第六章強度和模量

1、LOGO第六章 強度和模量測試技術(shù)長安大學(xué)公路學(xué)院2012年5月支喜蘭第六章 強度和模量測試技術(shù)一、概述1. 意義路基路面必須具有足夠強度和剛度，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 強度和模量測試技術(shù)2. 土基的強度指標(biāo)回彈模量E0：我國路面設(shè)計參數(shù)地基反應(yīng)模量K: 國外水泥混凝土路面設(shè)計參數(shù)CBR值：國外路基填料強度要求我國路基填料選擇強度要求3. 路面各結(jié)構(gòu)層的強度指標(biāo)回彈模量Ei：我國路面設(shè)計參數(shù)抗彎拉強度：我國瀝青路面設(shè)計參數(shù)抗折強度：我國水泥混凝土路面設(shè)計參數(shù)CBR值：國外路面材料強度要求Company Logo第六章 強度和模量測試

2、技術(shù)4. 強度和模量的確定方法（1）土基回彈模量E0： 現(xiàn)場實測法：大剛性承載板測試方法 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)試驗法：室內(nèi)小承載板試驗修正 換算法：與回彈彎沉L0、CBR值、壓實度K和含水率WCompany Logo第六章 強度和模量測試技術(shù)（2）土基CBR值：室內(nèi)試驗、現(xiàn)場檢測（3）路面回彈模量Ei：整層測定、分層測定、查表抗彎拉強度：室內(nèi)劈裂試驗、查表抗折強度：室內(nèi)小梁試驗、查表Company Logo第六章 強度和模量測試技術(shù)二、CBR值測試方法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、于評定路基土和路面材料的強度指標(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)計參數(shù)。我國將CBR指標(biāo)列入公路路基設(shè)計和施工技術(shù)規(guī)范，作為路基填料選擇的依據(jù)。Company Logo第六章 強度和模量測試技術(shù)（一）CBR值室內(nèi)試驗簡介按施工現(xiàn)場的最佳含水率和壓實度、采用重型標(biāo)準(zhǔn)擊實儀擊實成型圓柱形標(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 強度和模量測試技術(shù)做貫入試驗時，在試件頂面施加荷載板以模擬路面結(jié)構(gòu)對土基的附加應(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?？傌炄肓繎?yīng)超過7mm。Company Logo第六章 強度和模量測試技術(shù)繪制單位壓力p與貫入量l關(guān)系曲線，必要時進(jìn)行原點修正。荷載壓強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，則試驗要重做。如果結(jié)果仍然如此，則采用CBR5。Company Logo第六章 強度和模量測試技術(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 強度和模量測試技術(shù)（二）土基現(xiàn)場CBR值測試方法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)場測試裝置：由千斤頂、測力計、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-測力計；4-百分表；5-百分表夾具；6-貫入桿；7-平臺；8-承載板；9-球座。Company Logo第六章 強度和模量測試技術(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，并沿直徑分成兩個半圓塊；(5)貫入量測定裝置：由平臺和及百分表組成，百分表2個，對稱固定于貫入桿

6、上，端部與平臺接觸，平臺跨度不小于50cm；(6)細(xì)砂、鐵鏟、盤、直尺、毛刷、天平等。Company Logo第六章 強度和模量測試技術(shù)2. 測試原理在公路路基施工現(xiàn)場，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)對土基的附加應(yīng)力，在貫入桿位置安放荷載板。路基強度越高，貫入一定深度時施加的荷載越大即CBR值越大。Company Logo第六章 強度和模量測試技術(shù)3.測試技術(shù)要點(1)將測點約直徑30cm范圍的表面找平。(2)安裝現(xiàn)場測試裝置，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 強度和模量測試技術(shù)(4)在試驗貫入前，先在貫入桿施加45N荷載后，將測力計及貫入量百分表調(diào)零，記錄初始讀數(shù)。(5)起動千斤頂，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時結(jié)束試驗。Company Logo第六章 強度和模量測試技術(shù)4.CBR值計算(1)將貫入試驗得到的等級荷重除以貫入斷面面積(19.625 cm2)，得到各級壓強(MPa)，繪制荷載壓強-貫入量曲線。當(dāng)曲線有明顯下凹情況時，應(yīng)在曲線拐點處作切線，并與坐標(biāo)軸相交，得到修正后的壓強貫入量曲線。Company Logo第六章 強度和模量測試技術(shù)(2)從壓強貫入量

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

9、R值。（2）公路現(xiàn)場條件下測定的CBR值，因土基的含水量和壓實度與室內(nèi)試驗條件不同；也未經(jīng)泡水，故與室內(nèi)試驗CBR值不一樣。應(yīng)通過試驗，尋找兩者之間的關(guān)系，換算為室內(nèi)試驗CBR值后，再用于路基施工強度檢驗或評定。Company Logo第六章 強度和模量測試技術(shù)三、承載板測定土基回彈模量試驗方法（板法）1. 試驗原理本方法適用于在現(xiàn)場土基表面，通過承載板對土基逐漸加載、卸載的方法，測出每級荷載下相應(yīng)的土基回彈變形值，經(jīng)過計算求得土基回彈模量。Company Logo第六章 強度和模量測試技術(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 強度和模量測試技術(shù)（2）現(xiàn)場測試裝置加勁橫梁測力計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試裝置圖Company Logo第六章 強度和模量測試技術(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頭，承載板放在土基表面上。（4）路面彎沉儀兩臺，由貝克曼梁、百分表及其支架組成。（5）液壓千斤頂一臺，80100kN，裝有經(jīng)過標(biāo)定的壓力表或測力環(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 強度和模量測試技術(shù)(a) 安置儀器(c) 讀數(shù)(b) 加載(d) 卸載Company Logo第六章 強度和模量測試技術(shù)3測試方法（1）測定土基的壓力一變形曲線。用千斤頂加載采用逐級加載卸載法，用壓力表或測力環(huán)控制加載量。荷載小于0.1MPa時，每級增加0.02MPa，以后每級增加0.04MPa左右。每次加載至預(yù)定荷載或卸載后，穩(wěn)定1min，讀記兩臺彎沉儀百分表數(shù)值。當(dāng)兩臺彎沉儀百分表讀數(shù)之差小于平均值的30時，取平均值。如超過30，則應(yīng)重測 。當(dāng)回彈變形值超過1mm時，即可停止加載。Company Logo第六章 強度和模量測試技術(shù)

12、（2）各級荷載的回彈變形和總變形，按以下方法計算：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 強度和模量測試技術(shù)（3）測定汽車總影響量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 強度和模量測試技術(shù)4. 計算（1）各級壓力的回彈變形加上該級的影響量后，則為計算回彈變形值。各級壓力下的影響量ai計算：Co

13、mpany Logo第六章 強度和模量測試技術(shù)（2）將各級計算回彈變形值點繪于標(biāo)準(zhǔn)計算紙上，排除顯著偏離的異常點并繪出順滑的pl曲線，如曲線起始部分出現(xiàn)反彎，應(yīng)按圖所修正原點O，O則是修正后的原點。Company Logo第六章 強度和模量測試技術(shù)（3）取結(jié)束試驗前的各回彈變形值按線形回歸方法由下式計算土基回彈模量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 相對于荷載pi時的回彈變形，cm。Company Logo第六章 強度和模量測試技術(shù)討論：（1）承載板：柔

14、性 or 剛性？直徑30.4cm or 30cm？（2）試驗終止條件：回彈變形或加載量對高速公路、一、二級公路，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，公路等級較低時，路基的受力較大，變形就可能達(dá)到0.51.0mm。Company Logo第六章 強度和模量測試技術(shù)（3）pl曲線原點修正問題修正方程滯回圈法（4）土基回彈模量E0與壓實度（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 強度和

15、模量測試技術(shù)四、貝克曼梁測定路基路面回彈模量試驗方法（輪法）路基路面回彈模量測試方法：a. 整層測定法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 強度和模量測試技術(shù)路基路面表面實測新建路基路面自下而上分層測試推算各層回彈模量舊路路面表面測路基路面綜合模量舊路路基路面自上而下分層挖測推算各層回彈模量整層試槽試驗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，將同一種路面材料分層鋪筑并壓

16、實，使其達(dá)到要求的壓實度標(biāo)準(zhǔn)。Company Logo第六章 強度和模量測試技術(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，用彎沉儀測試各測點的回彈彎沉值，通過計算求得該材料的回彈模量值的試驗；也適用于在舊路表面測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（4）接長桿：直徑16mm，長500mmCompany Logo第六章 強度和模量測試技術(shù)3. 測試要點（1）準(zhǔn)備工作選擇路段，或準(zhǔn)備試槽，確定測點，試槽表面的測點間距可布置在中間2m x1m的范圍內(nèi)，可測定23點。（2）實測各測點處

17、的路面回彈彎沉值Li。Company Logo第六章 強度和模量測試技術(shù)4. 計算r0=0.675S（2）剔除異常值當(dāng)d/r大于下表中的極限值時則應(yīng)舍棄該測點，然后重新Company LogoN510152050d/r2.52.93.23.33.8（1）計算測點彎沉平均值 L 、標(biāo)準(zhǔn)差S和自然誤差r0，d/r=（Li L ）/ r0計算所余各測點的平均值 L 及標(biāo)準(zhǔn)差S。第六章 強度和模量測試技術(shù)（3）計算代表彎沉值：（4）計算土基、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· 對瀝青路面彎沉值應(yīng)考慮溫度修正。· 路面改建

18、時對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)計規(guī)范。計算彎沉值：當(dāng)量回彈模量：Company LogoL= L +S第六章 強度和模量測試技術(shù)分層測定路基路面的回彈模量輪板法。先測定路表面回彈彎沉值，剝除一層，測厚度，直到路基頂面，再用承載板測定土基回彈模量，通過計算確定路面材料的回彈模量。Company Logo第六章 強度和模量測試技術(shù)五、動力錐貫入儀測定路基路面回彈模量試驗方法動力錐貫入儀（Dynamic Cone Penetrometer,簡稱稱DCP）在英國、美國、南非等國家被廣泛的應(yīng)用于測試路面的結(jié)構(gòu)性能。這種原位測試的 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)限抗壓強度建立了關(guān)系式，在南非已將貫入值作為路面設(shè)計的參數(shù)。我國用于現(xiàn)場快速測定或評估無結(jié)合料材料路基、路面的強度。Company Logo第六章 強度和模量測試技術(shù)動力錐貫入儀：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 強度和模量測試技術(shù)Company Logo第六章 強度和模量測試技術(shù)測試原理：將DCP安裝，探桿垂直置于測

20、點，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。計算貫入度（平均每次錘擊的貫入量）。通過事先對比試驗（不少于15個測點）建立的回歸關(guān)系式（相關(guān)系數(shù)R不小于0.95），推算CBR等路基路面強度。落錘前落錘后Company Logo第六章 強度和模量測試技術(shù)Company Logo第六章 強度和模量測試技術(shù)貫入度與壓實度的良好的線性關(guān)系DCP與CBR有很好的相關(guān)關(guān)系Company Logo第六章 強度和模量測試技術(shù)六、地基反應(yīng)模量KWinkler地基假設(shè)（任一點彎沉僅與該點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 強度和模量測試技術(shù)地基反應(yīng)模量K測試方法（剛性路面下地基）（1）承載板（D=76cm