高速铁路路基工程施工阶段试验检测

知识点2：变形模量Ev2检测技术《铁路工程土工试验规程》（TB10102—2010）

高速铁路路基工程施工阶段的检测一.试验适用范围

变形模量EV2试验在铁路路基填筑施工质量检测中，采用直经为300mm的承载板，适用于粒径不大于承载板直径1/4的各类土和土石混合填料，测试有效深度约为承载板直经的1.5倍。二．试验仪器设备PDG-SD型PDG-K型

变形模量EV2测试仪器应包括承载板、加载装置、反力装置、荷载测量装置及沉降测量装置等。加载反力装置

平板载荷试验的加载反力装置是必不可少的,它提供的反力至少要大于检测中必须达到的最大荷载10kN以上。载重机动车,压路机及适当固定的重物都可作为加载反力装置。承载板承载板使用S355J0型钢制成。加工中对光洁度和粗糙度偏差要求符合规定。承载板的直径必须为300mm，厚度为25mm。

加载装置

加载装置是由一根至少2m长的高压软管将液压泵和液压缸连接而成的，并以此来实现对承载板的加载和卸载。为了使力的传递准确无误，液压缸必须两边固定，以防倾斜和翻倒。它的上升高度至少要能达到150mm。测试仪检测时的高度不得大于600mm，为了调整与加载反力装置的距离，有时须附加一个延长装置，这一装置至少可以使液压缸达到1000mm。加载装置延长部分要保证其抗压弯曲强度。

测力装置

承载板与液压缸之间设有一个机械或电子的力传感器。测力装置对每次加载测试所得到的数据误差范围最高不得超过1%。压力显示值：对于直径300mm的承载板精度至少要求达到0.001MN/m2。力显示值的精度必须与要求的压力显示值的精度一致。要求适应的工作环境温度范围为0℃—40℃。位移测试装置

a）按照秤杆原理设计的可旋转的测量臂；位移测试时要考虑杠杆的比例hP:hM。图带触点的位移测试装置图例位移测试装置

b）单轴可伸缩移动的测量臂;位移测试比例为1:1。图带触点的位移测试装置图例（1）测试准备场地测试区域应进行平整，并使用毛刷扫去松土。当处于斜坡上时，应将承载板支撑面做成水平面。准备一个与承载板面积大小相适应的测试区域。借助工具（钢尺、抹刀或通过推移和转动承载板）尽可能地将测试区域整平，清除地面上的杂物。三．试验检测方法（2）安置二次变形模量测试仪1）将承载板放置于测试区域，应使承载板与地面完全接触，必要时可铺设一层2～3mm干燥标准均粒砂，同时利用承载板上水准泡或水准仪来调整承载板水平。左右转动承载板并轻轻击打顶面，使其与地面完全接触，方可进行测试。2）将反力装置承载部分安置于承载板上方，并加以制动。反力装置的支撑点与承载板外缘距离不得小于1m。3）将千斤顶放置于反力装置下面的承载板上，利用加长杆和调节丝杆，使千斤顶顶端球铰座紧贴在反力装置承载部位上，组装时应保持千斤顶垂直，不出现倾斜。4）安置测桥时应将沉降测量装置的触点自由地放入承载板上测量孔的中心位置，沉降测表应与测试区域垂直。承载板外缘与反力装置支撑点的距离不得小于0.75m，测桥支撑座与反力装置支撑点的距离不的小于1.25m。试验过程中测桥和反力装置不得晃动。沉降测量装置应有遮阳挡风设施。（3）预加载预加0.01MPa荷载约30s后，卸除荷载，将沉降测表读数调零。（4）加载与卸载加载与卸载应符合下列要求：1）试验第一次加载应至少分6级，并以相等的荷载增量（0.08MPa）逐级加载，达到最大荷载为0.5MPa或沉降量达到5mm后再进行卸载。当沉降量达到5mm且该级荷载小于0.5MPa时，该级荷载视为最大荷载。2）卸载时，应按最大荷载的50%、25%和0三级进行。3）卸载后，按照第一次加载的操作步骤，并保持与第一次加载时各级相同的荷载进行第二次加载，直至第一次所加最大荷载的倒数第二数。4）每级加载或卸载过程应在1min内完成。5）加载和卸载时，每级荷载的保持时间应为2min，荷载应保持恒定。6）试验中施加了比预定荷载大的荷载时，应保持该荷载，并将其记录在试验记录表中7）试验过程中出现承载板严重倾斜，以至承载板水准泡上的气泡不能与圆圈标志重合或承载板过沉及量测数据出现异常等情况时，应查明原因，另选点进行试验，并在试验记录表中注明。（5）承载板中心沉降量承载板中心沉降量S应按下式计算：

—沉降测表读数（mm）；—杠杆比。（6）绘制应力-沉降曲线根据试验结果绘制应力-沉降曲线，如图示。应力-沉降曲线应采用二次方程曲线拟合，不得绘制成折线或其他形式曲线，曲线上应用箭头标明受力方向。变形模量Ev由下式计算：

Ev

=1.5×

r×1/（a1+a2×

σ1max）

式中：Ev

——变形模量，单位：MPa；

r

——承载板半径，单位：mm；σ1max——第一次加载最大应力，单位：MPa。一次加载的变形模量值用Ev1表示，二次加载的变形模量值用Ev2表示。

变形模量是基于一次加载和二次加载应力—位移曲线，通过二次多项式方程计算得到的。

s=a0+a1·σ

+a2·σ2σ——承载板下应力，单位：MPa；s——承载板的位移，单位：mm；a0——二次多项式中的系数，单位：mm；a1——二次多项式中的系数，单位：(

mm/MPa)；a2——二次多项式中的系数，单位：(mm/MPa2)。

式中的系数是把测试值按最小二乘法计算得到的。

知识点1：K30平板载荷试验《铁路工程土工试验规程》（TB10102—2010）

高速铁路路基工程施工阶段的检测，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。地基系数K30的计算如下：

K30＝σs/Ss

式中σs——为σ—S曲线上1.25×10-3m对应的荷载强度(MPa）；

Ss——为下沉量基准值(＝1.25×10-3m)。

一.概念，地基系数K30

2.物理意义K30值是指地基产生0.125cm沉降量需要施加的压力强度值。当K30值大时，说明地基刚度大，当K30值小，则表示地基刚度小。K30值是一个能反映路基强度与变形参数的承载力指标。因此采用地基系数K30作为路基压实度的控制指标确有其必要性。

1）本试验适用于各类土和土石混合填料，其最大粒径不宜大于承载板直径1/4，测试有效深度约为承载板直径的1.5倍。2）检测位置包括基床以下路堤、基床底层、基床表层、改良土等填筑，路基与桥台过渡段、路基与隧道过渡段、路基与横向结构物过渡段、路基与路堑过渡段等填筑。二.适用范围K-30型平板载荷测试仪

主要技术参数：

1.荷载板直径：300mm

2.千斤顶加载能力范围：0～30T

3.千斤顶行程：120mm

4.测桥跨度：3000mm

5.手动测泵额定压力：70Mpa

6.压力测试范围：0～40Mpa

7.位移测试范围：0～10mmK30套件三.实验仪器直径300mm的承载板测桥1）场地整平场地测试区域应进行平整，并使用毛刷扫去松土。当处于斜坡上时，应将承载板支撑面做成水平面，如图所示。四．检测方法2）安置地基系数测试仪（1）将承载板放置于测试区域上，应使承载板与地面完全接触，必要时可铺设一层2～3mm干燥标准均粒砂，同时利用承载板上水准泡或水准仪来调整承载板水平。左右转动承载板并轻轻击打顶面，使其与地面完全接触后方可进行测试如图所示。

将千斤顶放置于反力装置下面的承载板上，利用加长杆和调节丝杆，使千斤顶顶端球铰座紧贴在反力装置承载部位上，组装时应保持千斤顶垂直，不出现倾斜如图所示。

（2）安装千斤顶

将反力装置承载部分安置于承载板上方，并加以制动。反力装置的支撑点与承载板外缘距离不得小于1m如图所示。

图安装反力装置（3）安装反力装置（4）安置测桥，测桥支撑座与承载板外缘、反力装置支承点的距离不应小于1m。采用2～3只下沉量测表测量时，测表应沿承载板周边等分布置，并与承载板中心保持等距离。如图所示。

（1）预加荷载，30s后卸除荷载，再等待30s后，将下沉量测表调至零位或读取测表读数作为下沉量的起始读数。直径为300mm的承载板预加荷载为0.04MPa。

3）加载试验（2）以0.04MPa的增量,逐级加载。每增加一级荷载，应在下沉量稳定后（即1min的沉降量不大于该级荷载产生的沉降量的1%时），读取荷载强度和下沉量读数。然后增加下一级荷载，每级荷载的稳定时间不得少于3min，试验中施加了比原定荷载值高的荷载时，应保持该荷载，并在试验记录单中记录该荷载和该荷载下的下沉量读数。3）加载试验（3）达到下列条件之一时，试验即可终止：①总下沉量超过规定的基准值（1.25mm），且加载级数至少5级；②荷载强度大于设计标准对应荷载值的1.3倍，且加载级数至少5级；③荷载强度达到地基屈服点。4）当试验过程出现异常时(如承载板严重倾斜、承载板过度下沉及试验数据异常),应查明原因，另选点进行试验，并在试验记录表中注明。

（1）试验结果计算从荷载强度与下沉量关系曲线得出下沉量基准值时的荷载强度，并按下式计算出地基系数：

五.试验结果计算（2）制图根据试验结果绘出荷载强度与下沉量关系曲线，如图2-15所示。宜采用计算机或编程软件程序按二次方程拟合，绘制荷载强度与下沉量关系曲线。采用手工描绘曲线时，应使曲线圆滑，且尽量接近各点。图荷载强度σ与下沉量S关系曲线加载顺序荷载强度σ(MPa)油压表读数P(MPa)下沉量(百分表读数)(mm)承载板中心下沉量S（mm）表1表2表3平均值S预压复位123456荷载强度σ-下沉量s关系曲线：下沉量基准1.25mm对应的荷载强度σs：

MPa；地基系数Ks：

MPa六．标准试验记录格式知识点3：Evd

动态平板载荷试验

高速铁路路基工程施工阶段的检测

无论是静态变形模量Ev2，还是地基系数K30

，两者都是采用φ300mm的静态平板载荷试验仪，通过在压实填土表面做静压试验测得的，二者反映的都是静态应力作用下土体抵抗变形的能力。众所周知，铁路路基承受的是列车运行时产生的动荷载，特别是高速列车的出现，动荷载产生的冲击力对路基的影响更为明显，而K30和Ev2值都不能完全反映列车在高速运行条件下所产生的动应力对路基的真实作用状况。一.背景

另外，K30和Ev2试验设备和试验方法上还存在着一些不足：试验设备庞大，需要大吨位加载车；操作复杂、麻烦，要求条件苛刻；费时、费力；占用人员和台班费，检测费用高；要求有宽敞的试验场地，不适用狭窄地段；试验结果影响因素较多，误差较大等。

为解决上述问题，德国HMP公司于80年代初开始研发一种轻型、便携、快速、高自动化、高精度的地基承载能力的动态测试仪器，称为“轻型落锤仪”，德文缩写“LFG”。通过“轻型落锤仪”试验所检测的地基承载力指标，称为“动态变形模量”，符号“Evd”。因此，“轻型落锤仪”也称为“Evd动态变形模量测试仪”。

Evd

动态平板载荷试验在秦沈客运专线的研究应用Evd试验仪器和试验方法的研究与应用，有效地克服了K30和Ev2上述不足。具有体积小、重量轻、便于携带；安装及拆卸方便、操作简便；自动化程度高、测试速度快；性能稳定、测试精度高；检测费用低；适应范围广等优点。

Evd将成为路基质量检测的发展方向。二、Evd的定义

动态变形模量Evd（英文：dynamicmodulusofdeformation）是指土体在一定大小的竖向冲击力Fs和冲击时间ts作用下抵抗变形能力的参数。

三、Evd测试仪的工作原理

利用落锤从一定高度自由下落在阻尼装置上，产生的瞬间冲击荷载，通过阻尼装置及传力系统传递给直径300mm的承载板，在承载板下面（即测试面）产生的动应力，使承载板发生沉陷s—即承载板振动的振幅，由沉陷测定仪采集记录下来。沉陷值s越大，则被测点的承载力越小；反之，越大。1.脱钩装置；2.落锤；3.导向杆4.阻尼装置；5.承载板；6.沉陷测定仪由平板压力公式

Evd