在其自身沉力作用下加快垂直着落
，而后贯入沉积层中。在贯入过程中
，它丈量水下的沉积层。这套仪器能贯入流体或固结淤泥层数米。它的沉量为7-10千克
，极限速度约为6.5米/秒
，长度为0.9米
，直径为0.05米
，深度丈量精度为0.05米。

当前
，欧洲大部门港口选取密度丈量致反表征浮泥层的疏松个性。密度以吨每立方米(t/m³)暗示
，并与水的密度进行比力。浮泥与水的密度比值的增长取决于浮泥中颗粒的含量。浮泥由惰性颗粒(如砂粒和粉粒)和活性颗粒(如粘粒和有机物质)组成。水与活性颗粒结合在一路
，絮凝颗粒之中和之间的水是封关的。浮泥的密度丈量值给出了颗粒和水的体积密度。在欧洲的几个港口
，选取浮泥密度为1.2T/m?的深度作为判定船舶可能通过浮泥层的适航深度尺度。

这个判据最初是从假定的浮泥密杜纂强度或阻力之间的关系推导出来的。浮泥的流变是在表力作用下的塑性和弹性变形。

对于自由落体式触探仪来说
，表力是沉力。对于进入淤泥层的船来说
，表力就是船的推动力。当像自由落体式触探仪这样的管状物使淤泥变形时
，会产生两种阻力。第一种阻力作用在触探仪的圆锥体上
，淤泥被推开并变形。把单元体积“V”(单元为立方米)的淤泥推开单元距离“d”所需的能量E(单元为焦耳)称为圆锥体贯入阻力或锥尖阻力(单元为J/m³或Pa)。

当触探仪套管贯入到淤泥层中
，淤泥与套筒之间的摩擦会产生阻力。阻力(单元为牛顿)除以套筒表表积A(单元为立方米)得到抗剪强度。作用在触探仪上的力如图2中所示。

流变和密度随功夫的演变分歧
，因而不存在一对一的关系。

用自由落体式触探仪上的一组独立的板载传感器来丈量沉积层的密度和流变。压力传感器用于测定软沉积层中的孔隙水压力并推算出密度
，这里的要求是沉积物(泥沙)刚沉积不久
，在这种情况下孔隙压力蹬宗泥沙的沉量。板载加快度传感器测得的数据被用来推导出速度
，而后把速度导入到一个动态模型中。该模型赔偿了阻力等表力成分。而后
，使用该模型对在沉积物中实现的丈量进行尺度化。了局是高精度的圆锥贯入总阻力和抗剪强度
，精度为2%
，每贯入1厘米就有几个数据点。圆锥贯入总阻力是锥体移动单元体积沉积物(泥沙)所亏损的总能量？辜羟慷仁茄匾瞧魈淄采瞎崛朊康ピ疃人魉鸬哪芰。

每落下一次
，可获得以下个性曲线。图3显示了某个港口某次落下的个性曲线
，该港口选取了1.2t/m³的尺度来确定适航深度。在评估不排水抗剪强度时
，能够明显地看出
，该点位于高阻力的固结淤泥层中。

在另一个港口(图4)
，使用一样的1.2吨/m?尺度来确定适航深度。然而
，在这一点处的不排水抗剪强度很低
，并且深度增长一米后抗剪强度也没有扭转
，这批注存在优化的空间。

自由落体式触探仪能够用来精确测定水下沉积层的深度和厚度。它提供了关于沉积物结构和分层的额表信息
，好比对于多波束回声测深仪数据来说。

在图5中
，210KHz回声测深仪可确定沉积层的顶部
，但33KHz回声测深仪却不能确定适航的底部
，而自由落体式触探仪能够提供齐全的强度或减速剖面曲线
，从而可能正确评估沉积物。

自由落体式触探仪在疏松淤泥层中的运行情况与船舶在淤泥中航行时的运行情况之间可能存在亲昵关系。在船舶航行通过淤泥时
，船头会有一个与淤泥移动有关的影响区域
，在船体下面摩擦力将占主导职位。摩擦参数能够从剪应力中推导出来。在淤泥是各向同性的如果下
，这意味着在所有方向上预计的阻力都相称
，在淤泥层中的每个地位处的圆锥贯入总阻力能够暗示移动单元体积淤泥所必要的能量
，而剪应力能够用来预测摩擦力。

凭据Abelev(2009)文件
，预测物体与淤泥层相互作用情况的另一个关键成分是相互作用的速度。自由落体式触探仪在疏松淤泥层第一米处的均匀冲击速度为5-6米/秒。船舶进入港口的速度为5-6节
，也就是2.5-3米/秒。由于较高的速度
，自由落体式触探仪预测的阻力可能会超过船舶现实受到的阻力。

在鹿特丹港的Beerkanaal进行调查时
，自由落体式触探仪被定期使用。选择了一个活跃的沉积带
，并形成更密集的纪录格网。主张是从密度和强度演变的角度评价新的沉积层。最近
，两张距离一个月的多波束图提供了一张揭示沉积物堆集的差距图(图6)。  已观察到沉积物增高的最大值为1.5米
，新沉积物淤积高度重要散布在0.5-1.0米之间
，其中1.0米淤积可诠释为旧的疏浚挖槽被填满。

调查了两个区域。1区在Beerkanaal西侧入口里面
，没有新的沉积(深蓝色)。在Beerkanaal西侧入口名义
，新的沉积物经历6周沉积下来。第一次丈量称为T₀丈量
，6周后的第二次丈量称为T₁丈量。

其主张是调查现有淤泥层之上新沉积层的密度和流变之间的关系
，并将它们与在某个试验场(Staelens(2013))进行的仿照试验联系起来。原始的淤泥层已固结
，较长功夫没有疏浚。原始淤泥层强度剖面(图7
，蓝色曲线)显示出以下特点。

自由落体式触探仪的两次测试地位标在图7上的1区101地位。第一次的测试功夫为T₀
，第二次测试功夫为六周后的T₁。沉积层的圆锥贯入总阻力剖面无显著差距
，淤泥顶部的深度为18.7米。

触探仪的两次测试地位标在图8上的107地位。对于107地位
，在多波束图上有约莫1米的差距。在强度剖面图上也能够看到类似的差距。在T₀时
，强度剖面曲线从23.6米起头
，在T₁时
，淤泥顶部深度为22.6米。

新淤泥层的圆锥贯入总阻力最大为8KPa。8 kPa的圆锥贯入总阻力相当于100Pa的抗剪强度所需的能量损失。在PIANC(国际航运协会
，1997)和Wurpts R.(2005)的汇报中
，100Pa被建议作为可通航淤泥的最大屈服强度。

基于这些如果
， 由于在PIANC(1997)屈服极限值之内
，新的沉积层依然是能够通航的。

在一样的地位
，用垂直的Beeker采样器来丈量密度。在107地位(在这里还丈量了新沉积层)的第1米处采集了试样。该取样器的丈量了局显示
，从淤泥层顶部到顶部以下约1米的领域内
，密度险些维持不变。

凭据在某个试验场对这种淤泥进行的足尺仿照试验了局
，这个密度注明这些沉积物的沉积产生在不到20天前(图10
，改编自Staelens(2013))。

在感兴致的区域
，用自由落体式触探仪做了24次丈量。仅思考T₁多波束图
，这些丈量了局在整个区域内做内插。取三维天生的强度体的横截面(图11)。

图11描述了采样区的概况。在第400行取了一个横截面。图12显示了该横截面。有两条洋红色的线
，它们别离是T₀和T₁时的多波束丈量的深度。这两条线之间就是新淤积的沉积物。在这个横截面上该沉积层的强度远低于8KPa的圆锥贯入阻力或100KPa的抗剪强度。

鹿特丹港目前在使用密度尺度来启动、节造和评估疏浚工程。指标深度是23.65米。当指标深度以上沉积层的体积密度(容沉)超过1.2吨/米3时
，必要疏浚这些沉积物。在上述情况下
，新沉积层满足疏浚的前提。在这种情况下
，沉积物顶部在23.65米以上
，该沉积层的均匀密度为1.22吨/米3。从强度上看
，沉积层极度疏松
，其抗剪强度还没有达到PIANC(国际航运协会
，1997)的100Pa水平。

在Staelens(2013)中提及的固结试验已证实
，在固结的第一阶段
，密度演变得速度远远快于强度。强度的演变似乎受沉积物的排水和沉积物的负荷共同驱动
，而密度的演变只必要排水。由于大部门新沉积层的厚度在0.5-1.0米之间
，所以在这种特定情况下
，沉积物的负荷相对较低。因而
，强度的演变缓慢。在试验场也观察到了这种景象；在试验场的观测似乎与在现场的观测相一致
，从而可能正确地预测强度和密度的演变。

密度和强度随功夫变动的这种差距为优化疏浚工程提供了机遇。通过跟踪沉积物的强度参数而不是密度参数
，可能会降低挖泥船带头和急剧响应的成本；鼓芄煌ü谠斐恋砦锏那慷壤唇徊降⒏榉从彻Ψ
，从而使出产过程中险些所有的峰值变得平缓。

在沉积后的第一个月
，疏松的沉积层在自身沉量和新沉积物沉量作用下固结
，其强度变大。通过疏浚固结层
，并维持浮泥层不受影响或维吃熹疏松
，可能会优化疏浚工作。