第六章強(qiáng)度和模量

1、LOGO第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)長安大學(xué)公路學(xué)院2012年5月支喜蘭第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)一、概述1. 意義路基路面必須具有足夠強(qiáng)度和剛度，才能使路基路面在汽車荷載作用下不致破壞和產(chǎn)生過量變形。Company Logo第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)2. 土基的強(qiáng)度指標(biāo)回彈模量E0：我國路面設(shè)計(jì)參數(shù)地基反應(yīng)模量K: 國外水泥混凝土路面設(shè)計(jì)參數(shù)CBR值：國外路基填料強(qiáng)度要求我國路基填料選擇強(qiáng)度要求3. 路面各結(jié)構(gòu)層的強(qiáng)度指標(biāo)回彈模量Ei：我國路面設(shè)計(jì)參數(shù)抗彎拉強(qiáng)度：我國瀝青路面設(shè)計(jì)參數(shù)抗折強(qiáng)度：我國水泥混凝土路面設(shè)計(jì)參數(shù)CBR值：國外路面材料強(qiáng)度要求Company Logo第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試

2、技術(shù)4. 強(qiáng)度和模量的確定方法（1）土基回彈模量E0： 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)法：大剛性承載板測(cè)試方法 查表法：確定臨界高度擬定土的平均稠度預(yù)估路基回彈模量 室內(nèi)試驗(yàn)法：室內(nèi)小承載板試驗(yàn)修正 換算法：與回彈彎沉L0、CBR值、壓實(shí)度K和含水率WCompany Logo第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)（2）土基CBR值：室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)（3）路面回彈模量Ei：整層測(cè)定、分層測(cè)定、查表抗彎拉強(qiáng)度：室內(nèi)劈裂試驗(yàn)、查表抗折強(qiáng)度：室內(nèi)小梁試驗(yàn)、查表Company Logo第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)二、CBR值測(cè)試方法CBR=California Bearing Ratio （加州承載比）美國加利福尼亞州公路局首先提出，用

3、于評(píng)定路基土和路面材料的強(qiáng)度指標(biāo)，以材料抵抗局部荷載壓入變形的能力表征，并采用高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)碎石為標(biāo)準(zhǔn)，以它們的相對(duì)比值表示CBR值。在國外多采用CBR作為路面材料和路基土的設(shè)計(jì)參數(shù)。我國將CBR指標(biāo)列入公路路基設(shè)計(jì)和施工技術(shù)規(guī)范，作為路基填料選擇的依據(jù)。Company Logo第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)（一）CBR值室內(nèi)試驗(yàn)簡介按施工現(xiàn)場(chǎng)的最佳含水率和壓實(shí)度、采用重型標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)儀擊實(shí)成型圓柱形標(biāo)準(zhǔn)試件，為了模擬材料在使用過程中的最不利狀態(tài)，在加載前試件要泡水4晝夜。Company Logo第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)做貫入試驗(yàn)時(shí)，在試件頂面施加荷載板以模擬路面結(jié)構(gòu)對(duì)土基的附加應(yīng)力；加荷使端面直徑50

4、mm、長l00mm的金屬柱貫入桿以11.25mmmin的速度壓入試件，記錄不同貫入量及相應(yīng)荷載。總貫入量應(yīng)超過7mm。Company Logo第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)繪制單位壓力p與貫入量l關(guān)系曲線，必要時(shí)進(jìn)行原點(diǎn)修正。荷載壓強(qiáng)CBR2.5= P2.5/7 ×100%OP2.5P5（MPa）2.5CBR5= P5/10.5 ×100%5貫入量（mm）一般采用CBR2.5，如CBR5>CBR2.5，則試驗(yàn)要重做。如果結(jié)果仍然如此，則采用CBR5。Company Logo第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)公路路基施工技術(shù)規(guī)范（JTG F10-2006）規(guī)定：Company Lo

5、go第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)（二）土基現(xiàn)場(chǎng)CBR值測(cè)試方法1.主要儀器(1)荷載裝置：設(shè)有加勁橫梁的載重汽車，后軸重不小于60kN。(2)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試裝置：由千斤頂、測(cè)力計(jì)、球座、貫人桿、荷載板及百分表等組成。1-加載千斤頂；2-手柄；3-測(cè)力計(jì)；4-百分表；5-百分表夾具；6-貫入桿；7-平臺(tái)；8-承載板；9-球座。Company Logo第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)(3)貫入桿：直徑=50mm，長約200mm的金屬圓柱體；(4)承載板：外徑=150mm，內(nèi)徑=52mm，每塊1.25kg，不少于4塊，并沿直徑分成兩個(gè)半圓塊；(5)貫入量測(cè)定裝置：由平臺(tái)和及百分表組成，百分表2個(gè)，對(duì)稱固定于貫入桿

6、上，端部與平臺(tái)接觸，平臺(tái)跨度不小于50cm；(6)細(xì)砂、鐵鏟、盤、直尺、毛刷、天平等。Company Logo第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)2. 測(cè)試原理在公路路基施工現(xiàn)場(chǎng)，用載重汽車作為反力架，通過千斤頂連續(xù)加載，使貫入桿勻速壓入土基。為了模擬路面結(jié)構(gòu)對(duì)土基的附加應(yīng)力，在貫入桿位置安放荷載板。路基強(qiáng)度越高，貫入一定深度時(shí)施加的荷載越大即CBR值越大。Company Logo第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)3.測(cè)試技術(shù)要點(diǎn)(1)將測(cè)點(diǎn)約直徑30cm范圍的表面找平。(2)安裝現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試裝置，使貫入桿與土基表面緊密接觸。(3)在貫入桿位置放置安放4塊1.25kg的分成半圓的承載板。Company Logo第六

7、章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)(4)在試驗(yàn)貫入前，先在貫入桿施加45N荷載后，將測(cè)力計(jì)及貫入量百分表調(diào)零，記錄初始讀數(shù)。(5)起動(dòng)千斤頂，使貫入桿以1mm/min的速度壓入土基，記錄不同貫入量及相應(yīng)荷載。根據(jù)情況，可在貫入量達(dá)11.5mm或6.5mm時(shí)結(jié)束試驗(yàn)。Company Logo第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)4.CBR值計(jì)算(1)將貫入試驗(yàn)得到的等級(jí)荷重除以貫入斷面面積(19.625 cm2)，得到各級(jí)壓強(qiáng)(MPa)，繪制荷載壓強(qiáng)-貫入量曲線。當(dāng)曲線有明顯下凹情況時(shí)，應(yīng)在曲線拐點(diǎn)處作切線，并與坐標(biāo)軸相交，得到修正后的壓強(qiáng)貫入量曲線。Company Logo第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)(2)從壓強(qiáng)貫入量

8、曲線上讀取貫入量為2.5 mm或5.0 mm時(shí)的荷載壓強(qiáng)p1，計(jì)算現(xiàn)場(chǎng)CBR值：荷載壓強(qiáng)p1CBR= ×100%p02.5Op1p1（MPa）5.0式中：貫入量（mm）p1為荷載壓強(qiáng)，取貫入量為為2.5 mm 或5.0 mm 時(shí)的壓強(qiáng)值；p0為標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)，當(dāng)貫入量為2.5 mm 時(shí)取7.0 MPa，當(dāng)貫入量為5.0 mm 時(shí)取取10.5 MPa。Company Logo第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)注意事項(xiàng)：（1）現(xiàn)場(chǎng)CBR值一般以貫入量為2.5mm時(shí)的測(cè)定值為準(zhǔn)，當(dāng)貫入量為5.0mm時(shí)的CBR值大于貫入量為2.5mm的CBR值時(shí)，應(yīng)重新試驗(yàn)。如重新試驗(yàn)結(jié)果仍然如此，取5.0 mm時(shí)的CB

9、R值。（2）公路現(xiàn)場(chǎng)條件下測(cè)定的CBR值，因土基的含水量和壓實(shí)度與室內(nèi)試驗(yàn)條件不同；也未經(jīng)泡水，故與室內(nèi)試驗(yàn)CBR值不一樣。應(yīng)通過試驗(yàn)，尋找兩者之間的關(guān)系，換算為室內(nèi)試驗(yàn)CBR值后，再用于路基施工強(qiáng)度檢驗(yàn)或評(píng)定。Company Logo第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)三、承載板測(cè)定土基回彈模量試驗(yàn)方法（板法）1. 試驗(yàn)原理本方法適用于在現(xiàn)場(chǎng)土基表面，通過承載板對(duì)土基逐漸加載、卸載的方法，測(cè)出每級(jí)荷載下相應(yīng)的土基回彈變形值，經(jīng)過計(jì)算求得土基回彈模量。Company Logo第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)2. 主要儀具（1）加載設(shè)施：載有鐵塊或集料等重物、后軸重不小于60kN的載重汽車一輛。在汽車大梁的后軸

10、之后約80cm處，附設(shè)加勁小梁一根作反力梁。汽車輪胎充氣壓力為0.50MPa。Company Logo第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)（2）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試裝置加勁橫梁測(cè)力計(jì)鋼板及球座鋼圓筒加載千斤頂立柱及支座承載板承載板測(cè)試裝置圖Company Logo第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)（3）剛性承載板一塊，板厚20mm，直徑為30cm，直徑兩端設(shè)有立柱和可以調(diào)整高度的支座供安放彎沉儀測(cè)頭，承載板放在土基表面上。（4）路面彎沉儀兩臺(tái)，由貝克曼梁、百分表及其支架組成。（5）液壓千斤頂一臺(tái)，80100kN，裝有經(jīng)過標(biāo)定的壓力表或測(cè)力環(huán)。1 支撐小橫梁；2 汽車后輪；3 千斤頂油壓表；4 承載板；5 千斤頂；6 貝克曼

11、梁；7 百分表； 8 支架。Company Logo第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)(a) 安置儀器(c) 讀數(shù)(b) 加載(d) 卸載Company Logo第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)3測(cè)試方法（1）測(cè)定土基的壓力一變形曲線。用千斤頂加載采用逐級(jí)加載卸載法，用壓力表或測(cè)力環(huán)控制加載量。荷載小于0.1MPa時(shí)，每級(jí)增加0.02MPa，以后每級(jí)增加0.04MPa左右。每次加載至預(yù)定荷載或卸載后，穩(wěn)定1min，讀記兩臺(tái)彎沉儀百分表數(shù)值。當(dāng)兩臺(tái)彎沉儀百分表讀數(shù)之差小于平均值的30時(shí)，取平均值。如超過30，則應(yīng)重測(cè) 。當(dāng)回彈變形值超過1mm時(shí)，即可停止加載。Company Logo第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)

12、（2）各級(jí)荷載的回彈變形和總變形，按以下方法計(jì)算：回彈變形L =（加載后讀數(shù)平均值卸載后讀數(shù)平均值）×彎沉儀杠桿比總變形L=（加載后讀數(shù)平均值加載初始前讀數(shù)平均值）×彎沉儀杠桿比Company Logo第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)（3）測(cè)定汽車總影響量a最后一次加載卸載循環(huán)結(jié)束后，取走千斤頂，重新讀取百分表初讀數(shù)，然后將汽車開出10m以外，讀取終值數(shù)，兩只百分表的初、終讀數(shù)差之平均值乘彎沉儀杠桿比即為總影響量a。T1T2QCompany Logo第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)4. 計(jì)算（1）各級(jí)壓力的回彈變形加上該級(jí)的影響量后，則為計(jì)算回彈變形值。各級(jí)壓力下的影響量ai計(jì)算：Co

13、mpany Logo第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)（2）將各級(jí)計(jì)算回彈變形值點(diǎn)繪于標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算紙上，排除顯著偏離的異常點(diǎn)并繪出順滑的pl曲線，如曲線起始部分出現(xiàn)反彎，應(yīng)按圖所修正原點(diǎn)O，O則是修正后的原點(diǎn)。Company Logo第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)（3）取結(jié)束試驗(yàn)前的各回彈變形值按線形回歸方法由下式計(jì)算土基回彈模量E0值：E0 =4 li(1 µ02 )式中： E0土基回彈模量（MPa）；0土的泊松比，一般取0.35；D 承載板直徑，取30cm；pi 承載板壓力（MPa）；li 相對(duì)于荷載pi時(shí)的回彈變形，cm。Company Logo第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)討論：（1）承載板：柔

14、性 or 剛性？直徑30.4cm or 30cm？（2）試驗(yàn)終止條件：回彈變形或加載量對(duì)高速公路、一、二級(jí)公路，半剛性基層瀝青路面、水泥混凝土路面，由于路面較厚，模量較高，交通荷載傳遞到路基的受力較小，實(shí)際上往往小于0.1MPa，變形小于0.30.5mm；而當(dāng)路面較薄，公路等級(jí)較低時(shí)，路基的受力較大，變形就可能達(dá)到0.51.0mm。Company Logo第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)（3）pl曲線原點(diǎn)修正問題修正方程滯回圈法（4）土基回彈模量E0與壓實(shí)度（5）土基CBR值與回彈模量E0土的類型（6）土基回彈模量E0與彎沉值l00.938Company Logol0 = 9308E0第六章 強(qiáng)度和

15、模量測(cè)試技術(shù)四、貝克曼梁測(cè)定路基路面回彈模量試驗(yàn)方法（輪法）路基路面回彈模量測(cè)試方法：a. 整層測(cè)定法LpE1彈性雙層µ彈性半空間體理論E體系理論L1b.分層測(cè)定法h1pµ1輪法或板法？µ0挖除上層µ0彈性半空間體理論E0Company Logo第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)路基路面表面實(shí)測(cè)新建路基路面自下而上分層測(cè)試推算各層回彈模量舊路路面表面測(cè)路基路面綜合模量舊路路基路面自上而下分層挖測(cè)推算各層回彈模量整層試槽試驗(yàn)野外干燥或中濕路段行車帶范圍內(nèi)或路肩及其他合適處室內(nèi)室內(nèi)外試槽面積不小于3m x 2m，厚度不宜小于1m。鋪筑時(shí)，將同一種路面材料分層鋪筑并壓

16、實(shí)，使其達(dá)到要求的壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)。Company Logo第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)1. 目的及適用范圍本方法適用于在土基、厚度不小于lm的粒料整層表面，用彎沉儀測(cè)試各測(cè)點(diǎn)的回彈彎沉值，通過計(jì)算求得該材料的回彈模量值的試驗(yàn)；也適用于在舊路表面測(cè)定路基路面的綜合回彈模量。2主要儀具（1）標(biāo)準(zhǔn)車：標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100（2）路面彎沉儀：貝克曼梁百分表及表架（3）路表溫度計(jì)（4）接長桿：直徑16mm，長500mmCompany Logo第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)3. 測(cè)試要點(diǎn)（1）準(zhǔn)備工作選擇路段，或準(zhǔn)備試槽，確定測(cè)點(diǎn)，試槽表面的測(cè)點(diǎn)間距可布置在中間2m x1m的范圍內(nèi)，可測(cè)定23點(diǎn)。（2）實(shí)測(cè)各測(cè)點(diǎn)處

17、的路面回彈彎沉值Li。Company Logo第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)4. 計(jì)算r0=0.675S（2）剔除異常值當(dāng)d/r大于下表中的極限值時(shí)則應(yīng)舍棄該測(cè)點(diǎn)，然后重新Company LogoN510152050d/r2.52.93.23.33.8（1）計(jì)算測(cè)點(diǎn)彎沉平均值 L 、標(biāo)準(zhǔn)差S和自然誤差r0，d/r=（Li L ）/ r0計(jì)算所余各測(cè)點(diǎn)的平均值 L 及標(biāo)準(zhǔn)差S。第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)（3）計(jì)算代表彎沉值：（4）計(jì)算土基、整層材料的回彈模量或舊路的綜合回彈模量E ：E=2pa（1-2） × 0.712/L· 對(duì)瀝青路面彎沉值應(yīng)考慮溫度修正。· 路面改建

18、時(shí)對(duì)舊路的彎沉值分析與綜合回彈模量確定詳見瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范。計(jì)算彎沉值：當(dāng)量回彈模量：Company LogoL= L +S第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)分層測(cè)定路基路面的回彈模量輪板法。先測(cè)定路表面回彈彎沉值，剝除一層，測(cè)厚度，直到路基頂面，再用承載板測(cè)定土基回彈模量，通過計(jì)算確定路面材料的回彈模量。Company Logo第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)五、動(dòng)力錐貫入儀測(cè)定路基路面回彈模量試驗(yàn)方法動(dòng)力錐貫入儀（Dynamic Cone Penetrometer,簡稱稱DCP）在英國、美國、南非等國家被廣泛的應(yīng)用于測(cè)試路面的結(jié)構(gòu)性能。這種原位測(cè)試的 DCP貫入儀在國外已經(jīng)在使用中積累了貫入值與相應(yīng)土性

19、指標(biāo)的關(guān)系。其貫入值已經(jīng)與土的彈性模量、加州承載比、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度建立了關(guān)系式，在南非已將貫入值作為路面設(shè)計(jì)的參數(shù)。我國用于現(xiàn)場(chǎng)快速測(cè)定或評(píng)估無結(jié)合料材料路基、路面的強(qiáng)度。Company Logo第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)動(dòng)力錐貫入儀：錘重為 8kg 或 10kg；落距 575mm；圓錐頭直徑 20mm；錐尖為 90度、60 度；貫入桿長 1000mm；1000mm 的讀尺。1：手柄2：落錘3：導(dǎo)向桿4：聯(lián)軸器5：扶手6：加緊環(huán)7：探桿8：1m刻度尺9：錐頭Company Logo第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)Company Logo第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)測(cè)試原理：將DCP安裝，探桿垂直置于測(cè)

20、點(diǎn)，一人扶桿，一人提錘至桿頂并松開，使錘自由下落，打擊探桿，錐頭貫入路基或路面一定深度，刻度尺顯示貫入量。記錄錘擊數(shù)和貫入量。計(jì)算貫入度（平均每次錘擊的貫入量）。通過事先對(duì)比試驗(yàn)（不少于15個(gè)測(cè)點(diǎn)）建立的回歸關(guān)系式（相關(guān)系數(shù)R不小于0.95），推算CBR等路基路面強(qiáng)度。落錘前落錘后Company Logo第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)Company Logo第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)貫入度與壓實(shí)度的良好的線性關(guān)系DCP與CBR有很好的相關(guān)關(guān)系Company Logo第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)六、地基反應(yīng)模量KWinkler地基假設(shè)（任一點(diǎn)彎沉僅與該點(diǎn)p有關(guān)）K地基反應(yīng)模量，單位路基猶如由許多各不相干的彈簧組成或路基土如同稠密的液體。Company Logo第六章 強(qiáng)度和模量測(cè)試技術(shù)地基反應(yīng)模量K測(cè)試方法（剛性路面下地基）（1）承載板（D=76cm