靜力觸探機理的試驗和理論研究，對其測試方法和成果應(yīng)用，都有直接的關(guān)系。因此觸探機理研究是很有意義的。但由于土的性質(zhì)的不確定性和復(fù)雜性，以及觸探時產(chǎn)生的土層大變形等，都對機理研究帶來很大困難。因此，到目前為止，觸探機理的理論研究成果遠不盡人意，仍然處于探索階段中。目前，大部分已知的理論都是在飽和粘土中、且于不排水貫入條件下或在純砂中排水貫入條件下得到的。這些理論可歸并成以下幾類：①承載力理論；⑦孔穴擴張法；③應(yīng)變路徑法；④其他方法。下面將簡單分析和評價這些方法。

1.承載力理論

由于CPT類似于樁的作用過程，很早就有人嘗試借用深基礎(chǔ)極限承載力的理論，來求解CPT的端阻q_c，這就是所謂的承載力理論(bearing capacitytheory)，簡稱BCT。該法把土體作為剛塑性材料，根據(jù)邊界受力條件給出滑移線場，或根據(jù)試驗或經(jīng)驗假定滑動面，用應(yīng)力特征線法或按極限平衡法求出極限承載力。BCT得到的q_c一般可以表達為：

土體原位測試與工程勘察

式中：C_u為土的不排水抗剪強度；

為上覆壓力；它和土層深度有關(guān)：

=γh；N_c，N_q為量綱為一的承載力系數(shù)，依賴于滑動(面)的選擇。

BCT承載力理論(Bearing capacitytheories)思路的發(fā)展是從平面應(yīng)變、修正平面應(yīng)變到軸對稱承載力理論。

對該方法可做如下的評價：

(1)BCT和穩(wěn)定貫入有差別，前者是用于極限破壞狀態(tài)的理論；后者是破壞已發(fā)生的過程。

(2)滑移線法、極限平衡法都是應(yīng)力靜定的。求q_c時沒有直接考慮塑性區(qū)內(nèi)的變形，也就不能考慮壓縮性、剪脹和壓碎效應(yīng)。兩者考慮的都是靜態(tài)加載，并且沒有涉及貫入所產(chǎn)生的高的垂直和水平應(yīng)力。

(3)只有在整體剪切破壞的土體中，才能出現(xiàn)完整的破壞面，才能用滑移線法或極限平衡法求解。對于大多數(shù)深貫入，土體破壞都包含局部剪切和壓縮，難以觀察到明顯的滑動面。研究者往往采用β等參數(shù)來描述這種非完整滑動面，以進行修正。

(4)據(jù)剛塑性滑移線法，在塑性破壞之前，土作為剛體無變形，當受力加到極限時，滑移線場內(nèi)整體塑性流動。顯然，這與實際不符，土本構(gòu)關(guān)系的剛塑性簡化會帶來誤差，但若要考慮彈性變形和應(yīng)變硬化、軟化效應(yīng)的關(guān)系，將引起數(shù)學上的極大困難，就失去了滑移線法的簡捷性了。

(5)可以根據(jù)流動法則求出塑性區(qū)內(nèi)土的速率場，并能考慮體積變化的情況復(fù)雜。也無人做過，原因是興趣在于q_c，而問題是應(yīng)力靜定的。

(6)BCT不能求解出孔壓。

2.孔穴擴張法

孔穴擴張法(cavities expansionmethods，簡稱CEM)是源于彈性理論中無限均質(zhì)各向同性彈性體中圓柱形(或球形孔穴)受均布壓力作用問題而形成的觀點。該理論最初用于金屬壓力加工分析，隨后引入土力學中，用柱狀孔穴擴張來解釋夯壓試驗機理和沉樁；用球形孔穴擴張來估算樁基礎(chǔ)的承載力和沉樁對周圍土體的影響。CEM在土力學中已有較深入的應(yīng)用。

柱(球)穴在均布內(nèi)壓P作用下的擴張情況。當P增加時，孔周區(qū)域?qū)⒂蓮椥誀顟B(tài)進入塑性狀態(tài)。塑性區(qū)隨P值的增加而不斷擴大。設(shè)孔穴初始半徑為R_f，擴張后的半徑為R_u及塑性區(qū) 大半徑為R_p，相應(yīng)的孔內(nèi)壓力值為P_u，在半徑R_p以外的土體仍保持彈性狀態(tài)。CEM類似于彈塑性力學問題的一般提法，即：列出三組基本方程(平衡微分方程、幾何方程及土本構(gòu)關(guān)系)，配以破壞準則及邊界條件求解。各研究者獲得的解之間的差別主要在于問題所涉及的變形程度和本構(gòu)關(guān)系的選擇上。本構(gòu)關(guān)系(含塑性階段流動法則)的選擇是CEM的關(guān)鍵，隨土力學理論及計算方法的發(fā)展，從簡單到考慮土的許多復(fù)雜性質(zhì)，主要有多個模型。

CEM的主要優(yōu)點在于：采用柱穴擴張或球穴擴張，把探頭貫入的三維問題簡化模擬成平面應(yīng)變和球?qū)ΨQ問題；應(yīng)力、應(yīng)變和位移僅是徑向坐標變量r的函數(shù)，邊界條件極簡單，采用數(shù)值方法可以納入各種土本構(gòu)模型，并可以考慮土的許多復(fù)雜性質(zhì)。它在得到孔壓和考慮在高壓縮性土中貫入時，明顯比BCT具有優(yōu)勢?？梢钥闯?，CEM的思路源于把探頭貫入看作是錐面的連續(xù)擴張，并近似用柱面或球面擴張來替代，大大簡化了邊界條件。

CEM的主要缺點在于：①很明顯，在固定位置的孔穴擴張不能模擬垂直向貫入的以下兩個重要特征：a.土體變形與垂向坐標有關(guān)。特別是柱擴不能模擬此點，它得到的位移都在水平面內(nèi)，而球擴也不能說明位移反向的情況。b.穩(wěn)定貫入的連續(xù)性。因為CEM描述的總是在一個固定位置的擴孔。因此，甚至在簡單的均質(zhì)各向同性土中，CEM也不能正確模擬貫入時土中各單元的變形過程(應(yīng)變路徑)。②目前的CEM方法，沒有考慮到貫入速率的影響，盡管它對Δu(超孔壓)和q_c的影響是存在的。

3.應(yīng)變路徑法

應(yīng)變路徑法(strain pathmethods，簡稱SPM)是由Baligh領(lǐng)導的小組經(jīng)過10多年的研究，于1985年正式提出的。SPM旨在為合理解釋和預(yù)估樁的貫入、靜力觸探、取土器取土等深層巖土工程問題(相對淺基而言)提供一套集成化、系統(tǒng)化的分析方法。

(1)SPM的基本思想

通過觀察探頭在飽和軟粘土中的不排水貫入，Baligh(1975年)假設(shè)，由于深貫入過程中存在嚴格的運動限制(上覆壓力大，探頭周圍土體在高應(yīng)力水平下深度重塑、強制性流動及不排水條件下土體不可壓縮等)，探頭周圍土體的應(yīng)變受土的抗剪性質(zhì)影響很小，于是，Baligh稱該類問題是由應(yīng)變控制的(strain controlled)。后來的理論和試驗也證實了這一假設(shè)。

因此，用相對簡單的土性(如各向同性)來估算貫入引起的變形和應(yīng)變差，在預(yù)期合理的范圍內(nèi)。再利用估算的應(yīng)變，采用符合實際情形的本構(gòu)模型條件，就可以計算出近似的應(yīng)力和孔壓。

對于軸對稱探頭在飽和粘性土中的準靜力貫入，忽略粘性、慣性效應(yīng)，可將這類由不排水剪切造成的塑性破壞，看作是定向流動問題，即視探頭為靜止不動，土顆粒沿探頭周圍分布的流線向探頭貫入的反方向流動，不同流線上每個單元的變形、應(yīng)變、應(yīng)力和孔壓可用一些步驟求出。

(2)SPM對貫入問題的模擬

SPM對穩(wěn)定貫入問題的模擬的關(guān)鍵在于正確預(yù)估應(yīng)變場。目前，都是將土體視為無粘性不可壓縮流體，通過求解土顆粒繞流探頭來估計應(yīng)變場。這可分兩種情況，即：探頭以速度為u(一般2cm/s)在靜止流體中運動；或速度為u的無窮遠均勻束流零攻角繞流靜止探頭。

解決流體對軸對稱體的繞流，有兩種方法，即：Bankine法和保角映射法。該方法的評價如下：

其優(yōu)點為：SPM法的優(yōu)點主要在于首次比較真實地考慮并模擬到了垂向貫入的特征，克服了CEM的兩個主要缺點。根據(jù)基本假設(shè)，用錐體繞流的方法獲得應(yīng)變場，避開了復(fù)雜的邊界條件，和在復(fù)雜應(yīng)力路徑下結(jié)合本構(gòu)關(guān)系計算的困難。而SPM法的主要缺點在于其基本假設(shè)的適用性上。Clark和Meverhof(1972年)及steenfellt(1981年)現(xiàn)場觀測到沉樁對周圍土的徑向位移場影響范圍分別是4倍和8倍樁徑。一些研究者得到的Δu影響范圍為4～25倍樁徑。因此，貫入產(chǎn)生的應(yīng)變依賴于土性。而目前SPM法實際把其基本假設(shè)更推進一步，將貫入時土中的流場，同無粘性不可壓縮流體繞流錐體的流場等同起來。眾所周知，無粘性流不能抵抗任何剪力(無論多么小)，而且土的粘性一般比水大8～16個數(shù)量級。所以，用無粘性不可壓縮無旋流體繞流錐體來模擬深貫入產(chǎn)生的流場，只有對于完全飽和的軟粘土才可能有效(指一級近似)。對于OCR(超固結(jié)化)＞4的硬粘土，貫入時容易產(chǎn)生不連續(xù)滑動面，仍用連續(xù)的流體運動來模擬就不適合了。若要考慮到粘性和可壓縮性及樁-土界面的摩擦，流動方程的解就很困難。