變形模量Ev2檢測方法ppt課件

1、變形模量變形模量Ev2檢測方法檢測方法李慶民李慶民 （鐵道第五勘察設(shè)計(jì)院（鐵道第五勘察設(shè)計(jì)院 北京北京 102600 13611182306E-mail:tjylqm126二二OO六年三月六年三月1 前言n路基施工質(zhì)量是客運(yùn)專線建設(shè)需關(guān)注的關(guān)鍵問題之一，而路基填筑質(zhì)量檢測技術(shù)是路基施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，科學(xué)、合理的試驗(yàn)檢測方法是保證路基施工質(zhì)量的重要措施。n目前客運(yùn)專線的設(shè)計(jì)和施工已經(jīng)開始啟動，鐵道部提出客運(yùn)專線鋪設(shè)無碴軌道后，對路基工后沉降的要求十分嚴(yán)格，如何使路基的工后沉降達(dá)到鋪設(shè)無碴軌道的要求是急需解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。 n現(xiàn)行和中，對路基壓實(shí)質(zhì)量的強(qiáng)度指標(biāo)檢

2、測采用的是地基系數(shù)K30值。在國外，目前只有日本是用K30作為控制路基填筑的強(qiáng)度指標(biāo)，歐洲多數(shù)國家n如德國、法國、奧地利和瑞士等都是采用Ev2和Evd作為控制路基填筑的強(qiáng)度指標(biāo)。 n日本目前也正在研究Ev2和Evd指標(biāo)，德國的高速鐵路路基填筑質(zhì)量控制采用了Ev2和Evd雙控指標(biāo)，收到了很好的效果。n雖然地基系數(shù)K30值也是反映路基土強(qiáng)度及變形關(guān)系的參數(shù)，但試驗(yàn)的荷載沉降曲線是一次加載得出的，其沉降變形包括了填料的彈性變形和塑性變形。 變形模量Ev2的荷載沉降曲線是在逐級加載后，逐級卸載，再二次加載得出，可認(rèn)為其沉降變形消除了填料的塑性變形，測試結(jié)果離散性小，更能反映路基土的真實(shí)強(qiáng)度，比地基系數(shù)

3、K30更科學(xué)、更合理。變形模量Ev2定義及試驗(yàn)適用范圍n2.1 定義n變形模量Ev2試驗(yàn)是通過圓形承載板和加載裝置對地面進(jìn)行第一次加載和卸載后，再進(jìn)行第二次加載，用測得的承載板下應(yīng)力和與之相對應(yīng)的承載板中心沉降量s，來計(jì)算變形模量Ev2及Ev2/Ev1值的試驗(yàn)方法。變形模量Ev2的計(jì)量單位為MPa。n2.2 試驗(yàn)適用范圍n變形模量Ev2試驗(yàn)適用于粒徑不大于承載板直徑1/4的各類土和土石混合填料。在鐵路路基填筑施工質(zhì)量檢測中，采用直徑為300mm的承載板。3 試驗(yàn)條件及試驗(yàn)儀器n3.1 試驗(yàn)條件n試驗(yàn)場地及環(huán)境條件應(yīng)符合下列要求：n1對于水分揮發(fā)快的中粗砂，表面結(jié)硬殼、軟化或因其他原因表層擾動的

4、土，變形模量Ev2試驗(yàn)應(yīng)置于其影響以下進(jìn)行，下挖深度應(yīng)不大于承載板直徑。n2土體的含水率對其強(qiáng)度測定有較大的影響，因而，試驗(yàn)時(shí)土體的含水率變化范圍應(yīng)是在其使用期間所能保持的范圍。對于粗、細(xì)粒均質(zhì)土，宜在壓實(shí)后24h內(nèi)開始試驗(yàn)。n3測試面應(yīng)水平無坑洞。對于粗粒土或混合料填層造成表面凹凸不平，承載板下應(yīng)鋪一層厚約23mm的干燥中砂或石膏膩?zhàn)?。n4試驗(yàn)時(shí)測試點(diǎn)必須遠(yuǎn)離震源，以保證測試精度。n5雨天或風(fēng)力大于6級的天氣不得進(jìn)行試驗(yàn)。n3.2 試驗(yàn)儀器n變形模量Ev2測試儀器應(yīng)包括承載板、反力裝置、加載裝置、荷載量測裝置及沉降量測裝置。目前國內(nèi)使用的Ev2測試儀主要有兩種：一、國外儀器。 如德國的PDG

5、-K型和PDG-SD型Ev2測試儀。二、國內(nèi)儀器 鐵道第五勘察設(shè)計(jì)院的JBM-型變形模量Ev2測試儀 變形模量變形模量Ev2Ev2測試儀構(gòu)成測試儀構(gòu)成PDG-SD型型PDG-K型型國內(nèi)變形模量Ev2測試儀發(fā)展概況n2019年中國鐵道建筑總公司根據(jù)鐵路客運(yùn)專線建設(shè)的需要，設(shè)立科研項(xiàng)目客運(yùn)專線路基填筑質(zhì)量變形模量Ev2測試儀器及測試方法研究，該課題由鐵道第五勘察設(shè)計(jì)院承擔(dān)，課題組主要成員主持編寫了鐵道部標(biāo)準(zhǔn)變形模量Ev2檢測規(guī)程（鐵建設(shè)2019188號）。n經(jīng)過課題組成員一年的努力，變形模量Ev2測試儀已經(jīng)研制成功，該儀器主要技術(shù)指標(biāo)已達(dá)到了國外同類產(chǎn)品水平。課題組還編制了變形模量Ev2數(shù)據(jù)處理軟

6、件，該軟件能生成符合規(guī)程要求的測試報(bào)告。n目前國外Evd及Ev2測試儀的價(jià)格相當(dāng)昂貴，同等技術(shù)水平的國產(chǎn)Evd及Ev2測試儀的價(jià)格均在國外同類產(chǎn)品的50%以下。 變形模量Ev2數(shù)據(jù)處理軟件n國內(nèi)目前使用的變形模量Ev2數(shù)據(jù)處理軟件由鐵道第五勘察設(shè)計(jì)院課題組開發(fā)，該軟件操作方便，可直接生成符合規(guī)程要求的測試報(bào)告，并能生成測試報(bào)告的英文版本，滿足參加客運(yùn)專線建設(shè)的施工單位向外方咨詢?nèi)藛T提供英文資料的需要。n3.2.1 承載板n承載板為圓形鋼板，承載板直徑為3000.2mm，厚度為250.2mm，材質(zhì)應(yīng)為Q345鋼。承載板上應(yīng)帶有水準(zhǔn)泡。承載板加工表面粗糙度Ra應(yīng)不大于6.3m。n3.2.2 反力裝

7、置n反力裝置的承載能力應(yīng)大于最大試驗(yàn)荷載10kN以上。3.2.3 加載裝置n加載裝置的液壓千斤頂應(yīng)通過高壓油軟管與手動液壓泵連接。千斤頂頂端應(yīng)設(shè)置球鉸，并配有可調(diào)節(jié)絲桿和加長桿件，以便與各種不同高度的反力裝置相適應(yīng)。高壓油軟管長度應(yīng)不小于2m，兩端應(yīng)裝有自動開閉閥門的快速接頭，以防止液壓油漏出。 n手動液壓泵上應(yīng)裝有可調(diào)節(jié)減壓閥，可準(zhǔn)確地對承載板進(jìn)行分級加、卸載。為使力準(zhǔn)確傳遞，千斤頂兩邊應(yīng)固定，并確保不傾斜。千斤頂活塞的行程應(yīng)不小于150mm。在試驗(yàn)過程中，應(yīng)保證千斤頂高度不超過600mm。n3.2.4 荷載量測裝置n荷載量測表量程應(yīng)達(dá)到最大試驗(yàn)荷載的1.25倍，最大誤差應(yīng)不大于1%。荷載量

8、測表顯示值應(yīng)能保證承載板荷載有效位至少達(dá)到0.001MPa。3.2.5 沉降量測裝置n沉降量測裝置由測橋和測表組成。測橋的測量臂可采用杠桿式見圖1或垂直抽拉式見圖2）。測量臂應(yīng)有足夠的剛度。 圖1 杠桿式測量臂1觸點(diǎn) 2承載板 3千斤頂 4加長桿件 5反力裝置 6沉降量測表 7支撐架 8杠桿支點(diǎn) 9測量臂 10支撐座圖2 垂直抽拉式測量臂1觸點(diǎn) 2承載板 3千斤頂 4加長桿件 5反力裝置6沉降量測表 7支撐架 8垂直支架 9支撐座n承載板中心至測橋支撐座的距離必須大于1.25m。杠桿式測量臂杠桿比hP:hM可在1：1至2：1范圍內(nèi)選擇，選定后不得改變。為便于統(tǒng)一，可認(rèn)為垂直抽拉式測量臂杠桿比為

9、1：1 。沉降量測表最大誤差應(yīng)不大于0.04mm，分辨率應(yīng)達(dá)到0.01mm，量程應(yīng)不小于10mm。n3.2.6 輔助工具n輔助工具應(yīng)包括：鐵鍬、鋼板尺長400mm）、毛刷、刮鏟、水準(zhǔn)儀、鉛錘、褶尺、干燥中砂、石膏粉、油、遮陽擋風(fēng)設(shè)施等。n3.2.7 測試儀器標(biāo)定應(yīng)符合下列規(guī)定：n1傳感器、測表應(yīng)按國家有關(guān)規(guī)定標(biāo)定。n2變形模量Ev2測試儀必須每年標(biāo)定一次。4 操作方法n4.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備n場地測試面應(yīng)進(jìn)行平整，并使用毛刷掃去表面松土。當(dāng)測試面處于斜坡上時(shí)，應(yīng)將承載板支撐面做成水平面。n4.2 安置試驗(yàn)儀器n4.2.1安置承載板及千斤頂n將承載板放置于測試點(diǎn)上，使承載板與地面完全接觸，必要時(shí)可鋪設(shè)

10、一薄層干燥砂23mm或石膏膩?zhàn)?，同時(shí)利用承載板上水準(zhǔn)泡或水準(zhǔn)儀來調(diào)整承載板水平。n將反力裝置承載部位安置于承載板上方，并加以制動。n承載板外側(cè)邊緣與反力裝置支撐點(diǎn)之間的距離不得小于0.75m。將千斤頂放在承載板的中心位置，使千斤頂保持垂直。用加長桿和調(diào)節(jié)絲桿使千斤頂頂端球鉸座與反力裝置承載部位緊貼。n4.2.2安置測橋n將沉降量測裝置的觸點(diǎn)自由地放入承載板上測量孔的中心位置，沉降量測表必須與測試面垂直。測橋支撐座與反力裝置支撐點(diǎn)的距離不得小于1.25m。試驗(yàn)過程中測橋和反力裝置不得晃動。 n4.3 預(yù)加載n為穩(wěn)固承載板，預(yù)先加0.01MPa荷載約30s，待穩(wěn)定后卸除荷載，將沉降量測表讀數(shù)調(diào)零。

11、n4.4 加載與卸載n變形模量Ev2試驗(yàn)第一次加載必須至少分6級，并以大致相等的荷載增量0.08MPa逐級加載，達(dá)到最大荷載為0.5MPa或沉降量達(dá)到5mm時(shí)所對應(yīng)的應(yīng)力后，再進(jìn)行卸載。 n承載板卸載應(yīng)按最大荷載的50%、25%和0三級進(jìn)行。卸載后，按照第一次加載的操作步驟，并保持與第一次加載時(shí)各級相同的荷載進(jìn)行第二次加載，直到第一次所加最大荷載的倒數(shù)第二級。每級加載或卸載過程必須在1min內(nèi)完成。加載或卸載時(shí)，每級荷載的保持時(shí)間為2min，在該過程中荷載應(yīng)保持恒定。 n試驗(yàn)中如果施加了比預(yù)定荷載大的荷載，則應(yīng)保持該荷載，將其記錄在試驗(yàn)記錄表中，并加以注明。n當(dāng)試驗(yàn)過程中出現(xiàn)承載板嚴(yán)重傾斜，以

12、至水準(zhǔn)泡上的氣泡不能與圓圈標(biāo)志重合或承載板過度下沉及量測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常等情況時(shí)，應(yīng)查明原因，另選點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，并在試驗(yàn)記錄表中注明。5 資料整理與計(jì)算n變形模量EV2測試儀包括數(shù)據(jù)自動采集計(jì)算和數(shù)據(jù)人工記錄兩種類型。數(shù)據(jù)自動采集計(jì)算型的變形模量EV2測試儀，可根據(jù)每級荷載的測試數(shù)據(jù)自動計(jì)算并打印荷載沉降曲線和變形模量值。n數(shù)據(jù)人工記錄型的變形模量EV2測試儀，可根據(jù)每一級荷載的應(yīng)力和相應(yīng)的荷載板中心的沉降量s，按以下計(jì)算方法，通過相應(yīng)軟件或可編程計(jì)算器計(jì)算試驗(yàn)結(jié)果，即根據(jù)試驗(yàn)測試的每一級荷載的應(yīng)力和相應(yīng)的荷載板中心的沉降量s，確定荷載與沉降量關(guān)系式、計(jì)算變形模量值和繪制荷載沉降曲線。5.1 承載板

13、中心沉降量計(jì)算n將每一級荷載的應(yīng)力和所對應(yīng)的沉降量測表讀數(shù)sM填寫到記錄表格中。承載板中心沉降量s應(yīng)按下式計(jì)算：n n （1）PMM=hs sh n式中ns 承載板中心沉降量mm）；nsM沉降量測表讀數(shù)mm）；nhP/hM杠桿比。5.2 試驗(yàn)記錄格式n試驗(yàn)記錄格式應(yīng)符合表1的要求。n5.3 應(yīng)力沉降量曲線n根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果繪制應(yīng)力沉降量曲線n（見圖3），應(yīng)力沉降量曲線上應(yīng)用箭n頭標(biāo)明受力方向。 圖3 應(yīng)力沉降量曲線應(yīng)力沉降量S(mm)n 5.4.1應(yīng)力沉降量曲線方程：n第一次加載和第二次加載所得到的應(yīng)力沉降量曲線，可用下式表達(dá)：ns = a0 + a1 + a22 （2）n式中承載板下應(yīng)力MPa）

14、；ns 承載板中心沉降量mm）； 5.4 變形模量Ev計(jì)算na0常數(shù)項(xiàng)mm）；na1一次項(xiàng)系數(shù)mm/ MPa）；na2二次項(xiàng)系數(shù)mm/ MPa2）。5.4.2應(yīng)力沉降量曲線 方程系數(shù)計(jì)算：n根據(jù)測試值確定關(guān)系式(2)，實(shí)質(zhì)就是確定式中的系數(shù) 、 及 。系數(shù) 、 及 的確定要符合：該系數(shù)能使曲線對各級測試值的偏差最小，即該關(guān)系式所表示的曲線是最接近所有測試值的曲線，因而也是最合理的一條曲線。a0a1a2a0a1a2n根據(jù)式2）： n則有 ： n -202010.aaas21011211.saaa22012222.saaa 2012.nnnnsaaan式中，1，s1； 2，s2；n， sn分別每一

15、級荷載的應(yīng)力和相應(yīng)的荷載板中心的沉降量測試值。1,2,n為偏差值。n根據(jù)最小二乘法，要得到在若干測試點(diǎn)之間的位置最適當(dāng)?shù)那€，必須使各測試值的偏差平方和為最小，即必須使 n 為最小。因此需使：22221.nQn =最小值n要使Q值最小，必須滿足：22112012(.)nniiiQiiisaaa00aQ01aQ02aQn即： n （3同理可得出n （4）n （5）n由方程3）、（4）、（5可求出系數(shù) 、 及 。 2012102(.) ( 1)0niiiiQs aaaa 2012111.nnniiiiiinaaas230121111.nnnniiiiiiiiiaaas23420121111.nnn

16、niiiiiiiiiaaasa0a1a25.4.3變形模量計(jì)算：n一次變形模量Ev1和二次變形模量Ev2分別由第一次和第二次加載的荷載 沉降量曲線在0.31max和0.71max之間割線的斜率求得，變形模量：nEV =121max11.5raa1max1max222201max1max1221max011max1.50.70.31.5(0.70.3.0.7.) (.0.3)rEvSrEvaaaaa a n式中 nEV 變形模量MPa）； nr 承載板半徑mm）；n1max第一次加載最大應(yīng)力MPa）。n采用第一次加載測試值計(jì)算的變形模量為Ev1；采用第二次加載測試值計(jì)算的變形模量為Ev2。6.試

17、驗(yàn)中應(yīng)注意的問題n(1) 含水量對變形模量Ev2和地基系數(shù)K30測試值的影響。對于級配碎石或級配礫石、表面容易板結(jié)的填料，剛碾壓完時(shí)，含水量偏高，路基的變形模量Ev2和地基系數(shù)K30值較低；但隨著時(shí)間推移，填料中的水分逐漸蒸發(fā)，含水量降低，在低含水量情況下，并當(dāng)填料中含有n粉細(xì)顆粒物質(zhì)如石粉時(shí)，水在填料顆粒間起粘結(jié)作用，而且通過水的吸力和表面張力現(xiàn)象增加了顆粒間的有效應(yīng)力，導(dǎo)致變形模量Ev2和地基系數(shù)K30測試值提高。而路基壓實(shí)后真實(shí)的Ev2和K30測試值，應(yīng)該是路基使用期間所能保持的含水量情況下的測試值。n（2當(dāng)試驗(yàn)場地面不平整時(shí)，有些操作者往往是放置承載板后以轉(zhuǎn)動幾下或以承載板不晃動為標(biāo)準(zhǔn)

18、，認(rèn)為就符合要求，而實(shí)際上，有時(shí)測試面看上去較平，但當(dāng)試驗(yàn)結(jié)束后提起承載板，通過試驗(yàn)面上的壓痕會發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)面與承載板接觸面不大，甚至只有少數(shù)幾點(diǎn)支撐，這就會存在應(yīng)力集中，影響試驗(yàn)結(jié)果。n（3變形模量Ev2試驗(yàn)的一次加載不能用于計(jì)算地基系數(shù)K30值。雖然地基系數(shù)K30試驗(yàn)是通過平板載荷試驗(yàn)的一次加載獲得，但地基系數(shù)K30試驗(yàn)的一次加載與變形模量Ev2試驗(yàn)的一次加載有兩點(diǎn)不同之處：每級的加載增量不同。變形模量Ev2試驗(yàn)的加載增量是0.08Mpa, 而地基系數(shù)K30試驗(yàn)的加載增量是0.04Mpa。 n荷載增量的時(shí)間間隔不同。變形模量Ev2試驗(yàn)要求荷載增量的時(shí)間間隔為2分鐘；而地基系數(shù)K30試驗(yàn)要求：每

19、增加一級荷載，當(dāng)一分鐘的下沉量不大于該級荷載產(chǎn)生的下沉量的1%時(shí)，讀取荷載強(qiáng)度和下沉量讀數(shù)，然后增加下一級荷載。通常情況下, 地基系數(shù)K30試驗(yàn)時(shí)，每級荷載的下沉量穩(wěn)定時(shí)間大于2分鐘,所以，如果用變形模量Ev2試驗(yàn)的一次加載來計(jì)算地基系數(shù)K30值，則得出的K30值要大于實(shí)際值。n（4在做變形模量Ev2試驗(yàn)時(shí)，容易出現(xiàn)加載時(shí)施加了比預(yù)定荷載大的荷載，或卸載時(shí)釋放了比預(yù)定荷載小的荷載；在這種情況下，應(yīng)保持該荷載，將其記錄在試驗(yàn)記錄表中，并加以注明；計(jì)算時(shí)按荷載的實(shí)際值和與之相對應(yīng)的沉降量計(jì)算。不應(yīng)為了與預(yù)定荷載相一致，而再去減小或增加荷載。n（5采用變形模量Ev2評價(jià)路基壓實(shí)質(zhì)量時(shí)，不僅要要求變形

20、模量Ev2達(dá)到規(guī)定指標(biāo)，而且還應(yīng)對Ev2/Ev1值有要求；Ev2/Ev1值大，說明一次變形模量Ev1值小，即路基的塑性變形較大，路基壓實(shí)不充分。德國交通區(qū)域開挖工程補(bǔ)充合同技術(shù)條款和規(guī)定（ZTVEStB 97中要求Ev2/Ev12.5。 n對于我國客運(yùn)專線路基工程的Ev2/Ev1的控制標(biāo)準(zhǔn)取值，應(yīng)考慮：取值必須滿足客運(yùn)專線路基的強(qiáng)度和變形要求；現(xiàn)場施工及路基填料是否能達(dá)到所要求的指標(biāo)。n（6變形模量Ev2和地基系數(shù)K30都屬于靜態(tài)平板載荷試驗(yàn)，都是檢測直接反映路基的力學(xué)指標(biāo)，但由于測試時(shí)間長、費(fèi)時(shí)費(fèi)力，測試點(diǎn)數(shù)量不可能太多，n所以要使很有限的測試數(shù)據(jù)反映路基強(qiáng)度的真實(shí)情況，就要求在試驗(yàn)時(shí)必須嚴(yán)格按試驗(yàn)要求操作。另外，由于變形模量Ev2試驗(yàn)和地基系數(shù)K30試驗(yàn)有不少相同之處，為減少現(xiàn)場試驗(yàn)的工作量、提高檢測及施工效率， n建議在通過大量室內(nèi)外試驗(yàn)和理論分析的基礎(chǔ)上，得出變形模量Ev2與地基系數(shù)K30相匹配控制指標(biāo)，以使將來能夠只采用變形模量Ev2和地基系數(shù)K30其中之一，作為路基壓實(shí)質(zhì)量靜態(tài)平板載荷試驗(yàn)檢測指標(biāo)。n目前，路基填筑壓實(shí)質(zhì)量的監(jiān)控檢測，無論是壓實(shí)系數(shù)、孔隙率等物理指標(biāo)，還是變形模量Ev2、地基系數(shù)K30等力學(xué)指標(biāo)，都是“點(diǎn)式抽檢的檢測方式，n