土基回弹模量试验研究

2024-07-29

土基回弹模量试验研究（精选4篇）

土基回弹模量试验研究篇1

0 引言

根据《广州白云国际机场三跑道工程岩土工程详细勘察要求》, 开展本次广州白云国际机场三跑道工程土基回弹模量试验工作。目的是测定广州白云国际机场三跑道工程的土基回弹模量。

广州白云国际机场三跑道工程位于广州市白云区人和镇至花都市花山镇之间, 地势平坦。跑道近南北走向, 长3 800 m。这次土基回弹模量在第三跑道中心线上共布置3组;每组3个试验点, 共9个试验点。各组试验点的分布位置见图1。于2010年12月5日开始本次原位试验工作, 各项试验在地面以下-0.50 m~-0.70 m原状粉质粘土上进行。试验项目:土基回弹模量试验。本次原位试验工作于2010年12月19日完成。实际完成3组试验, 每组3个试验点, 共完成9个试验点的原位回弹模量试验。

1 试验装置、方法和标准

1.1 试验装置

土基回弹模量的现场测试装置采用压重平台反力装置 (见图1) 。用大于1.2倍预定最大试验荷载的荷重作为反力荷载, 并在试验开始前一次性加上平台。试验时采用油压千斤顶分级加载, 在底层承载板对称装设2个~3个量程为50 mm的百分表测量承载板的沉降量和回弹变形值。千斤顶、压力表和百分表均经计量校准或检定, 且均在有效期内, 试验仪器设备性能符合规范规定要求。

回弹模量试验的承载板用厚25 mm, 直径为300 mm的圆钢板。反应模量试验、平板载荷试验底层承载板用厚25 mm, 直径为750 mm的圆钢板;在其上再叠加直径为500 mm~600 mm, 厚25 mm的钢板1块~2块。

1.2 试验方法

1) 试验基坑。

在经测量精确定出的各测点位置上开挖试验基坑, 基坑宽为3 m~5 m, 长为5 m, 深度为0.50 m~0.70 m。一般挖入原状粉质粘土层0.20 m~0.30 m, 保持其原状结构和天然湿度。在基坑中间放置承载板的位置用铲或刮刀铲至水平, 以便平稳放置承载板。

2) 回弹模量试验方法。

回弹模量试验的承压板用圆形厚钢板, 直径为0.30 m, 承压板面积约为0.071 m2。在已铲至水平状的土基表面均匀铺细砂少许并刮平, 然后安装承载板, 将承载板旋转一周或左右转动, 使之紧贴土基表面, 并用水平尺校正, 使承载板置于水平状态。同时用垂球检查承载板中心是否对准平台荷载的重心, 接着安置千斤顶, 设置基准桩和基准梁, 最后在承载板上安装2个百分表。

开始加载测试时, 先预压至0.03 MPa~0.05 MPa, 稳压1 min, 使承载板与土基紧密接触。然后放松千斤顶油阀卸载至零;调表对零后, 即可开始加载试验。试验采用逐级加载卸载法。加卸载分级为:0→0.02 MPa→0;0→0.04 MPa→0;0→0.06 MPa→0;0→0.08 MPa→0;0→0.10 MPa→0;0→0.15 MPa→0;0→0.20 MPa→0。当回弹变形量大于1.00 mm或加载至0.20 MPa时, 即可结束试验。

1.3 试验标准

回弹模量试验按照中华人民共和国行业标准JTJ 095-95公路路基路面现场测试规程中8.3承载板测定土基回弹模量试验方法 (T 0943-95) 进行。

2工程地质概况

本次9个试验点的试验面标高为地面以下-0.50 m~-0.70 m。试验土层为土黄色~黄褐色粉质粘土, 可塑状。

3试验结果

各试验点的回弹模量试验结果见表1。

土基的回弹模量计算。

1) 各级荷载下的土基回弹模量Ei值, 按下式计算:

其中, Ei为相应于各级荷载下的土基回弹模量, MPa;μ为土的泊松比, 粉质粘土取μ=0.38;d为承载板直径, d=30 cm;pi为承载板单位面积压力, MPa;Li为相对于荷载pi时的回弹变形值, cm。

2) 各试验点的土基回弹模量E值, 取0.1 MPa以内的pi与Li值用线性归纳法按下式计算:

其中, E为土基的回弹模量, MPa;∑Li为0.1 MPa以内的各级实测回弹变形值之和, cm;∑pi为对应于Li的各级单位面积压力之和, MPa。

根据式 (2) 计算得出本次9个试验点的E0值, 见表1。

由表1可见, 可塑状, 土黄色~黄褐色粉质粘土的回弹模量E值变化范围在32.85 MPa~45.45 MPa之间, 回弹模量E的平均值为38.78 MPa。

4结语

1) 通过试验可知, 粉质粘土回弹模量E值变化范围在32.85 MPa~45.45 MPa之间, E0的平均值为38.78 MPa, 以后在同类工程设计中, 如果没有试验数据, 该范围值可作为该地区该土层回弹模量的参考值。

2) 本文详细介绍了土基回弹模量试验装置、方法、标准, 为今后同类型试验开展提供了相应的参考和指导。

摘要：详细介绍了土基回弹模量试验装置、方法、标准, 得出了广州市白云区粉质粘土回弹模量的变化范围值及平均值, 可为该地区同类工程设计提供相应的参考值, 同时也为今后同类型试验开展积累了经验。

关键词：土基,回弹模量,试验

土基回弹模量试验研究篇2

影响土基回弹模量的因素很多, 主要有:土质、压实度、含水量、试验方法、加荷方式等。固定土质种类的情况下, 土基回弹模量值随着含水量和密实度的变化而变化, 特别是含水量对回弹模量的影响最大。有关资料显示, 保持干密度不变, 仅含水量增加1% (绝对值) 可使土基回弹模量降低8%～18%, 平均降低11%。如考虑含水量增加常使干密度减小, 则含水量增加1%使回弹模量降低的百分率还要大于11%。

通过现场测试不同压实度和含水量条件下土基回弹模量、土基回弹弯沉, 分析压实度和含水量对土基回弹模量的影响及土基回弹模量和土基回弹弯沉之间的关系, 并回归其相关关系式, 为进一步分析土基回弹模量提供参考。

1 土基回弹模量现场测试

土基回弹模量现场测试在河南省南阳市某二级公路试验段上进行。该试验段土质为低液限粘土, 选定其中100m为一个试验段, 采用稠度指标代替含水量, 在试验段上分别进行土基回弹模量、土基压实度、稠度测定。回弹弯沉使用贝克曼梁弯沉仪测定, 回弹模量使用承载板进行测定, 压实度采用挖坑灌砂法测定。每10m选定一个测试断面, 共选择10个断面, 每一个测试断面上左右两幅上各选一个试验点。在测试点上分别测试该点土基回弹弯沉值、回弹模量值、压实度、稠度。其中压实度测定点稍微偏移到承载板承压范围之外地点, 以此避免承载板试验的影响。测试顺序依次为承载板测试、压实度测试、稠度测试。

以上测试一一对应, 弯沉、回弹模量、压实度、含水量及塑液限组值每种20个数值。测试结果中有一个点偏差太大, 可认为是异常点, 舍弃, 将剩余19个点测试数据整理如表1所示。

通过对表1数据进行分析, 得出土基回弹模量E0和压实度K、稠度ωC三者之间的现场相关关系公式如下:

利用式 (1) 可以研究路基在使用过程中, 压实度和含水量变化时土基回弹模量变化情况。

2 回弹模量与土基回弹弯沉指标相关关系研究

大量研究表明土基回弹模量值和土基回弹弯沉值之间具有一定的比较直接的相关关系。通过对表1数据分析, 得到试验段土基回弹模量和土基回弹弯沉间关系如图1所示:

浅论土基回弹模量与弯沉值的关系篇3

在我国现行的公路规程规范中对于土基回弹模量与弯沉值之间的转换有两种公式。一是《公路路面基层施工技术规范》(以下简称“技术规范”)提供的公式,二是《公路路基路面现场测试规程》(以下简称“测试规程”)提供的公式。作为公路工程建设的参与者,必须要搞清楚两者之间的异同,根据工程建设的实际情况合理采用计算公式,尽量使计算结果与实际情况相符合。下面对这两种公式进行分析和比较。

1 按JTJ 034-2000技术规范公式对土基回弹模量与路基弯沉值之间进行转换

1.1 土基回弹模量的调整

由于设计中采用的土基回弹模量计算值是针对不利季节的,而施工中的弯沉值检验往往是在非不利季节进行的,因此,需先将土基回弹模量计算值(E0)按式(1)调整到相当于非不利季节的值(E0′):

其中,K1为季节影响系数,不同地区取值范围为1.2～1.4,各地可根据经验确定。

1.2 土基顶面的回弹弯沉计算值

土基顶面的回弹弯沉值按回归方程式计算:

其中,E0′为土基回弹模量,MPa;l0为土基顶面的回弹弯沉计算值,0.01 mm。

例如,土基回弹模量测量值E0=50 MPa,如该地区土基的季节影响系数为1.2,则土基回弹模量的调整值E0′=60 MPa,将此值代入式(2),得相应的回弹弯沉计算值如下:

这个值就是对土基进行弯沉值检验时的标准值,即土基应达到的标准值。进行弯沉测量后,路段的代表弯沉值 $\bar{l}_{0} + 2 S$ 应小于此标准值(对于一级公路和高速公路),或 $\bar{l} + 1.645 S$ 和 $\bar{l} + 1.5 S$ 应小于此标准值(对于二级和二级以下的公路)。

2 按JTJ 059-95测试规程相关要求对土基回弹模量与弯沉值之间进行转换

按下式计算土基回弹模量:

其中,p为标准车车轮的平均垂直荷载,取0.7 MPa;δ为标准车双圆荷载单轮传压面当量圆的半径,取21.30 cm;u为测定层材料的泊松比,取0.35;α为弯沉系数,取0.712。将各参数代入后得:

以上两种计算公式均以BZZ-100标准车,采用相同的检测设备。

在实际工程建设中,各等级的公路路基有不同的回弹模量要求,具体可见表1。

按《技术规范》计算,温度影响系数K的范围在1.2～1.4之间,技术规范下两栏分别取极限值,所得结果为按此公式计算的路基弯沉最大值和最小值(如按一级公路标准路基弯沉的极值为213.3和248.8,而在实际计算中,温度影响系数应根据实际情况来确定)。而按《测试规程》计算所得结果为232.9(一级公路),为中间值(相当于K取1.3的弯沉值),从理论上分析,该数据的可靠度较高,实际中出现的频率较高,所以如果在没有较可靠的温度影响系数的情况下,建议按照JTJ 059-95公路路基路面现场测试规程的相关公式来计算土基回弹模量所对应的弯沉值。

在对这两个公式理解的基础上,我们在实际工程中,要搞清概念,做到既坚持原则,又要有灵活性,所采集的数据应代表工程实际情况,只有这样才能很好地控制工程质量。参考文献:

参考文献

[1]JTJ 034-2000,公路路面基层施工技术规范[S].

[2]JTJ 059-95,公路路基路面现场测试规程[S].

土基回弹模量试验研究篇4

目前我国路面检测技术还比较落后,主要由于缺乏先进而实用的路面检测和评价手段,现行的管理手段主要根据对现有状况的直观和定性了解,受主观因素的影响较大,这种传统的检测方法不仅效率低,而且有明显的不合理性,难以使有限的资金获得尽可能大的社会经济效益。这不仅体现在管理上,在设计施工中用到的规范结论的理论数据都来源于检测,那么它的误差难免会给设计施工带来不合理性。例如,沥青路面设计的重要标准是容许弯沉值,然而确定此值的依据是仅凭眼睛断定哪段路面属破坏状态,哪段路面属临界状态,然后用贝克曼梁测量其现有的弯沉值,计算参数受主观因素影响和室内试验条件的限制较大。因此,对检测手段和工具的研究与开发越来越受到关注。

1 路基回弹模量的测试方法

现行的检测手段有三种:静载贝克曼梁(简称BB)法、动载落锤式弯沉仪(简称FWD)法和承载板法。除此之外,土基回弹模量的确定方法还有查表法、换算法和室内试验法。

1.1 静载贝克曼梁试验方法

测量时,梁的端头穿过测定车后轴双轮轮隙,置于车轮前方10 cm左右的路面测点上。梁在后三分点处通过支点支承于底座上。梁的另一段处架设一百分表,以测定端头的升降量。车辆以爬行速度向前行驶,车轮经过端头时,读取百分表的最大读数;车辆驶离后,再读取百分表读数;两者差值的两倍即为路表面的回弹弯沉值Li。

1.2 承载板试验方法

使用BBZ-100标准车和ϕ30 cm的承载板,通过承载板对土基逐级加载、卸载的方法,测出每级荷载下相应的土基回弹变形值,排除显著偏离的回弹变形异常点,绘出荷载P与回弹变形值L的P—L曲线,如曲线的起始部分出现反弯应按图1修正原点O,O′则是修正后的原点。

P—L曲线修正以后,按式(1)计算相应于各级荷载下的土基回弹模量值Ei:

其中,Ei为相应于各级荷载下的土基回弹模量值,MPa;μ0为土的泊松比,根据部颁设计规范规定取用;D为承载板直径,D=30 cm;Pi为承载板压力,MPa;Li为相对于荷载Pi时的回弹变形,cm。

最后取结束试验前的各回弹变形值按线性回归方法由式(2)计算求得土基回弹模量E0值。

其中,E0为相应于各级荷载下的土基回弹模量值,MPa;μ0为土的泊松比,土基一般取为0.35;Li为结束试验前的各级实测回弹变形值,cm;Pi为对应于Li的各级压力值,MPa。

1.3 动载FWD试验方法

目前,国际上路面弯沉检测技术发展十分迅速,落锤式弯沉仪(FWD)是目前世界上公认的比较先进的路面承载能力动载评定设备,它具有无损、高效、高精度及采集数据量非常丰富的特点,至今已在世界50多个国家和地区得到不同程度的应用,尤其是欧美等发达国家,FWD应用非常广泛而且其应用已步入规范化、标准化阶段。FWD不仅克服了梁式弯沉仪的固有缺陷,而且仪器本身重量轻,解决了稳态动力弯沉仪的静力预载问题。FWD在公路检测中的优越性主要表现在以下两方面:1)根据弯沉盆反算路面结构各层的模量,研究路面材料在使用过程中的性能变化,提供技术参数;2)以FWD的弯沉盆作为指标,评价路面整体强度,为维护管理提供依据。

2 贝克曼梁、承载板及FWD试验方法的相关性

由于FWD检测的路面弯沉为动弯沉,而贝克曼梁和承载板检测的弯沉为静弯沉,它们之间存在明显的差异。试验的主要目的是通过对试验路段各结构层进行现场对比试验,研究贝克曼梁、承载板和FWD 3种设备在弯沉检测结果之间的相关性;根据各自的弯沉数据,比较不同设备、方法的可靠性、稳定性及适用性,从而为FWD检测技术的推广应用提供技术基础。

由于路面结构是按照结构层的特点进行分层施工,试验也按照试验路段的施工顺序进行定点分层检测,即首先进行土基测试,然后进行底基层和基层测试,最后进行面层测试。本次试验共选取了20个测点,在每个测点处分别进行贝克曼梁、FWD和承载板试验,各项试验具体操作均按照JTJ 059-95公路路基路面现场测试规程之规定进行。

2.1 弯沉对比分析

土基上3种试验的弯沉值见图2。总体上看,贝克曼梁的数据与承载板的数据非常接近,尤其是前6个点,几乎重合;FWD的数据略大于贝克曼梁的数据;3种试验数据的基本趋势是一致的。

底基层上3种试验的弯沉值见图3。由此可以看出,3种试验弯沉数据的走势是很相似的,尤其是FWD和贝克曼梁之间存在良好的相关关系。基层上3种试验所测得的表面弯沉值见图4。从直观上看,3种试验所测弯沉具有相似的走势,和在底基层上的结果很相似,在数值上都是FWD最大,贝克曼梁最小。

在面层的弯沉测试中,考虑到承载板主要用于路面的基层和底基层的弯沉测试,而用于面层的弯沉测试较少,因此,本次试验在路面弯沉测试过程中仅用FWD和贝克曼梁两种方法进行了检测,其结果见图5。由此可以看出,FWD和贝克曼梁的数据曲线形式较为相似,数值上FWD略大。

2.2 相关性分析

因测试数据受多种因素影响产生系统误差和随机误差,并呈正态分布,因此,选用排序分组均方差分析剔除异常值。以FWD测定值为主变量进行排序,按每组不少于5个样本值且各组内样本数服从正态分布的方法进行分组,对每组内的样本值进行数理统计,单因素均方差分析,按±δ剔除异常值。对剩余的有效值应用最小二乘法回归分析,分别选择线性、多项式、对数、乘幂、指数进行拟合回归,选择相关系数平方值较大的回归分析结果。土基3种弯沉测试回归分析结果见表1。

由表1可以看出贝克曼梁与承载板的弯沉检测结果具有很好的相关性,FWD与承载板的相关性次之,而FWD与贝克曼梁的相关性最差。

2.3 弯沉检测可靠性分析

为了考察FWD和贝克曼梁两种弯沉检测设备的可靠性和适用性,在基层上采用两种设备进行了弯沉可重复性检测试验。首先,在试验现场同时对20个测点进行了FWD和贝克曼梁弯沉检测,第2天的同一时间重复前一天的工作,检测结果见表2。

由表2可以看出,FWD试验比贝克曼梁试验的可重复性要好得多,不但数值上差值近似相等,而且是第二次比第一次略小,反映出试验时间差了1 d,强度有小幅增加。相比之下贝克曼梁的数据就显得较乱。从变异系数上也可以得到同样的结论。而关于贝克曼梁和FWD(荷载为5 t)可重复性试验的相关性分析结果表明,贝克曼梁试验在剔除 4个点后相关系数是0.810,而FWD保留全部测点,相关系数达到0.941,充分说明了FWD设备具有良好的可重复性。因此,在实际测试过程中,FWD的测试数据比贝克曼梁的测试数据具有较高的可靠性。采用FWD测试路面结构各层的弯沉,有利于控制施工质量和了解路面的使用性能,具有重要的实用价值。

3 结语

1)三种测试方法在相同的测试状况下,弯沉测定值之间都具有良好的相关关系,在一定条件下可以相互换算。2)在回归分析的结果中可以看出,二次多项式回归比线性回归的相关性要好一些。3)弯沉对比试验是建立在具体路段基础之上的,得出的结论只能适用于同样条件下的路面结构。在不同的路面结构上需要重新试验,不可套用。

摘要：介绍了土基回弹模量三种主要的测试方法,即静载贝克曼梁法、动载落锤式弯沉仪法和承载板法,并通过现场的测试结果分析了其相关性,结果表明:三种测试方法在相同的测试状况下,弯沉测定值之间都具有良好的相关性,在一定条件下可以相互换算。

关键词：土基回弹模量,测试方法,相关性

参考文献

[1]赵平.代表性路面检测弯沉检测设备技术性能综合分析[J].中南公路工程,1997,9(3):40-41.

[2]TJT 059-95,公路路基现场测试规程[S].

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