动态变形模量Evd试验

四、动态变形模量Evd测试原理与操作要点1.测试原理ZFG02轻型落锤式测试仪：动态变形模量(Evd)测试仪ZFG02用于道路施工中检查基床、基底的方法。动态变形模量是反映散骨料或再生料、回填料、级配碎石、石灰土组成的基床、基底土、砾石基层及地基承载能力的一个指标。体积小，重量轻便于携带--总重量35公斤

安装、拆卸方便、操作简单--一人便可操作

自动化程度高、测试速度快——一次测试只需3分钟

性能稳定、可靠、精度高——采用先进的传感技术

环保型产品、已人为本——无辐射、废气等污染1、模拟高速列车对路基产生的动应力进行动载测试，能够反映土体的实际受力情况。其荷载板下的最大

动应力σ=0.1Mpa，与高速铁路设计的土的动应力相符。2、测试速度快，检测一点只需约2分钟。在检测数量不变的情况下，可以缩短检测时间，不影响施工进度；在相同的检测时间内，可以增加检测数量，使测试数据更具有代表性；施工中可以随时跟踪检测，发现问题及时处理，真正实现施工过程中的质量监控。3、操作简便、自动化程度高、大幅度减轻劳动强度。避免人工读表、记录、绘图、计算产生的误判和误

差；全自动数据处理系统，数据液晶显示且现场打印输出波形及结果，确保测试结果的准确、客观。4、体积小、重量轻、便于携带、安装及拆卸方便。仪器总重量不超过35kg，最大单件重不超过15kg，不需要额外的加载设备；仪器测试地点转移迅速、方便。5、适用范围广。该测试仪器除了可适用的土壤种类范围与K30相同外，还特别适应于施工场地狭窄的困难地段，如路基与桥涵过渡段的检测。6、特别适合于受动荷载作用的铁路、公路、机场及工业建筑的地基质量监控测试。7、环保型产品。无核辐射以及废气等污染，利于环境保护和试验人

Evd动态变形模量测试仪的应用和发展状况

《京沪高速铁路设计暂行规定》（2004修订版）、《京沪高速铁路路基施工暂行规定》（2004）和《京沪

高速铁路路基工程施工质量验收暂行标准》（2004）中已明确将Evd指标作为压实标准，要求路基基床表层、

路桥、涵过渡段级配碎石的填筑必须同时满足K30、Evd和n的压实标准。DBM型动态变形模量测试仪(Evd动态平板荷载试验仪)是铁道建筑研究设计院自主研制开发的铁路路基施工质量监控测试仪器，该产品于2002年3月通过了铁道部科技成果鉴定；2000年国家知识产权局授予专利权；动态平板载荷填土承载力检测工法被评为2002年铁路部级工法；动态变形模量检测方法已纳入铁道部行业标准《铁路工程土工试验规程》.1．用途：用于监控检测地基承载力指标——动态变形模量Evd(MN/m2)值的一种新型地基施工质量测试仪器。该仪器可直接测出动态变形模量Evd值，也可间接快速检测地基系数K30值。它广泛适用于铁路、公路、机场、城市交通及工业与民用建筑的地基施工质量监控检测。2．原理：采用一定质量的落锤，以一定高度自由落下，模拟列车高速运行时对路基面产生的动荷载效应冲击路基面，检测路基在动荷载作用下所发生的力和变形的参数，即动态变形模量Evd值。3．特点：（1）用Evd动态平板载荷试验方法检测路基的动态变形模量Evd指标，操作简单、测试速度快，检测一点只需三分钟。所以，在施工中可以增加检测点的数量，使试验数据更全面、更有代表性；并且还可以随时跟踪检测，真正实现施工过程中的质量监控。（2）该检测方法是模拟列车高速行驶时对路基产生的冲击效应进行动态测试，与静载试验相比，更能反映路基土的实际受力情况，所以这种测试方法特别适合铁路、公路、机场等受动荷载作用的地基质量监控测试。（3）检测仪器体积小、重量轻（总重量不超过35公斤，单件重不超过15公斤）、安装携带方便，且不需外加附属设备。在路基的狭窄地段，如路桥过渡段、边坡附近检测也非常方便﹑适用。（4）通过在细粒土、碎石土、粗粒土、级配碎石等土类，几百组与静载测试的对比试验，试验结果表明：在同一路段，填料相同时，两者具有良好的相关关系。测试数据数字显示且现场打印，确保测试结果准确、客观。（5）

无核辐射及废气等污染，操作使用安全、环保。4．主要技术性能参数它适用于检测现行规范要求的各类路基土及基床填料；检测的填料粒径范围与K30平板载荷试验仪相同。1.

测试范围满足:10MN/m2≤EVd≤225MN/m2；2.

测试深度：400～500mm；3.

总重：35Kg，落锤重：10Kg；4.

承载板直径：300mm，厚度：20mm；5.

沉陷测试范围：0.10～2.00mm,精度:±5%；6.

环境温度范围：0～40℃相应于德国技术规范道路建造土工与岩石技术规范TPBF－StBPartB8.3附件：带集成数据存储的电子变形数据仪本册仅为Zorn公司先前的许可。我们保留进一步发展进行技术变更的权利。铁道科学研究院铁道建筑研究所地址：北京市海淀区西直门外大柳树路2号邮编：100081电话010-51849165E-Mail:liuhw@,lhw3489@1.轻型落锤仪使用说明轻型落锤仪由能够产生一定荷载脉冲的加载装置、承载板和带有集成数据存储器和RS232接口的电子变形数据仪ZSG02组成。加载装置由一个10kg（ZFG06为15kg）落锤构成，它能自由下落到一个钢弹簧，并产生一个峰值为7.07kN和18ms宽度的荷载脉冲。为了保证操作安全，落锤配有运输锁定栓和带有稳定装置的导杆。为维持每次测试的恒定下落高度，在导杆的顶部装有一个能够固定和释放落锤的机构。2.打印机模式，是能够附加输出打印测试数据的理想测试模式。操作与日常试验操作相类似。按开始按钮以后三条变形随时间的曲线、单次测试数据、平均值和动态变形模量以及连续测试序号等资料被直接连接在串口的微型打印机打印。3.数据存储和传输模式，用于传送在ZSG02储存的数据到个人电脑。通过串口，在ZSG02中储存的数据可以被传送到PC机用于统计计算。4.标定模式，用于标定轻型落锤仪，任何单次测试均不用于平均值计算，而是用于检查仪器的功能。标定仪器时，变形速度峰值的测试仅针对一次脉冲，既不计算一定重复测试的均值也不计算变形模量Evd。如果正在使用标定模式，在按开始按钮后下次测试将立即执行。这个模式可以在规定试验场合提供标定系数的调整。应用标定模式，显示器显示储存在ZSG02中数据的修正系数，而该校正系数直接依赖于地球的重力加速度。其后提供简单的功能检查用于现场状况。在标定模式，所有的设备都将打开，因此，应使用现场汽车电力或实验室交直流适配器供电。当打开电子变形数据仪ZSG02后，试验仪器能够使用任何工作模式而不管电源连接器使用与否。为阻止充电电池无意义的放电，在设备内装有一个自动开关。在使用电池进行测试时，最后按开始按钮4分钟后电源自动关闭。发生电源自动关闭后，下次试验需要按开关按钮。微型打印机开关在完成打印输出后一分钟关闭。另外，自动关机也发生在充电电池达到放电极限的时候。2.用途轻型落锤仪ZFG02用于道路施工中检查基床、基底土以及砾石基层，是一种快速的估价动态变形模量Evd（单位MN/m2）的方法。动态变形模量是反映散骨料或再生料、回填料、石灰土组成的基床、基底土、砾石基层及地基承载能力的一个指标。该仪器尤其适用于最大直径小于63mm的粗粒料和混合级配料的试验。它能代替静态荷载板试验并有如下优点：—不需要作为静态试验平衡反力的荷载卡车；—可以在狭窄的场地条件下进行试验，可在沟槽回填、心墙孔洞及其他难以到达的地点进行试验。—占用空间较小、重量轻；—每个测点仅需3分钟时间。统计分析：统计分析基于官方的德国土工和岩石道路建造技术规范中“统计随机样本试验”。对于评估试验结果，高斯正态分布是有效的：式中：为检验点的算术平均值；s为标准偏差。质量值：式中：TM为最小分位点。在新的德国土工技术规范ZTVE-StB94中均要求为最小分位点的10%。如果小于3个测试结果，最小分位点是每次试验最小值的绝对值。如果质量值Q高于接受值k，该批试验是可以接受的：Q≥k在德国规范ZTVE-StB94接受值k是固定的0.88。文件系统轻型落锤试验仪试验序列有三次预加落锤冲击和三次试验荷载冲击。三次变形峰值的平均值和动态变形模量用三次试验荷载冲击的数据计算。试验序列由位置描述为试验点。每个试验点储存有如下信息：—三次荷载冲击的速度峰值和变形值—平均值、Evd和加速时间a/v—储存数据的时间和日期—一个连续的编号（电子变形数据仪中储存区别数据的查询号）在试验点表格中的试验点数据储存在试验点文件(例如pkt_0001.ZSG)中。每次传输数据就生成一个新的文件。试验记录储存在试验记录文件（例如prot0001.ZFG）中。来自于大量试验点文件的数据被写成一个试验文件。另外，可以创建试验记录的模板（例如Normal.VFG）。一些基本信息，例如试验机构名称、文本打印格式等等被记录在这里。重要说明放置所有的文件在同一个路径下是最基本的要求，因为试验文件（*.ZFG）和试验点文件（*.ZSG）仅通过文件名连接，没有任何附加的路径信息。因为这个原因，不应随意删除文件和改变名称。关于这个程序更多的操作信息可参见程序的在线帮助功能。8.测试分析的说明内部计算动态变形模量Evd的公式如下：同静态变形模量Ev2的关系有静态承载力试验得到。动态变形模量依赖于土的种类和组份。试验显示Ev2/Evd的比率为1.0到4。对于压实良好的土Ev2/Evd约为2.3。动态变形模量Evd与静态变形模量Ev2存在一个平均的关系：这个关系不用于确定限制值。9.维护加载系统的维护：用干布清理加载设备的脏污。不要涂油脂于导杆，导杆用不锈钢制造。运输时要仔细收藏，并定期检查落高。电池充电：电子变形数据仪和微型打印机中的镍镉电池可以使用交直流适配器或直接从熄火后的汽车电力充电..内部充电器正常的功能要求交直流适配器转换到12V。同时要确认极性连接正确。错误的连接虽然不会损坏电子变形数据仪，但在此种情况下镍镉电池不会被充电。警告在用交直流适配器给电池充电以前，请确认主电压不超过220V并且交直流适配器电压不超过12V。在不用交直流适配器而直接用汽车供电时，请确认电压不超过12V。汽车发动后不容许给仪器充电。供电电压为24V（见于一些运输工具，如卡车、铲车等）则不容许直接使用。仪器应在室温（18～25℃连接电子变形数据仪低压插座到电源适配器或所提供的从汽车电力供电的电缆，将开始充电，并显示如下（例如）：rem.rem.Chargetime14hours.10%当电池充足后，电池充电自动切换，以防止所连接的充电电源超过14小时的供电损害电池。微型打印机中的可充电电池可以通过电子变形数据仪中的电池充电器来充电。因此，当执行测试以及保持微型打印机与电子变形数据仪连接时，可以对电子变形数据仪以及微型打印机中的充电电池充电。电池充电14小时以后，两条信息将以1秒的间隔交替闪现在显示器上。显示器显示在开关开的状态。Tu4.02.96BattTu4.02.96BattPrn7:17:56100%Tu4.02.96BattPrn7:17:5750Tu4.02.96BattPrn7:17:5750数字“50”表示约可以输出50份打印结果。这个数字仅是一个大约的数字。在理想的状态可能还更高。在寒冷的气候条件下，电池的充电电荷较低，导致较低的打印输出。每打印一份，所显示的数字就减1。另外，如果镍镉电池长时间不使用，数字将自动减少。例如，充电一个月以后，电池电荷水平将仅有80%（20℃时）或50%（0对于新设备，电子变形数据仪和微型打印机的电池电荷水平仅可在完全充放电周期后获得正确显示。电子变形数据仪的功能检查：甚至在道路工程中电子变形数据仪的功能都能被简单地检查。将电子变形数据仪的开关置于标定模式（向左按模式操作开关）。插入电缆连接ZSG02到荷载板的插座并打开电子变形数据仪的开关。No=17aNo=17a=49.7k=0.957第一个数据（No.=17）表示已经储存的测试序列。第一行的第二个数据（a=49.7）是一个控制因子，其直接基于地球的重力加速度（g=9.81m/s2）。该控制因子可以为30.0～70.0，依赖于加速度计的特性。检查电子变形数据仪的功能时，反转荷载板180°，也就是将其反转朝下。该控制因子的数值，本例中将从49.7改变为51.7±0.1。这相当于两倍的重力加速度，2g。如果不再维持该值，电子变形数据仪不能再被使用，必须返回给生产商进行维修。下面的数据（k=0.957）也用于检查仪器的功能。它代表标定仪器时获得的标定因子，依赖于所使用的加速度计和电子电路的放大倍数。如果该值的变化超过±0.02，仪器必须重新标定。CalibrationModeExecutebump!做一个简单的测试，按CalibrationModeExecutebump!从预定高度落下重锤。将显示如下值，例如：v=v=111.5mm/s49.7s=0.333mm0.957第一个数据呈现荷载板变形的最大速度。该最大值和变形峰值一起可以用于确定土的粘性。第二行是测试的变形峰值。相对于测试模式，变形峰值显示三位小数（微米）。这尤其适用于特别小的变形。10.调整时间打开电子变形数据仪。在按下“开始”按钮的时，滑动仪器顶端的操作模式开关。将出现如下显示，例如：TTu5.02.9614:17:56按“开始”按钮允许改变光标位置的值（本例中Tu）。滑动操作模式开关可以移动光标到下一位置。按“开始”按钮可以将秒设定为零。调整时间结束通过关闭电子变形数据仪。一个连续的测试查询号也被显示。从电子变形数据仪中拆除电池，该值复位为1。大约5分钟后时钟和查询号将被复位到零。如果有必须更换充电电池，应在一分钟内完成，以便不使时钟和查询号自动复位到零。导杆顶端的锁定与释放机构导杆顶端的锁定与释放机构把手环形手柄落锤锁定杆钢弹簧组件荷载心球搬运手柄搬运手柄荷载板电子变形数据仪插座搬运手柄抗倾覆结构轻型落锤仪ZFG02示意图电源电源串口模式开关标定测试电缆到荷载板字母数字显示关开开始开关关开电子变形数据仪ZSG02示意图微型打印机打印输出示例微型打印机打印输出示例注意！锁定落锤到固定和释放机构要象图中演示的那样用两个拇指！如图所示，双手抬起落锤直到拇指可以压到固定与释放机构。然后慢慢抬高落锤直到将其锁定到固定和释放机构。避免强行锁定，可能引起错误测试。落锤抓取操作试验记录样板试验机构：市镇试验室试验记录确定动态变形模量仪器：轻型落锤仪ZFG02，荷载板直径300mm，制造商：ZORN，Stendal项目编号：111/95项目：xyz高速公路试验场地：不固定道路基础，167号试验现场土壤类型：砾砂填充材料：无天气：干燥操作者：Miller先生测试点：序号日期时间编号测试点描述标志速度值(mm/s)速度均值变形值(mm)变形均值(mm)s/v(ms)Evd(MN/m2)195.11.1410:3311断面21123.799.1151.6124.80.4380.3080.3920.3793.03759.4295.11.1410:3515断面23114.8182.3210.9169.30.4220.4000.4240.4152.45154.2395.11.1410:4127断面25165.7178.7113.1152.50.2960.2900.3870.3242.12569.4495.11.1411:5632断面26159.0137.8200.3165.70.3220.2550.4620.3462.08865.0595.11.1411:5939断面27130.663.5199.9131.30.4510.2540.3740.3602.74262.5695.11.1417:4572断面29170.3188.3122.6160.40.3920.3220.2890.3342.08267.4795.11.1418:0976断面31186.9169.5181.9179.40.4010.3750.4540.4102.28554.9现场算术平均值：Xm(s/v)=2.4msXm(Evd)=61.8MN/m2标准差：s(s/v)=0.4mss(Evd)=5.9MN/m2变异系数：V(s/v)=15.3%V((Evd)=9.6%要求的最大最小分位点：Th(s/v)=3.0msTm(Evd)=55.0MN/m2品质数：Q(s/v)=1.627Q(Evd)=1.150结果：Q>0.88!167试验现场合格！市镇，95年11月15日..................................................................签名资料下部填土和颗粒层的承载力试验二者的关系：1.压实系数密度的百分数普氏击实试验Dpr%2.静态荷载板试验Ev2MN/m23.动态变形模量EvdMN/m2这个对比依赖于土的类型。DprEv2Evd砾石：10010045988040977035砂1008040987035976030砾石土和砂的分类0.063~0.2砂，细0.2~0.63砂，中0.63~2.0砂，粗0.2~6.3砾，细6.3~20.0砾，中20.0~63.0砾，粗超过63.0石轻型落锤仪简要说明根据道路修建土工和岩石技术规范TPBF－StBpartB8.3试验准备—在试验道路标高放好荷载板；—放置加载装置到荷载板；—除去安全运输装备；—抬起落锤并锁定在上部停止位置；—按如下指示，执行3次预加荷载：—校准活动链接保持垂直；—释放落锤；—抓住反弹的落锤并再次锁定。3次荷载后维持落锤在下方。进行试验—用试验电缆连接沉降仪和荷载板；—打开沉降仪开关；—按开始按钮开始试验；—一显示“执行冲击荷载”就按照前面的描述进行3次冲击加载；—第三次冲击加载后维持落锤在下方，并将其用安全运输装备限制。显示器将显示3次测试的沉降和应力峰值。—按开始按钮；显示平均值和动态变形模量Evd。ZFG02包括数据存储的特殊功能在显示Evd后自动存储。显示器也附加显示逻辑记录号。特别功能的ZFG02还包括微型打印机。使用包括打印机的ZFG02同重复按开始按钮可使你拥有你喜欢的打印输出结果。安全说明为避免任何损坏或事故应通过运输安全装置将落锤限制。试验时查看是否取出运输安全装置。为避免任何意外，落锤锁定在上端的停止位置时不要在低于落锤的位置工作。测试电缆仅在落锤在地面时插入。请注意，只可用提供的电源。沉降仪的低压不应超过12V，即使是使用汽车电力系统充电时。仪器不能直接使用一些车辆（如卡车、铲车等）上的24V电源系统。六、地基系数K30与变形模量Ev及动态变形模量Evd的测试与对比（2004年铁路测试年会论文）地基系数K30与变形模量Ev及动态变形模量Evd的测试与对比张千里（铁道科学研究院，北京，100081）1引言在国际上，铁路路基的设计和施工控制的参数主要有：压实系数、相对密度、孔隙率或空气率、地基系数K30与变形模量Ev1和Ev2及动态变形模量Evd等等。其中地基系数K30与变形模量Ev1和Ev2及动态变形模量Evd的试验和所反映的问题有一定的类似。在我国，地基系数K30已成为铁路路基设计和施工中的一个基本的参数。了解其与变形模量Ev1和Ev2及动态变形模量Evd的关系，正确理解各参数的意义和特点，有利于分析比较各国的路基设计标准，学习和借鉴国外的先进经验。这在当前的客运专线和无碴轨道的建设中非常重要。2各自的测试原理2.1地基系数K30地基系数K30是指采用直径为30cm的荷载板测定下沉量为1.25mm对应的地基系数，其试验是平板载荷试验。试验的基本步骤为1.平整场地，除去松土；2.安置平板载荷仪；3.加载。加载为分级加载。按《铁路工程土工试验规程》TB10102—2004，加载为先预加0.01MPa荷载30s，待稳定后卸除荷载，然后以0.04MPa的增量，逐级加载。每增加一级荷载，当1min的沉降量不大于该级荷载沉降量的1%时，增加下一级荷载。当总沉降量超过规定的基准值(1.25mm)，或者荷载强度超过估计的现场实际最大接触压力，或者达到地基的屈服点，试验即可终止。而以前，在K30试验中，加载一般采用0.035MPa为一级，且预压荷载也为0.035MPa。地基系数K30的计算如下：K30＝σs/Ss式中σs——为σ—S曲线上1.25×10-3mSs——为下沉量基准值(＝1.25×10-3m因此地基系数K30实际上是一个地基刚度系数的概念。比较弹性半空间体上圆形荷载板的公式：如取μ为0.21，有变形模量：可见同变形模量有一定的关系。2.2变形模量Ev1和Ev2变形模量Ev1和Ev2试验也属于平板载荷试验，在试验装备上与地基系数K30是及其相似的。主要差别在于操作步骤与资料整理和计算方法的不同。该试验在一般情况下也采用直径300mm的载荷板。先预压0.01MPa的荷载30s，然后分级加载，直到沉降达到5mm或荷载达到0.5MPa。加载时，对荷载的增量没有作硬性规定，但规定加载等级不应小于6级，每级加载要在1分钟内完成，加载完成后经120s加下一级荷载。对于持力层停留等待的时间允许缩短为60s。变形模量计算的理论基础是弹性半空间体上圆形局部荷载的公式：取μ为0.21，并采用增量形式：计算0.3到0.7的割线。为了有效地利用测试记录的数据，减小误差也采用对试验数据作二次回归：利用下式计算：试验经两次加载。Ev1和Ev2分别为第一次加载和第二次加载时计算的情况。2.3动态变形模量Evd动态变形模量Evd试验是落锤施加冲击荷载的载荷板试验。通常，载荷板的直径也为300mm，锤重为10kg，最大的冲击力为7.07kN，荷载脉冲脉冲宽度18mm。试验记录落锤冲击时板的沉降。在假定冲击力恒定和泊松比μ为0.21的情况下，由弹性半空间体上圆形局部荷载的公式计算模量：操作时，除了平整场地和垫铺干砂外，要预先施加三次冲击荷载，然后作三次落锤冲击试验，求平均值。尽管预先施加三次冲击荷载，但由于反弹很难保证载荷板同地面的结合象静载那样良好，测试的沉降在很大程度上是界面的影响，测试值其实也不是真正意义上的动态变形模量，出现了动态的变形模量远小于静态变形模量的结果，德国的试验显示Ev2/Evd的比率为1.0～4，其意义实际上是一个用于质量控制和检验的