CN114383964B - 一种具有路拱的路基回弹模量测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有路拱的路基回弹模量测试方法，涉及道路工程技术领域，于路基测点放置承载板，并使承载板与测点处路拱所在平面平行；垂直承载板进行多级加载、卸载，分别测取承载板两端产生的竖直方向的实测回弹变形值；基于承载板与水平面夹角，结合回弹变形值获取测点处的回弹模量；针对目前石方路基和土石混合填筑路基测试回弹模量时进行整平而导致效率低、精度差的问题，通过填充表面凹陷提高承载板与路基的贴合度，直接倾斜放置承载板，基于多级加载、卸载并测取回弹变形值计算回弹模量，避免了对石方路基和土石混合填筑路基整平，从而避免了对路基松动的影响，提高测试效率和测试精度。

Description

一种具有路拱的路基回弹模量测试方法
技术领域
本发明涉及道路工程技术领域，具体涉及一种具有路拱的路基回弹模量测试方法。
背景技术
路基回弹模量是路面结构设计不可缺失的重要参数之一，对路基路面结构的路用性能具有决定性作用，对其进行准确测试与评定至关重要。按照不同的填筑材料来分，路基可分为土质路基、石方路基和土石混合填筑路基三大类。目前常用基于刚性承载板(以下简称承载板)来测试土质路基静回弹模量，该方法测试过程中有诸多基本要点，如测点的整平、分级加载卸载及相应的变形(即实测回弹变形)读取、总影响量测定及分级影响量的计算、计算回弹变形换算、坐标原点的修正以及利用规程给出的公式计算回弹模量结果等等。
为便于排水，路基施工过程中需保持路拱，路拱的存在造成路基面非水平。通常，测点整平是模量测试的首要试验环节，也是理想化的试验条件需求，对于土质路基而言测点容易整平，耗时也不会太长，但对石方路基或土石混合填筑路基而言，由于路基全部为碎石或含有一定量的碎石，测点处路基的整平则较为困难，难以实施，如果强行用工具整平，则开挖必然对整平后路基表面碎石颗粒造成较大程度的松动影响，并且精平所需要的较多细砂量，均会明显改变测点处路基表面的原始压实状态或结构，从而导致测试结果不准确；况且，整平环节造成更多的时间浪费，大大降低测试效率。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种具有路拱的路基回弹模量测试方法，不对测点路基进行整平，通过填充表面凹陷提高承载板与路基的贴合度，基于多级加载、卸载并测取回弹变形值计算回弹模量，避免了对石方路基和土石混合填筑路基整平，从而避免了对路基松动的影响，提高测试效率和测试精度。
为了实现上述目的，采用以下方案：
一种具有路拱的路基回弹模量测试方法，包括以下步骤：
于路基测点放置承载板，并使承载板与测点处路拱所在平面平行；
垂直承载板进行多级加载、卸载，分别测取承载板两端产生的竖直方向的回弹变形值；
基于承载板与水平面夹角，结合回弹变形值获取测点处的回弹模量。
进一步地，填充测点处路基表面凹陷，使测点处形成与路拱所在平面平齐的接触面。
进一步地，承载板的底面与接触面贴合。
进一步地，布置加载设备，于承载板顶面中心位置加载，依次获取多级加载、卸载下的压力数据。
进一步地，沿承载板倾斜方向上，分别测取承载板的顶端和底端的回弹变形值。
进一步地，依据承载板的多级加载、卸载，分别获取每级加载、卸载时承载板顶端和底端的回弹变形值。
进一步地，依据随机取样选择路基原始表面基本平整位置为测点，测点区域能够容纳承载板。
进一步地，基于实测回弹变形值和竖直方向的分级影响量，获得计算回弹变形和修正因子，得到测点处的回弹模量。
进一步地，基于加载值和计算回弹变形值建立散点图并进行线性拟合，获取测点处的回弹模量。
进一步地，基于计算回弹变形值进行坐标原点修正，获取计算回弹变形之和及其沿承载板法线方向的分量。
与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：
(1)针对目前石方路基和土石混合填筑路基测试回弹模量时进行整平而导致效率低、精度差的问题，通过填充表面凹陷提高承载板与路基的贴合度，直接倾斜放置承载板，基于多级加载、卸载并测取回弹变形值计算回弹模量，避免了对石方路基和土石混合填筑路基整平，从而避免了对压实路基带来的松动影响，提高测试效率和测试精度。
(2)在测试时为避免整平过程路基产生松动而导致测试精度差的问题，只对测点表面凹陷进行填补而非整体整平，使得放置承载板的路基形成对应路拱的平整倾斜面，并使承载板与测点路基贴合，保证承载板底面的均匀接触，提高测试效果。
(3)相较于传统整平过程，不仅通过降低对路基松动的影响以提高测试精度，而且修补凹陷的少量填充物不会影响原路基的结构，省略了将测点路基整理为水平测试面的过程，提高了测试效率。
(4)基于省略整平过程的测试，进行相应的加载、卸载和回弹变形值获取，考虑路拱存在造成的影响，建立修正因子，对计算结果进行修正，准确获取测点路基回弹模量。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例1或2中具有路拱的路基回弹模量测试方法的原理示意图；
图2为本发明实施例2中所建立散点图和拟合直线的示意图。
具体实施方式
实施例1
本发明的一个典型实施例中，如图1所示，给出一种具有路拱的路基回弹模量测试方法。
如图1所示基于路拱的路基回弹模量测试方法，适用于石方路基或土石混合填筑路基，填充测点路基的凹陷位置形成顺应路拱的平齐接触面，便于贴合承载板，避免对路基的整平以减少对路基内部结构的影响，保证测试效率和精度。
结合图1，测试方法包括以下步骤：
依据现行规程随机取样的方法选择路基原始表面基本平整的测点，在测点位置布置加载设备；在本实施例中，将用于反力架的测试汽车移动至测点处，并避免选择的测点受到车轮碾压；
省略对测点进行类似土质路基的整平处理，专用于石方路基和土石混合填筑路基，对测点路基表面可能存在的细小凹陷用细砂填满，同时避免多余的细砂覆盖非凹陷处，使测点处形成与路拱所在平面平齐的接触面；
于路基测点放置承载板，并使承载板与测点处路拱所在平面平行，承载板的底面与接触面贴合；
依据现行规程的测试方法安装加载设备，于承载板顶面中心位置垂直承载板所在平面进行多级加载、卸载，沿承载板倾斜方向上，分别获取每级加载、卸载时承载板顶端和底端的竖直方向的实测回弹变形值；
用坡度仪测出承载板的倾斜角度，基于承载板与水平面夹角，结合回弹变形值获取测点处的回弹模量。
在测试时为避免整平过程路基产生松动而导致测试精度差的问题，只对测点表面凹陷进行填补而非整体整平，使得放置承载板的路基形成对应路拱的平整倾斜面，并使承载板与测点路基贴合，保证承载板底面的均匀接触，提高测试效果。
可以理解的是，在本实施例中针对承载板采用一定尺寸的圆形板件，因此，在测试时，测取承载板径向两端位置处的回弹变形值。对应的，沿承载板倾斜方向上，承载板的顶端、底端位于同一直径上，分别测取该直径的顶端和底端的回弹变形值。
同时，相较于传统整平过程，不仅通过降低对路基松动的影响以提高测试精度，而且修补凹陷的少量填充物不会影响原路基的结构，省略了将测点路基整理为水平测试面的过程，提高了测试效率。
如图1所示，其中α为路基的路拱角度，同时也是承载板相对于水平面的倾斜角度，一般地，tanα＝0.015～0.020，超高路段的tanα可达到0.05左右；pi为承载板法线方向的第i级加载，li1、li2分别为pi级加载时放置于承载板两侧的贝克曼梁测头处产生的竖直方向的实测回弹变形值。
在本实施例中，对于回弹模量的具体计算，给出一种基于上述测试方法，并利用分级影响量和修正因子进行计算的过程，具体如下：
承载板直接放置在路拱倾角为α的路基上，分级压力pi(i＝1,2,…，n)产生的竖直方向的计算回弹变形为
Li＝li+ai (1)
其中，li为实测的竖直方向平均回弹变形，即实测回弹变形，li＝(li1+li2)/2，0.01mm；Li为竖直方向的计算回弹变形，0.01mm；ai为竖直方向的分级影响量，按照式(2)计算得到，0.01mm。
式中，T1为用于反力架的测试汽车前后轴距(m)；
T2为加劲小梁距后轴距离(m)；
D为承载板直径(m)，在本实施例中取0.30m；
a为总影响量(0.01mm)，在最后一次加载卸载循环结束后，取走千斤顶，重新读取百分表的读数，然后将测试汽车开出10m以外，读取终读数，获得总影响量。
承载板法线方向的计算回弹变形为Li cosα，各级回弹模量以Ei表示，则基于弹性力学，有
式中，μ0为土的泊松比，一般可取0.35或0.4。
对式(3)两边乘以Li，然后将诸式相加，得
式(4)两边同除以得到测点的回弹模量计算公式为
式(5)即为给出的承载板直接放置于具有路拱的石方路基和土石混合填筑路基的回弹模量新计算式。
当α＝0时，cosα＝1，式(5)变为土质路基回弹模量的计算公式；称1/cosα为修正因子。
基于省略整平过程的测试，进行相应的加载、卸载和回弹变形值获取，考虑路拱存在造成的影响，对计算结果进行修正获取准确的测点路基回弹模量。
实施例2
本申请的另一实施例中，如图1-图2所示，给出一种具有路拱的路基回弹模量测试方法。
与实施例1的不同在于：通过测试方法获取数据后，数据处理以及回弹模量的计算过程。具体的测试方法中数据的获取过程与实施例1相同，在本实施例中，只对与实施例1不同的经测试方法获取数据后的处理以及回弹模量的计算过程进行详细介绍。
由式(1)得到各级荷载对应的竖直方向的计算回弹变形Li，在荷载～变形坐标系中绘出各点(p1,L1)，(p2,L2)，……，(pi,Li)，……，(pn,Ln)，得到散点图，如图2所示。
在图2所示的坐标系中对呈现线性趋势的散点进行线性拟合，假设拟合方程为：
L＝A+Bp
式中，p为分级加载，MPa；L为竖直方向的计算回弹变形(0.01mm)；A、B为回归系数，分别表示基于竖直方向计算回弹变形回归得到的直线的截距和斜率。
用分别表示各级压力与各级计算回弹变形的算术平均值；因/> 而点/>在回归直线上，因此有
以A作为坐标原点的修正量，将横轴沿着纵轴平移A后获得新坐标系；对各竖向的计算回弹变形进行坐标原点修正，原来旧坐标系中的任一点(pi,Li)，经修正后在新坐标系中的纵坐标或竖直方向的计算回弹变形为
对上式求和得到各级加载、卸载的竖直方向的计算回弹变形之和：
带入公式计算的回弹变形需为承载板法线方向的变形，因此需将竖直方向的计算回弹变形之和在法线方向的分量带入公式计算测点处路基的回弹模量：
基于式(7)，式(8)进一步变为
式中，B为基于分级荷载pi和对应的竖直方向计算回弹变形Li通过回归分析得到的直线斜率。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有路拱的路基回弹模量测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
于路基测点放置承载板，并使承载板与测点处路拱所在平面平行；
垂直承载板进行多级加载、卸载，分别测取承载板两端产生的竖直方向的回弹变形值；具体为：沿承载板倾斜方向上，分别测取承载板的顶端和底端的回弹变形值；
基于承载板与水平面夹角，结合回弹变形值获取测点处的回弹模量。
2.如权利要求1所述的具有路拱的路基回弹模量测试方法，其特征在于，填充测点处路基表面凹陷，使测点处形成与路拱所在平面平齐的接触面。
3.如权利要求2所述的具有路拱的路基回弹模量测试方法，其特征在于，承载板的底面与接触面贴合。
4.如权利要求1所述的具有路拱的路基回弹模量测试方法，其特征在于，布置加载设备，于承载板顶面中心位置加载，依次获取多级加载下的压力数据。
5.如权利要求1所述的具有路拱的路基回弹模量测试方法，其特征在于，依据承载板的多级加载、卸载，分别获取每级加载时承载板顶端和底端的回弹变形值。
6.如权利要求1所述的具有路拱的路基回弹模量测试方法，其特征在于，依据随机取样选择路基原始表面基本平整位置为测点，测点区域能够容纳承载板。
7.如权利要求1所述的具有路拱的路基回弹模量测试方法，其特征在于，基于实测回弹变形值和竖直方向的分级影响量，获得计算回弹变形和修正因子，得到测点处的回弹模量。
8.如权利要求1所述的具有路拱的路基回弹模量测试方法，其特征在于，基于加载值和计算回弹变形值建立散点图并进行线性拟合，获取测点处的回弹模量。
9.如权利要求8所述的具有路拱的路基回弹模量测试方法，其特征在于，基于计算回弹变形值进行坐标原点修正，获取各级加载的计算回弹变形之和及其沿承载板法线方向的分量。
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