K30EvEvd

地基系数K30与变形模量EV及动态变形模量EVd的测试与对比铁道科学研究院张千里各位上午好地基系数K30与变形模量EV及动态变形模量EVd的测试与对比铁道科学研究院张千里•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。•各自的测试原理地基系数K30变形模量Ev1和Ev2动态变形模量Evd•操作要点和试验特点的对比•结束语各自的测试原理•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)。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。srE/)1(79.0203005.1rKE各自的测试原理•地基系数K30各自的测试原理•地基系数K30各自的测试原理•地基系数K30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。各自的测试原理•地基系数K30各自的测试原理•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。各自的测试原理•变形模量Ev1和Ev2各自的测试原理•变形模量Ev1和Ev2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。srE/)1(79.020srEV/5.12210aaasmax2115.1aarEV各自的测试原理•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18ms。各自的测试原理•动态变形模量Evd各自的测试原理•动态变形模量Evd各自的测试原理•动态变形模量Evd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：ssrsrEVd/5.22/5.1/)1(79.02各自的测试原理•动态变形模量Evd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与试验方法有极大关系的参数。各自的测试原理•动态变形模量Evd目前Evd测试仪器主要来自德国，在德国的生产厂家也不只一家，型号也有多种，德国的道路与交通事业研究会曾组织过一次对比试验，在测量值的稳定性上有一些差别。Evd在德国的使用也是很慎重的，一般要作统计分析。按德国土工和岩石道路建造技术规范中“统计随机样本试验”，对于试验结果的评估，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为0.88。1)(12nxxsniisTxQM操作要点和试验特点的对比项目K30EvEvdEv1Ev2载荷板直径300mm300mm300mm300mm预加载0.01MPa(以前为0.035MPa)0.01MPa第二次加载三次冲击荷载与地面的接触耦合一般一般好差加载等级0.04MPa(以前为0.035MPa)不少于6级动态施加脉冲宽度18ms加载控制当1min的沉降量不大于该级荷载沉降量的1%时加下一级荷载。120s后加下一级荷载最大荷载或终止试验加载的标准总沉降量超过1.25mm，或荷载强度超过估计的现场实际最大接触压力，或达到地基的屈服点。0.5MPa或沉降大于5mm。7.07kN反力装置（一般为载重汽车）需要需要不需操作复杂复杂简单试验速度一般一般快对土体自身特征的反映较好较好好差结束语从理论上讲，地基系数K30、变形模量Ev与动态变形模量Evd均反映地基的变形模量，它们的理论基础基本上是相同的。对于压实良好的填土，由于Ev2测试时，载荷板同土的耦合非常好，而第一次加载对填土本身状态的影响小，更能反映填土自身的特征，且该参数为土体自身的特征参数，用于设计计算和理论分析较好。K30和Ev1也可较好地反映测试土体的特征，二者基本上相当，是同一问题的不同表述。但Ev1象Ev2一样，其表述形式是土体自身的参数，即变形模量，对于单元化的分析似乎更方便一些。而K30试验则体现一定的使用现象，需要时也可转换为变形模量。其界面耦合的问题也可通过回归曲线的零点调整或调整预加荷载的大小得到改善。Evd由于受接触界面的影响较大，并不是真正意义上的动态变形模量，用于设计计算和理论分析较差一些，但其测试方便、快捷，有利于增加测点个数，以消除土的离散性的影响，适合于质量监控。在借鉴国外的规范和方法时，要明确各参数的真正意义，进行完整系统的分析，正确理解和消化吸收国外的先进经验，实现铁路的跨越式发展。谢谢！