岩土力学 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (7): 2308-2324.doi: 10.16285/j.rsm.2025.0059CSTR: 32223.14.j.rsm.2025.0059

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火壤工程地质原位探测技术研究进展与孔压静力触探应用展望

吴盾1, 2, 3，孙林1, 2，陆建伟1, 2，于秉坤3, 4，蔡国军1, 2   

  1. 1．安徽建筑大学 安徽省智能地下探测重点实验室，安徽 合肥 230601；2．安徽建筑大学 土木工程学院，安徽 合肥 230601； 3．深空探测实验室深空科学研究院，安徽 合肥 230026；4．中国科学技术大学 地球和空间科学学院，安徽 合肥 230026
  • 收稿日期:2025-01-15 接受日期:2025-03-10 出版日期:2025-07-10 发布日期:2025-07-09
  • 通讯作者: 蔡国军，男，1977年生，博士，教授，主要从事现代原位测试技术理论与工程应用研究。E-mail: focuscai@163.com
  • 作者简介:吴盾，男，1985年生，博士，教授，主要从事工程地质与地球化学等方面的研究工作。E-mail: wudun@ahjzu.edu.cn
  • 基金资助:
    国家杰出青年科学基金项目（No.42225206）；深空探测全国重点实验室基础研究项目（No.NKLDSE2023A002）；安徽省智能地下探测重点实验室开放基金（No.APKLIUD23KF01）；国家自然科学基金面上项目（No.42072299）。

Research advances in in-situ characterization techniques for Martian soil and prospects for piezocone penetration test application

WU Dun1, 2, 3, SUN Lin1, 2, LU Jian-wei1, 2, YU Bing-kun3, 4, CAI Guo-jun1, 2   

  1. 1. Anhui Province Key Laboratory of Intelligent Underground Exploration, Anhui Jianzhu University, Hefei, Anhui 230601, China; 2. School of Civil Engineering, Anhui Jianzhu University, Hefei, Anhui 230601, China; 3. Deep Space Science Research Institute, Deep Space Exploration Laboratory, Hefei, Anhui 230026, China; 4. School of Earth and Space Sciences, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui 230026, China
  • Received:2025-01-15 Accepted:2025-03-10 Online:2025-07-10 Published:2025-07-09
  • Supported by:
    This work was supported by the National Science Fund for Distinguished Young Scholars (42225206), the Basic Research Project of the National Key Laboratory of Deep Space Exploration (NKLDSE2023A002), the Open Fund of Anhui Provincial Key Laboratory of Intelligent Underground Detection (APKLIUD23KF01) and the General Program of the National Natural Science Foundation of China (42072299).

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摘要： 火星土壤（火壤）作为火星探测器着陆的主要支撑介质，其工程地质特性对探测任务的成功至关重要。通过聚焦火星原位探测技术的最新进展，总结了着陆区火壤的物理力学特性，探讨了触探技术、机械臂采样技术、钻取技术、物探技术以及空间遥感技术等多种手段在火壤探测研究中的潜力和局限性以及具体应用。此外，展望了将孔压静力触探（piezocone penetration testing，CPTU）技术应用于未来火星土壤探测的可能性。鉴于CPTU技术在地球工程中能高效地评估土壤力学特性，因此，其在火星土壤探测中具有重要的应用潜力，有望为火星着陆区选址、科研站建设、资源开采计划等深空探测活动提供更为精确、全面的数据支持。然而，由于火星与地球在物质组成、结构特征以及环境条件上的显著差异，CPTU设备的适应性研发和改造是当前面临的关键科学与技术问题。未来，随着深空探测技术的不断进步，对该领域的研究将为火星探测乃至更深远的探测任务奠定坚实基础。

关键词: 火星土壤, 工程地质, 原位探测技术, 孔压静力触探

Abstract: The Martian soil, serving as the primary support medium for the landing of Mars rovers, is of paramount importance for the success of exploration missions owing to its unique engineering and geological properties. By focusing on the latest advancements in Mars in-situ exploration technology, this study summarizes the physical and mechanical properties of Martian soil in potential landing areas and delves into the potential, limitations, and specific applications of various methods in Martian soil research, including penetration testing, robotic arm sampling, drilling techniques, geophysical exploration, and space remote sensing technologies. Furthermore, the potential application of piezocone penetration test (CPTU) technology in future Martian soil exploration is prospected. Given CPTU's efficient capability in assessing soil mechanical properties in terrestrial engineering, it exhibits significant potential for Martian soil exploration. This advanced technology is anticipated to provide more precise and comprehensive data support for deep space exploration activities such as site selection for Mars landing missions, construction of scientific research stations, and resource extraction plans. However, given the marked differences between Mars and Earth in terms of material composition, structural characteristics, and environmental conditions, the adaptive development and modification of CPTU equipment represent crucial scientific and technical challenges. Moving forward, with the continual advancement of deep space exploration technology, extensive research in this field will undoubtedly lay a solid foundation for Mars exploration and even more ambitious missions beyond.

Key words: Martian soil, engineering geology, in-situ detection technology, piezocone penetration test

中图分类号: TU 458
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