第六章强度和模量

1、LOGO第六章 强度和模量测试技术长安大学公路学院2012年5月支喜兰第六章 强度和模量测试技术一、概述1. 意义路基路面必须具有足够强度和刚度，才能使路基路面在汽车荷载作用下不致破坏和产生过量变形。Company Logo第六章 强度和模量测试技术2. 土基的强度指标回弹模量E0：我国路面设计参数地基反应模量K: 国外水泥混凝土路面设计参数CBR值：国外路基填料强度要求我国路基填料选择强度要求3. 路面各结构层的强度指标回弹模量Ei：我国路面设计参数抗弯拉强度：我国沥青路面设计参数抗折强度：我国水泥混凝土路面设计参数CBR值：国外路面材料强度要求Company Logo第六章 强度和模量测试

2、技术4. 强度和模量的确定方法（1）土基回弹模量E0： 现场实测法：大刚性承载板测试方法 查表法：确定临界高度拟定土的平均稠度预估路基回弹模量 室内试验法：室内小承载板试验修正 换算法：与回弹弯沉L0、CBR值、压实度K和含水率WCompany Logo第六章 强度和模量测试技术（2）土基CBR值：室内试验、现场检测（3）路面回弹模量Ei：整层测定、分层测定、查表抗弯拉强度：室内劈裂试验、查表抗折强度：室内小梁试验、查表Company Logo第六章 强度和模量测试技术二、CBR值测试方法CBR=California Bearing Ratio （加州承载比）美国加利福尼亚州公路局首先提出，用

3、于评定路基土和路面材料的强度指标，以材料抵抗局部荷载压入变形的能力表征，并采用高质量标准碎石为标准，以它们的相对比值表示CBR值。在国外多采用CBR作为路面材料和路基土的设计参数。我国将CBR指标列入公路路基设计和施工技术规范，作为路基填料选择的依据。Company Logo第六章 强度和模量测试技术（一）CBR值室内试验简介按施工现场的最佳含水率和压实度、采用重型标准击实仪击实成型圆柱形标准试件，为了模拟材料在使用过程中的最不利状态，在加载前试件要泡水4昼夜。Company Logo第六章 强度和模量测试技术做贯入试验时，在试件顶面施加荷载板以模拟路面结构对土基的附加应力；加荷使端面直径50

4、mm、长l00mm的金属柱贯入杆以11.25mmmin的速度压入试件，记录不同贯入量及相应荷载。总贯入量应超过7mm。Company Logo第六章 强度和模量测试技术绘制单位压力p与贯入量l关系曲线，必要时进行原点修正。荷载压强CBR2.5= P2.5/7 ×100%OP2.5P5（MPa）2.5CBR5= P5/10.5 ×100%5贯入量（mm）一般采用CBR2.5，如CBR5>CBR2.5，则试验要重做。如果结果仍然如此，则采用CBR5。Company Logo第六章 强度和模量测试技术公路路基施工技术规范（JTG F10-2006）规定：Company Lo

5、go第六章 强度和模量测试技术（二）土基现场CBR值测试方法1.主要仪器(1)荷载装置：设有加劲横梁的载重汽车，后轴重不小于60kN。(2)现场测试装置：由千斤顶、测力计、球座、贯人杆、荷载板及百分表等组成。1-加载千斤顶；2-手柄；3-测力计；4-百分表；5-百分表夹具；6-贯入杆；7-平台；8-承载板；9-球座。Company Logo第六章 强度和模量测试技术(3)贯入杆：直径=50mm，长约200mm的金属圆柱体；(4)承载板：外径=150mm，内径=52mm，每块1.25kg，不少于4块，并沿直径分成两个半圆块；(5)贯入量测定装置：由平台和及百分表组成，百分表2个，对称固定于贯入杆

6、上，端部与平台接触，平台跨度不小于50cm；(6)细砂、铁铲、盘、直尺、毛刷、天平等。Company Logo第六章 强度和模量测试技术2. 测试原理在公路路基施工现场，用载重汽车作为反力架，通过千斤顶连续加载，使贯入杆匀速压入土基。为了模拟路面结构对土基的附加应力，在贯入杆位置安放荷载板。路基强度越高，贯入一定深度时施加的荷载越大即CBR值越大。Company Logo第六章 强度和模量测试技术3.测试技术要点(1)将测点约直径30cm范围的表面找平。(2)安装现场测试装置，使贯入杆与土基表面紧密接触。(3)在贯入杆位置放置安放4块1.25kg的分成半圆的承载板。Company Logo第六

7、章 强度和模量测试技术(4)在试验贯入前，先在贯入杆施加45N荷载后，将测力计及贯入量百分表调零，记录初始读数。(5)起动千斤顶，使贯入杆以1mm/min的速度压入土基，记录不同贯入量及相应荷载。根据情况，可在贯入量达11.5mm或6.5mm时结束试验。Company Logo第六章 强度和模量测试技术4.CBR值计算(1)将贯入试验得到的等级荷重除以贯入断面面积(19.625 cm2)，得到各级压强(MPa)，绘制荷载压强-贯入量曲线。当曲线有明显下凹情况时，应在曲线拐点处作切线，并与坐标轴相交，得到修正后的压强贯入量曲线。Company Logo第六章 强度和模量测试技术(2)从压强贯入量

8、曲线上读取贯入量为2.5 mm或5.0 mm时的荷载压强p1，计算现场CBR值：荷载压强p1CBR= ×100%p02.5Op1p1（MPa）5.0式中：贯入量（mm）p1为荷载压强，取贯入量为为2.5 mm 或5.0 mm 时的压强值；p0为标准压强，当贯入量为2.5 mm 时取7.0 MPa，当贯入量为5.0 mm 时取取10.5 MPa。Company Logo第六章 强度和模量测试技术注意事项：（1）现场CBR值一般以贯入量为2.5mm时的测定值为准，当贯入量为5.0mm时的CBR值大于贯入量为2.5mm的CBR值时，应重新试验。如重新试验结果仍然如此，取5.0 mm时的CB

9、R值。（2）公路现场条件下测定的CBR值，因土基的含水量和压实度与室内试验条件不同；也未经泡水，故与室内试验CBR值不一样。应通过试验，寻找两者之间的关系，换算为室内试验CBR值后，再用于路基施工强度检验或评定。Company Logo第六章 强度和模量测试技术三、承载板测定土基回弹模量试验方法（板法）1. 试验原理本方法适用于在现场土基表面，通过承载板对土基逐渐加载、卸载的方法，测出每级荷载下相应的土基回弹变形值，经过计算求得土基回弹模量。Company Logo第六章 强度和模量测试技术2. 主要仪具（1）加载设施：载有铁块或集料等重物、后轴重不小于60kN的载重汽车一辆。在汽车大梁的后轴

10、之后约80cm处，附设加劲小梁一根作反力梁。汽车轮胎充气压力为0.50MPa。Company Logo第六章 强度和模量测试技术（2）现场测试装置加劲横梁测力计钢板及球座钢圆筒加载千斤顶立柱及支座承载板承载板测试装置图Company Logo第六章 强度和模量测试技术（3）刚性承载板一块，板厚20mm，直径为30cm，直径两端设有立柱和可以调整高度的支座供安放弯沉仪测头，承载板放在土基表面上。（4）路面弯沉仪两台，由贝克曼梁、百分表及其支架组成。（5）液压千斤顶一台，80100kN，装有经过标定的压力表或测力环。1 支撑小横梁；2 汽车后轮；3 千斤顶油压表；4 承载板；5 千斤顶；6 贝克曼

11、梁；7 百分表； 8 支架。Company Logo第六章 强度和模量测试技术(a) 安置仪器(c) 读数(b) 加载(d) 卸载Company Logo第六章 强度和模量测试技术3测试方法（1）测定土基的压力一变形曲线。用千斤顶加载采用逐级加载卸载法，用压力表或测力环控制加载量。荷载小于0.1MPa时，每级增加0.02MPa，以后每级增加0.04MPa左右。每次加载至预定荷载或卸载后，稳定1min，读记两台弯沉仪百分表数值。当两台弯沉仪百分表读数之差小于平均值的30时，取平均值。如超过30，则应重测 。当回弹变形值超过1mm时，即可停止加载。Company Logo第六章 强度和模量测试技术

12、（2）各级荷载的回弹变形和总变形，按以下方法计算：回弹变形L =（加载后读数平均值卸载后读数平均值）×弯沉仪杠杆比总变形L=（加载后读数平均值加载初始前读数平均值）×弯沉仪杠杆比Company Logo第六章 强度和模量测试技术（3）测定汽车总影响量a最后一次加载卸载循环结束后，取走千斤顶，重新读取百分表初读数，然后将汽车开出10m以外，读取终值数，两只百分表的初、终读数差之平均值乘弯沉仪杠杆比即为总影响量a。T1T2QCompany Logo第六章 强度和模量测试技术4. 计算（1）各级压力的回弹变形加上该级的影响量后，则为计算回弹变形值。各级压力下的影响量ai计算：Co

13、mpany Logo第六章 强度和模量测试技术（2）将各级计算回弹变形值点绘于标准计算纸上，排除显著偏离的异常点并绘出顺滑的pl曲线，如曲线起始部分出现反弯，应按图所修正原点O，O则是修正后的原点。Company Logo第六章 强度和模量测试技术（3）取结束试验前的各回弹变形值按线形回归方法由下式计算土基回弹模量E0值：E0 =4 li(1 µ02 )式中： E0土基回弹模量（MPa）；0土的泊松比，一般取0.35；D 承载板直径，取30cm；pi 承载板压力（MPa）；li 相对于荷载pi时的回弹变形，cm。Company Logo第六章 强度和模量测试技术讨论：（1）承载板：柔

14、性 or 刚性？直径30.4cm or 30cm？（2）试验终止条件：回弹变形或加载量对高速公路、一、二级公路，半刚性基层沥青路面、水泥混凝土路面，由于路面较厚，模量较高，交通荷载传递到路基的受力较小，实际上往往小于0.1MPa，变形小于0.30.5mm；而当路面较薄，公路等级较低时，路基的受力较大，变形就可能达到0.51.0mm。Company Logo第六章 强度和模量测试技术（3）pl曲线原点修正问题修正方程滞回圈法（4）土基回弹模量E0与压实度（5）土基CBR值与回弹模量E0土的类型（6）土基回弹模量E0与弯沉值l00.938Company Logol0 = 9308E0第六章 强度和

15、模量测试技术四、贝克曼梁测定路基路面回弹模量试验方法（轮法）路基路面回弹模量测试方法：a. 整层测定法LpE1弹性双层µ弹性半空间体理论E体系理论L1b.分层测定法h1pµ1轮法或板法？µ0挖除上层µ0弹性半空间体理论E0Company Logo第六章 强度和模量测试技术路基路面表面实测新建路基路面自下而上分层测试推算各层回弹模量旧路路面表面测路基路面综合模量旧路路基路面自上而下分层挖测推算各层回弹模量整层试槽试验野外干燥或中湿路段行车带范围内或路肩及其他合适处室内室内外试槽面积不小于3m x 2m，厚度不宜小于1m。铺筑时，将同一种路面材料分层铺筑并压

16、实，使其达到要求的压实度标准。Company Logo第六章 强度和模量测试技术1. 目的及适用范围本方法适用于在土基、厚度不小于lm的粒料整层表面，用弯沉仪测试各测点的回弹弯沉值，通过计算求得该材料的回弹模量值的试验；也适用于在旧路表面测定路基路面的综合回弹模量。2主要仪具（1）标准车：标准轴载BZZ-100（2）路面弯沉仪：贝克曼梁百分表及表架（3）路表温度计（4）接长杆：直径16mm，长500mmCompany Logo第六章 强度和模量测试技术3. 测试要点（1）准备工作选择路段，或准备试槽，确定测点，试槽表面的测点间距可布置在中间2m x1m的范围内，可测定23点。（2）实测各测点处

17、的路面回弹弯沉值Li。Company Logo第六章 强度和模量测试技术4. 计算r0=0.675S（2）剔除异常值当d/r大于下表中的极限值时则应舍弃该测点，然后重新Company LogoN510152050d/r2.52.93.23.33.8（1）计算测点弯沉平均值 L 、标准差S和自然误差r0，d/r=（Li L ）/ r0计算所余各测点的平均值 L 及标准差S。第六章 强度和模量测试技术（3）计算代表弯沉值：（4）计算土基、整层材料的回弹模量或旧路的综合回弹模量E ：E=2pa（1-2） × 0.712/L· 对沥青路面弯沉值应考虑温度修正。· 路面改建

18、时对旧路的弯沉值分析与综合回弹模量确定详见沥青路面设计规范。计算弯沉值：当量回弹模量：Company LogoL= L +S第六章 强度和模量测试技术分层测定路基路面的回弹模量轮板法。先测定路表面回弹弯沉值，剥除一层，测厚度，直到路基顶面，再用承载板测定土基回弹模量，通过计算确定路面材料的回弹模量。Company Logo第六章 强度和模量测试技术五、动力锥贯入仪测定路基路面回弹模量试验方法动力锥贯入仪（Dynamic Cone Penetrometer,简称称DCP）在英国、美国、南非等国家被广泛的应用于测试路面的结构性能。这种原位测试的 DCP贯入仪在国外已经在使用中积累了贯入值与相应土性

19、指标的关系。其贯入值已经与土的弹性模量、加州承载比、无侧限抗压强度建立了关系式，在南非已将贯入值作为路面设计的参数。我国用于现场快速测定或评估无结合料材料路基、路面的强度。Company Logo第六章 强度和模量测试技术动力锥贯入仪：锤重为 8kg 或 10kg；落距 575mm；圆锥头直径 20mm；锥尖为 90度、60 度；贯入杆长 1000mm；1000mm 的读尺。1：手柄2：落锤3：导向杆4：联轴器5：扶手6：加紧环7：探杆8：1m刻度尺9：锥头Company Logo第六章 强度和模量测试技术Company Logo第六章 强度和模量测试技术测试原理：将DCP安装，探杆垂直置于测

20、点，一人扶杆，一人提锤至杆顶并松开，使锤自由下落，打击探杆，锥头贯入路基或路面一定深度，刻度尺显示贯入量。记录锤击数和贯入量。计算贯入度（平均每次锤击的贯入量）。通过事先对比试验（不少于15个测点）建立的回归关系式（相关系数R不小于0.95），推算CBR等路基路面强度。落锤前落锤后Company Logo第六章 强度和模量测试技术Company Logo第六章 强度和模量测试技术贯入度与压实度的良好的线性关系DCP与CBR有很好的相关关系Company Logo第六章 强度和模量测试技术六、地基反应模量KWinkler地基假设（任一点弯沉仅与该点p有关）K地基反应模量，单位路基犹如由许多各不相干的弹簧组成或路基土如同稠密的液体。Company Logo第六章 强度和模量测试技术地基反应模量K测试方法（刚性路面下地基）（1）承载板（D=76cm