CN114354369B - 一种利用旁压器测试既有路基回弹模量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用旁压器测试既有路基回弹模量的方法，采用旁压器测试卸载过程的应力应变曲线来获取路基回弹模量，相比于现有技术中采用加载过程的应力应变曲线测试旁压变形模量后再获取回弹模量的方法，本发明的技术方案更符合回弹模量的物理意义和技术原理，测试结果更可靠。

Description

一种利用旁压器测试既有路基回弹模量的方法

技术领域

本发明属于道路工程现场检测技术领域，特别涉及一种利用旁压器测试既有路基回弹模量的方法。

背景技术

在道路工程检测技术领域，路基回弹模量是既有道路性能评价的重要指标之一。现有路基路面现场测试技术中，回弹模量的测试方法主要为贝克曼梁法、FWD法、PFWD法和承载板法等，其中贝克曼梁和FWD法通过在路表测量回弹弯沉值来反算综合回弹模量及路基回弹模量，属于间接法，精度受路基上部结构层参数的影响大；PFWD和承载板法直接通过在路基层进行试验获取回弹模量，精度相对可靠，但测试前需要开挖试验槽，效率较低、且会造成一定的影响和破坏。

道路检测通常要进行钻孔取样，钻孔对道路结构影响较小，利用钻孔进行路基原位试验是一种经济可靠的技术方案。目前，有研究对DCP、静力触探、动力触探测试路基性能参数进行了一些尝试，但因路基填料复杂多样，尚未建立回弹模量与这些试验指标的关系，同时贯入探头受填料中粗粒影响大、粗粒过大时甚至难以贯入。旁压试验利用钻孔孔壁进行加载试验，获取岩土的强度与变形参数，可适应细粒土、粗粒土等不同岩土填料及围压环境，岩土工程中主要利用旁压试验的加载过程来获取旁压模量和承载力，在许多岩土工程规范和手册中总结了旁压模量和压缩模量的经验公式，简晓波在“高速公路(水泥砼路面)路况检测方法研究与实践”中采用加载过程的旁压试验数据来回归路基回弹模量，但这种方式建立起来的回归公式适用范围有限。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种利用旁压器测试既有路基回弹模量的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种利用旁压器测试既有路基回弹模量的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：在待检公路试验点从路面向下垂直钻孔，钻孔成型后，将供压气源、压力控制-变形量测系统、旁压器顺次管线连接，旁压器充满水后将其放入钻孔中至预定的试验深度，记录压力控制-变形量测系统的量管中的水位值h₀；

步骤S2：在压力控制-变形量测系统中设定预压荷载P₀，通过压力控制-变形量测系统控制供压气源给旁压器送气至预压荷载P₀，旁压器弹性模膨胀与钻孔土体抵接，预压土体，稳压一定时间；

步骤S3：设定测试次数n和每次测试的预定荷载P₁’、P₂’、……、P_n-1’、P_n’，其中P₀＜P₁’＜P₂’＜……＜P_n-1’＜P_n’，设定整型变量i用于计数，给i赋初值为1；

步骤S4：在压力控制-变形量测系统中设定预定荷载P_i’，通过压力控制-变形量测系统控制供压气源继续给旁压器送气加载至预定荷载P_i’，稳压一定时间，记录压力控制-变形量测系统量管中水位相对于h₀的下降量S_i1’，然后卸载至P₀，稳压一定时间，记录压力控制-变形量测系统量管中水位相对于h₀的下降量S_i0’，得到一组测试数据(P_i’、S_i1’、S_i0’)；

步骤S5：对测试数据(P_i’、S_i1’、S_i0’)进行校正，得到校正数据(P_i、S_i1、S_i0)，计算旁压器加载体积变形量V_i1和卸载体积变形量V_i0，得到计算数据(P_i、P₀、V_i1、V_i0)；

步骤S6：将i自增1，之后，若i＞n则跳转至步骤S7，若i≤n则跳转至步骤S4；

步骤S7：根据得到的n组计算数据(P₁、P₀、V₁₁、V₁₀)、(P₂、P₀、V₂₁、V₂₀)、……、(P_n、P₀、V_n1、V_n0)，计算测试点的路基旁压回弹模量E_M0，其中μ为路基填料的泊松比，V_c为旁压器初始体积。

进一步，步骤S5中，

P_i＝P_i’+P_w-P_ix，

S_i1＝S_i1’+α(P_ix’+P_w)，

S_i0＝S_i0’+α(P_ix’+P_w)，

V_i1＝S_i1A，

V_i0＝S_i0A，

其中P_w为静水压力，P_ix为旁压器弹性膜约束力，α为仪器综合变形系数，A为压力控制-变形量测系统量管内腔截面积。

进一步，步骤S5中，计算当前荷载下旁压回弹模量E_Mi，其中μ为路基填料的泊松比、V_c为旁压器初始体积。

进一步，步骤S2中，

p₀＝k₀γ_mh，

其中h为试验深度；γ_m为试验深度以上填料的平均重度；k₀为静止土压力系数，一般取0.2～0.7，根据土性选取。

进一步，P_n’比P₀大100～200kPa，n的值为4～8。

进一步，相邻两次测试的预定荷载的差值为(P_n’-P₀)/n。

进一步，所述的步骤S1中，采用干作业钻孔，钻孔的孔径比旁压器外径大2～8mm，钻孔深度比试验深度深0.5～1m。

进一步，所述旁压器为三腔式旁压器，旁压器的最大试验压力为2.5～4.0MPa，测量综合误差在±1％之间。

进一步，步骤S2和S4中，稳压时间均为1～3min。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.本发明提出采用旁压器测试卸载过程的应力应变曲线来获取路基回弹模量，相比于现有技术中采用加载过程的应力应变曲线测试旁压变形模量后再获取回弹模量的方法，本发明的技术方案更符合回弹模量的物理意义和技术原理，测试结果更可靠；同时相比现有道路工程中最常用的承载板法和PFWD法，本发明提出的路基回弹模量测试方法采用勘探钻孔进行原位试验，无需大尺度开槽，对原有道路结构的扰动小、影响弱，测试效率更高。

2.从技术原理上回弹模量是卸载过程中应力与应变的比值，而非加载过程的应力应变比值，对于岩土材料，加载过程与卸载过程的应力应变关系通常有显著的差异，因此采用旁压试验卸载过程的应力应变关系来测试路基回弹模量会更可靠。

3.通过赋初值i＝1，开始循环测试，每次测试完毕后，i自增1，进行下一次测试，直至完成n次测试，得到n组测试数据。

附图说明

图1是利用旁压器测试既有路基回弹模量的试验示意图；

其中，1压力控制-变形量测系统；2旁压器；3连接管线；4供压气源；5路面；6路基；7钻孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

图1是利用旁压器测试既有路基回弹模量的试验示意图，本发明实施例提供一种利用旁压器测试既有路基回弹模量的方法，包括如下步骤：

步骤S1：在待检公路试验点从路面向下垂直钻孔，采用干作业钻孔，钻孔深度为2.0m，钻孔孔径为60mm，钻孔成型后，将供压气源、压力控制-变形量测系统、旁压器顺次管线连接，旁压器外径为55mm，将旁压器充满水后将其放入钻孔中预定的试验深度，试验深度1.2m，记录压力控制-变形量测系统量管中水位值h₀；

步骤S2：在压力控制-变形量测系统中设定预压荷载P₀，P₀为14.4kPa，p₀＝k₀γ_mh＝0.5×24.0×1.2＝14.4(kPa)，通过压力控制-变形量测系统控制供压气源给旁压器送气至预压荷载P₀，旁压器弹性模膨胀与钻孔土体抵接，预压土体，稳压1～3分钟；

步骤S3：设定测试次数n和每次测试的预定荷载P₁’、P₂’、……、P₇’、P₈’，其中P₀＜P₁’＜P₂’＜……＜P₇’＜P₈’，设定整型变量i用于计数，给i赋初值为1；n＝8，P₈’＝214.4kPa，相邻两次测试的预定荷载相差25kPa；

步骤S4：在压力控制-变形量测系统中设定预定荷载P_i’，通过压力控制-变形量测系统控制供压气源继续给旁压器送气加载至预定荷载P_i’，稳压1～3分钟，记录压力控制-变形量测系统量管中水位相对于h₀的下降量S_i1’，然后卸载至P₀，稳压1～3min，记录压力控制-变形量测系统量管中水位相对于h₀的下降量S_i0’，得到一组测试数据(P_i’、S_i1’、S_i0’)；测试数据见表1；

步骤S5：对测试数据(P_i’、S_i1’、S_i0’)进行校正，得到校正数据(P_i、S_i1、S_i0)，计算旁压器加载体积变形量V_i1和卸载体积变形量V_i0，得到计算数据(P_i、P₀、V_i1、V_i0)，计算当前荷载下旁压回弹模量E_Mi；

P_i＝P_i’+P_w-P_ix，

S_il＝S_il’+α(P_i’+P_w)，

S_i0＝S_i0’+α(P_ix’+P_w)，

V_i1＝S_i1A，

V_i0＝S_i0A，

其中P_w为静水压力(其为量管初始水位标高到旁压器中心标高之间的水头差值对应的水压力)，P_ix为旁压器弹性膜约束力，α为仪器综合变形系数，A为量管内腔截面积，μ为路基填料的泊松比、V_c为旁压器初始体积；校正数据见表1，回弹模量计算见表2；

步骤S6：将i自增1，若i＞n则跳转至步骤S7，若i≤n则跳转至步骤S4；

步骤S7：根据得到的n组计算数据(P₁、P₀、V₁₁、V₁₀)、(P₂、P₀、V₂₁、V₂₀)、……、(P_n、P₀、V_n1、V_n0)，计算测试点的路基旁压回弹模量E_M0，其中μ为路基填料的泊松比，V_c为旁压器初始体积，/>回弹模量计算见表2。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

表1测试数据和校正数据

表2回弹模量计算

Claims (9)

1.一种利用旁压器测试既有路基回弹模量的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：在待检公路试验点从路面向下垂直钻孔，钻孔成型后，将供压气源、压力控制-变形量测系统、旁压器顺次管线连接，旁压器充满水后将其放入钻孔中至预定的试验深度，记录压力控制-变形量测系统的量管中的水位值h₀；

步骤S2：在压力控制-变形量测系统中设定预压荷载P₀，通过压力控制-变形量测系统控制供压气源给旁压器送气至预压荷载P₀，旁压器弹性模膨胀与钻孔土体抵接，预压土体，稳压一定时间；

步骤S3：设定测试次数n和每次测试的预定荷载P₁’、P₂’、……、P_n-1’、P_n’，其中P₀＜P₁’＜P₂’＜……＜P_n-1’＜P_n’，设定整型变量i用于计数，给i赋初值为1；

步骤S4：在压力控制-变形量测系统中设定预定荷载P_i’，通过压力控制-变形量测系统控制供压气源继续给旁压器送气加载至预定荷载P_i’，稳压一定时间，记录压力控制-变形量测系统量管中水位相对于h₀的下降量S_i1’，然后卸载至P₀，稳压一定时间，记录压力控制-变形量测系统量管中水位相对于h₀的下降量S_i0’，得到一组测试数据(P_i’、S_i1’、S_i0’)；

步骤S5：对测试数据(P_i’、S_i1’、S_i0’)进行校正，得到校正数据(P_i、S_i1、S_i0)，计算旁压器加载体积变形量V_i1和卸载体积变形量V_i0，得到计算数据(P_i、P₀、V_i1、V_i0)；

步骤S6：将i自增1，之后，若i＞n则跳转至步骤S7，若i≤n则跳转至步骤S4；

步骤S7：根据得到的n组计算数据(P₁、P₀、V₁₁、V₁₀)、(P₂、P₀、V₂₁、V₂₀)、……、(P_n、P₀、V_n1、V_n0)，计算测试点的路基旁压回弹模量E_M0，其中μ为路基填料的泊松比，V_c为旁压器初始体积。

2.根据权利要求1所述的利用旁压器测试既有路基回弹模量的方法，其特征在于，步骤S5中，

P_i＝P_i’+P_w-P_ix，

S_i1＝S_i1’+α(P_ix’+P_w)，

S_i0＝S_i0’+α(P_ix’+P_w)，

V_i1＝S_i1A，

V_i0＝S_i0A，

其中P_w为静水压力，P_ix为旁压器弹性膜约束力，α为仪器综合变形系数，A为压力控制-变形量测系统量管内腔截面积。

3.根据权利要求1所述的利用旁压器测试既有路基回弹模量的方法，其特征在于，步骤S5中，计算当前荷载下旁压回弹模量E_Mi，其中μ为路基填料的泊松比、V_c为旁压器初始体积。

4.根据权利要求1所述的利用旁压器测试既有路基回弹模量的方法，其特征在于，步骤S2中，

p₀＝k₀γ_mh，

其中h为试验深度；γ_m为试验深度以上填料的平均重度；k₀为静止土压力系数，一般取0.2～0.7，根据土性选取。

5.根据权利要求1所述的利用旁压器测试既有路基回弹模量的方法，其特征在于，P_n’比P₀大100～200kPa，n的值为4～8。

6.根据权利要求1所述的利用旁压器测试既有路基回弹模量的方法，其特征在于，相邻两次测试的预定荷载的差值为(P_n’-P₀)/n。

7.根据权利要求1所述的利用旁压器测试既有路基回弹模量的方法，其特征在于，所述的步骤S1中，采用干作业钻孔，钻孔的孔径比旁压器外径大2～8mm，钻孔深度比试验深度深0.5～1m。

8.根据权利要求1所述的利用旁压器测试既有路基回弹模量的方法，其特征在于，所述旁压器为三腔式旁压器，旁压器的最大试验压力为2.5～4.0MPa，测量综合误差在±1％之间。

9.根据权利要求1所述的利用旁压器测试既有路基回弹模量的方法，其特征在于，步骤S2和S4中，稳压时间均为1～3min。