CN1576817A - 一种填石路基的模量反算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种填石路基的模量反算方法，包括以下步骤：a.获取填石路基结构参数和落锤式弯沉仪(FWD)测试数据；b.由填石路基结构参数确定填石路基的层位和泊松比，对FWD测试数据中实测弯沉数据进行修正；c.根据修正后的FWD测试数据及已确定的填石路基层位和泊松比计算一组初始模量值，将计算出的该组初始模量值作为当前所得模量值；d.由当前所得模量值计算弯沉值，判断计算出的弯沉值与实测弯沉值之间的差值是否满足要求，如果是，则将当前所得模量值作为模量反算结果，结束本流程，否则由计算出的弯沉值与实测弯沉值之间的差值计算一组模量值，将计算出的该组模量值作为当前所得模量值，返回步骤d。本发明可为填石路基的结构性能评价提供可靠依据。

Description

一种填石路基的模量反算方法

技术领域

本发明涉及填石路基质量检测技术，特别是涉及一种在对填石路基结构性能进行评价时的模量反算方法。

背景技术

自1953年贝克曼(Benkelman)发明了梁式弯沉仪以来，道路弯沉检测技术的研究开发一直受到国际上的广泛重视。至今，弯沉检测设备已经从静力弯沉检测发展到模拟行车荷载作用的动力弯沉检测，并从对单点弯沉的检测发展到对道路弯沉盆的测试。相应地，道路结构性能评价也从道路整体强度定性评价发展到对道路结构层模量的定量反算。

20世纪70年代末，第一台落锤式弯沉仪(FWD)问世。由于FWD能够快速、准确地测试出路表弯沉盆，且其弯沉数据和时程数据包含着丰富的结构强度信息，能够较好地反应道路结构实际受力状态，因此，FWD可为道路结构层模量的反算提供可靠的依据，从而使得FWD成为广大道路工作者青睐的弯沉检测设备。

目前，公路建设已进入了地质情况相对复杂的山区，“开山筑路”也随之成为公路建设的典型特征。如何应用“用之无道，弃之可惜”的开山石方成为公路建设者一个必须面对的问题。为了充分利用这些废弃石方，为公路建设节约资金，填石路基施工控制技术被提上了重要议程，并逐渐应用于山区筑路过程中。相应地，填石路基的质量检测技术也日显重要。

由于FWD的检测结果能够为道路结构层的模量反算提供可靠的依据，因此，如果能将利用FWD检测结果的模量反算方法引入填石路基的质量检测技术中，则必定会为填石路基的结构性能评价提供可靠依据。

图1是现有模量反算方法利用FWD检测结果进行模量反算的流程图。参见图1，现有的模量反算方法是由郑州大学开发的SIDMOD软件所提供的，其进行模量反算的过程包括以下步骤：

步骤101：用户对FWD的实际测试数据进行人工修正。

这里，FWD的实际测试数据只包含弯沉数据，并且，用户所进行的人工修正也只是一些简单的数据检查，如检查弯沉数据的突变情况，即在FWD的实际测试数据中，如果一个测点的弯沉数据大于其前一个测点的弯沉数据，则删除该测点的所有测试数据，免于分析。

步骤102：用户向模量反算系统输入修正后的FWD实际测试数据。

步骤103：用户选取并输入一组初始模量值。

步骤104：模量反算系统根据用户输入的模量值计算理论弯沉值。

步骤105：模量反算系统判断计算出的理论弯沉值与工程实测弯沉值之间的差值是否满足拟合精度要求，如果是，则直接执行步骤107，否则执行步骤106。

步骤106：模量反算系统根据理论弯沉值与工程实测弯沉值之间的差值计算出一组模量值，将计算出的模量值作为当前用户输入的模量值，返回步骤103。

这里，对于路基的模量反算，是将其视为半无限体，不进行分层，所以模量反算系统实际上只计算调整了一个模量值。

步骤107：将本次选取的模量值作为所需的模量反算结果。

然而，现有模量反算方法适合针对具有路面、基层以及路基等完整道路结构层来进行模量反算。而象填石路基这样不具有明显层位、非完整的道路结构形式，现有模量反算方法一般是将其视为半无限体，或者由技术人员人为进行分层，既没有科学依据，也没有统一的标准，致使反算结果差异很大。另外，填石路基不同于土质路基，其强度形成机理和变形特征有其自身的特殊性。如果直接将现有模量反算方法应用于填石路基模量反算中，则会存在对于填石路基理论弯沉计算的特殊性缺乏足够认识和没有对填石路基FWD测试数据进行系统修正的缺陷，从而无法为填石路基结构性能的评价提供可靠依据。

因此，开发出一种能够利用FWD的实际测试数据并针对填石路基进行模量反算的方法，已经成为一个亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种填石路基的模量反算方法，为填石路基结构性能的评价提供可靠依据。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种填石路基的模量反算方法，包括以下步骤：

A、获取填石路基的结构参数和FWD的测试数据；

B、根据填石路基的结构参数确定填石路基的层位和泊松比取值，并对FWD测试数据中包含的实测弯沉数据进行修正；

C、根据修正后的FWD测试数据及已确定的填石路基的层位和泊松比取值计算出一组初始模量值，将计算出的该组初始模量值作为当前模量值；

D、根据当前模量值计算弯沉值，判断计算出的弯沉值与步骤A获取的FWD测试数据中包括的实测弯沉值之间的差值是否满足拟合精度要求，如果是，则将当前所得模量值作为模量反算结果，然后结束本流程，否则，执行步骤E；

E、根据计算出的弯沉值与实测弯沉值之间的差值计算出一组模量值，将计算出的该组模量值作为当前所得模量值，返回步骤D。

在步骤A中，所获取的填石路基的结构参数中包括填石路基的填筑高度；在步骤B中，根据已获取的填石路基的填筑高度确定填石路基的层位。

在步骤B中，所述根据已获取的填石路基的填筑高度确定填石路基层位的步骤包括：

B11、判断填石路基的填筑高度是否小于1.5米，如果是，则将路基作为一层，将地基作为一层，然后结束当前流程，否则，执行步骤B12；

B12、判断填石路基的填筑高度是否大于3米，如果是，则将厚度在0.6米～1.2米的上层路基作为一层，将剩余深度的路基连同地基作为一层，然后结束当前流程，否则，执行步骤B13；

B13、将填石路基分为上下两层，上层厚度在0.6米～1.5米之间，或是1～2层填筑厚度，下层厚度不大于1.8米，将地基作为一层。

在步骤A中，所获取的填石路基的结构参数中包括填石路基的边坡处理方式；在步骤B中，根据已获取的填石路基的边坡处理方式确定泊松比的取值。

所述根据已获取的填石路基的边坡处理方式确定泊松比取值的步骤包括：B21、判断填石路基的边坡处理方式是否为框架护坡，如果是，则将泊松比取值为0.33，否则，执行步骤B22；

B22、判断填石路基的边坡处理方式是否为码砌边坡，如果是，则将泊松比取值为0.35，否则，将泊松比取值为0.36。

在步骤B中，所述对FWD测试数据中包含的实测弯沉数据进行修正，包括以下步骤：B31、对于同一测点的连续落锤试验，如果各锤记录的荷载峰值都小于其容许偏差的2％，则保留该测点的所有数据，否则，删除该测点的所有数据；

B32、在保留测点的FWD测试数据中，判断一个测点若干锤所采集弯沉数据的标准差与容许偏差的比值是否小于1，如果是，则保留该测点的所有数据，否则删除该测点的所有数据。

在步骤B中，所述对FWD测试数据中包含的实测弯沉数据进行修正的步骤进一步包括：保留测试荷载在800KPa以上测点的所有数据，删除测试荷载在800KPa以下测点的所有数据。

在步骤A中，所述FWD测试数据中包含实测时程数据；

步骤B在对FWD测试数据中包括的实测弯沉数据进行修正之后进一步包括：对于实测时程数据的残余变形率大于10％且小于30％的测点，将弯沉传感器的原始峰值减去传感器的残余变形量，得到修正后的测点弯沉数据，对于实测时程数据的残余变形率大于30％的测点，直接删除该测点的所有数据。

所述步骤B进一步包括：在系统运行得到测点的相位差时，将荷载传感器到达峰值时刻弯沉传感器的瞬间弯沉值保留为该测点的弯沉数据；

所述步骤C进一步包括：根据修正后各测点的弯沉数据计算所述的一组初始模量值。

所述步骤B进一步包括：在系统运行得到弯沉盆形状系数后，保留弯沉盆形状系数在1.0～2.5之间的测点数据，删除弯沉盆形状系数在1.0～2.5范围之外的测点数据；

所述步骤C进一步包括：根据由弯沉盆形状系数修正后的测点数据计算所述的一组初始模量值。

在步骤C中，所述根据修正后的FWD测试数据以及已确定的填石路基的层位和泊松比取值计算一组初始模量值的步骤包括：

C11、判断填石路基是否已分为2层，如果是，则执行步骤C12，否则，直接执行步骤C15；

C12、判断下层是否为仅由地基形成的半无限体，如果是，则执行步骤C13，否则，执行步骤C14；

C13、由公式 $E=\frac{p_c*a_c^2*(1-{\mathrm{\μ}}^2)*c}{\mathrm{def}*r},r=1500\mathrm{mm}$ 计算下层地基的初始模量值，由公式 计算上层路基的初始模量值，公式中，a_c是FWD承载板半径，c为弯沉常数，其值为 $c=1.1\log \left(\frac{r}{a_c}\right)+1.15,$ p_c是FWD的试验荷载值，μ是泊松比值，r是距荷载中心的距离，def是实测的离荷载中心距离为r的传感器弯沉值，将计算出的上层路基初始模量值和下层地基初始模量值作为一组初始模量值，然后结束当前流程；

C14、由公式

计算上层路基的初始模量值和下层由地基与部分路基组成的半无限体的初始模量值，将计算出的上层路基初始模量值和下层半无限体的初始模量值作为一组初始模量值，然后结束当前流程；

C15、由公式 $E=\frac{p_c*a_c^2*(1-{\mathrm{\μ}}^2)*c}{\mathrm{def}*r},r=1500\mathrm{mm}$ 计算下层由地基形成的半无限体的初始模量值，由公式计算上层和中间层路基的初始模量值，将计算出的上层和中间层路基初始模量值以及下层由地基形成的半无限体的初始模量值作为一组初始模量值。

该方法进一步包括：限定模量值的范围为50～700MPa；

在步骤E中，所述将计算出的一组模量值作为当前所得模量值的步骤包括：

100、判断计算出的一组模量值中是否存在大于700MPa的模量值，如果存在，则取大于700MPa的模量值等于700MPa，执行步骤101，如果不存在，则直接执行步骤101；

101、判断计算出的该组模量值中是否存在小于50MPa的模量值，如果存在，则取小于50MPa的模量值等于50MPa，然后将得到的该组模量值作为当前得到的模量值。

可见，本发明提出的方法具有以下特点和优点：

1、本发明能够直接利用FWD的实际测试数据进行填石路基的模量反算，从而为填石路基结构性能的评价提供了可靠依据。

2、本发明所依据的工程实测数据不仅包括FWD测试结果，而且还包括填石路基的各项结构参数，比如填石路基的填筑高度和填石路基的边坡处理方式。并且，FWD的实际测试数据中不仅包括弯沉数据，还包括时程数据，从而使得本发明能够针对填石路基的具体工程特性准确进行模量反算。

3、由于填石路基强度形成机理及变形特性的特殊性，并考虑到FWD荷载的应力渗透能力，在利用弹性层状体系理论对填石路基进行弯沉计算时，填石路基结构层的厚度对填石路基模量反算结果影响很大。而本发明根据填石路基的填筑高度进行适当分层，满足了填石路基模量反算的特殊性。

4、本发明将填石路基的边坡施工处理情况通过泊松比这一量化的力学参数融入到填石路基的模量反算中，使得填石路基的回弹模量从一定程度上反映了边坡的处理效果，显示了填石路基实际施工质量的好坏，具有重要的现实意义。

5、本发明对FWD的实测弯沉数据进行一系列的修正，包括FWD弯沉数据采集可靠性检查和修正、时程数据的残余变形率检查和修正、荷载与弯沉峰值相位差的修正以及弯沉盆形状系数修正，然后再将修正后的FWD弯沉数据引入填石路基模量反算中，从而使得本发明所依据的FWD弯沉数据更加真实有效，增强了模量反算结果的可靠性。

6、本发明根据填石路基的层位、泊松比和修正后的FWD弯沉数据来计算初始模量值，并限定所迭代的后续模量值的范围，从而避免了现有模量反算方法中由用户任意选择初始模量值和后续的迭代模量值所造成的模量反算过程繁杂和模量反算结果不一致、不合理的缺点。

附图说明

图1是现有模量反算方法利用FWD检测结果进行模量反算的流程图。

图2是本发明利用FWD检测结果对填石路基进行模量反算的流程图。

图3是本发明确定填石路基的层位和泊松比的原理图。

图4是本发明修正FWD弯沉数据的流程图。

图5是在本发明中根据荷载与弯沉峰值相位差修正弯沉数据的示意图。

图6是采用本发明方法时系统所显示的FWD原始测试数据的示意图。

图7是采用本发明的方法时系统所显示的弯沉盆示意图。

图8是采用本发明的方法时系统所显示的测点检查结果示意图。

图9是采用本发明的方法时系统所显示的荷载及弯沉时程数据示意图。

图10是采用本发明的方法时系统所显示的模量反算结果示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。

针对现有模量反算方法应用于填石路基模量反算中时，存在对于填石路基理论弯沉计算的特殊性缺乏足够认识和没有对填石路基FWD测试数据进行系统修正的缺陷，本发明在深入研究了填石路基的强度形成机理及变形特性的基础之上，从分层原则和泊松比修正两个方面提出了填石路基理论弯沉计算的特殊性；在分析了FWD测试性能的基础上，提出了填石路基FWD测试数据的修正依据，从而提出了完整的适合于填石路基的模量反算方法。

图2是本发明利用FWD检测结果对填石路基进行模量反算的流程图。参见图2，本发明所提出的填石路基模量反算方法包括以下步骤：

步骤201：根据工程实测数据，向模量反算系统输入填石路基的结构参数和FWD的实际测试数据。

这里，填石路基的结构参数包括实际填石路基的填筑高度和边坡处理方式等。FWD的实测数据中主要包括弯沉数据和时程数据。

步骤202：根据填石路基的结构参数确定填石路基模量反算时的层位和泊松比取值。

这里，请参见图3。图3是本发明确定填石路基的层位和泊松比的原理图。下面，结合图3说明本发明如何确定填石路基模量反算时的层位。

现有的模量反算方法没有对路基进行分层，而是将路基和地基视为半无限体进行处理。但是，由于填石路基强度形成机理及变形特性的特殊性，而且FWD荷载的应力渗透能力有一定的限度，在利用弹性层状体系理论对填石路基进行弯沉计算时，填石路基结构层的厚度对填石路基模量反算结果影响很大，如果不进行分层，则会导致最终的模量反算结果与实际模量值相差甚远。因此，本发明根据填石路基的填筑高度进行分层，分层原则是：

当填石路基的填筑高度小于1.5米时，利用双层体系理论进行计算。这是由于，填石路基与自然地基的模量差别较大，将路基与地基一起作为半无限体进行分析误差将会很大。当填石路基的填筑高度小于1.5米时，本发明要求FWD测试荷载完全可以渗透，故应将整个路基作为一层，将地基看成半无限体作为一层，利用双层体系理论进行计算；

当填石路基的填筑高度在1.5～3米之间时，利用三层体系理论进行计算。这是由于，当填石路基的填筑高度在1.5米～3米之间时，路基的模量与其自身的深度关系密切，所以应该对路基进行适当分层。本发明将路基分为上下两层，上层厚度在0.6米～1.5米之间，或是1～2层填筑厚度，下层厚度不大于1.8m，将地基看成半无限体作为一层，因此利用三层体系理论进行分析；

当路基填筑高度大于3m时，利用双层体系理论进行计算。这是由于，当路基填筑高度大于3m时，由于FWD荷载的渗透能力无法到达填石路基深处，因此，将厚度在0.6m～1.2m的上层路基作为一层，将剩余深度的深层路基连同地基看成半无限体作为一层，利用双层体系理论进行分析。

至此，本发明完成了针对不同填筑高度的填石路基进行合理分层的过程。

接下来，说明本发明如何确定模量反算方法中所需的泊松比。

本发明根据填石路基的边坡处理方式来确定泊松比的取值。不同边坡处理方式下泊松比的取值可参见表1。

边坡处理状况	框架护坡	码砌边坡	无处理
				泊松比	0.33	0.35	0.36

                             表1

在现有的模量反算方法中，路基泊松比通常取值为0.35，与路基填料及边坡处理方式无关。但是，对于填石路基，其强度稳定性本质上来源于颗粒间的摩擦阻力和咬合作用。研究资料表明，其强度很大程度上受到剪切面上的正应力或周围压力的支配，可见，周围压力是决定填石路基抗剪强度稳定性的重要因素。这与工程实践中，填石路基的破坏绝大多数最先出现在边坡附近的现象是相符的。所以目前填石路基的施工十分重视边坡的处理。为此，本发明将边坡的处理情况通过泊松比这一量化的力学参数融入到填石路基的模量反算中，使得填石路基的回弹模量从一定程度上反映了边坡的处理效果，具有重要的现实意义。

泊松比是结构体在同一荷载作用下，水平方向变形与竖直方向变形的比值。在目前的填石路基施工中，常见的边坡处理可归类为框架护坡和码砌边坡。参见表1，本发明中的框架护坡，是指直接在边坡上做的起防护作用的圬工框架。此类边坡处理方式，防护效果较好，围压较大，侧向变形受到很大的限制，路基的水平变形也相应减小，从而使得泊松比相应减小。所以在本发明中，如果边坡已进行框架护坡处理，则令泊松比小于通常取值0.35，将泊松比取值为0.33。对于码砌边坡，是指在距路基边缘向内侧1～2米的范围内采用人工码砌代替机械碾压，以提高路基边缘的密实程度。此类处理方式的处治效果不如框架护坡好，路基所受围压也相对较小，因此，泊松比的取值应大于框架护坡时的泊松比，所以在本发明中，如果边坡已进行码砌处理，则将泊松比取值为0.35。如果边坡未进行任何处理，则会使得填石路基的质量存在潜在的危险，所以在本发明中，令边坡无处理时的泊松比稍大于泊松比的通常取值，使得在相同条件下反算出的模量偏小，以提示工程检验人员填石路基的质量存在问题，因此，如果边坡无处理，则泊松比取值为0.36。

步骤203：根据FWD实际测试数据和模量反算系统运行中所得参数修正测点数据。

这里，由于模量反算结果受原始数据即FWD实测弯沉数据的影响较大，实测弯沉数据的小误差可能会导致反算模量数量级上的偏差。对于填石路基这一点尤为突出。因此在对填石路基进行模量反算时，除了对实测数据进行基本的修正之外，还必须对其进行特殊的修正或剔除。图4是本发明修正FWD弯沉数据的流程图。参见图4，本发明修正FWD弯沉数据的过程包括：

首先，进行FWD弯沉数据采集可靠性检查和修正。

为了避免将系统误差较大的FWD数据带入计算，减小荷载及弯沉水平对测试数据的影响，本发明对FWD的弯沉数据进行可靠性检查，具体做法如下：

(1)保留测试荷载在800KPa以上的测点数据，删除测试荷载在800KPa以下的测点数据。

这是由于，在填石路基上进行FWD测试时，由于填石路基的刚度较大，而且其填筑深度小则2～3m，大则十几米，甚至几十米。当利用定量反算模量的方法评价填石路基的整体结构性能时，由于材料与荷载的非线性性质，需要加大测试荷载来增强FWD荷载应力的渗透能力，使得填石路基实际受力模型更加符合弹性层状体系的分析模型。在现有模量反算方法中，对于土质路基采用了700KPa测试荷载，其路基工作区深度约为1.9m。在本发明中，加大填石路基的测试荷载，当测试荷载大于800KPa时路基工作区深度为1.8m，这与土质路基700KPa荷载条件下的路基工作区深度1.9m基本相同，因此可保证填石路基的结构质量评价体系与目前关于路基结构质量的评价体系是吻合的。更重要的是，大量的反算实践证明，填石路基的测试荷载在800KPa以上的弯沉数据与弹性层状体系理论比较吻合，利用其进行模量反算，结果合理，精度较高。因此，本发明保留测试荷载在800KPa以上的测试数据，删除测试荷载在800KPa以下的测试数据。

(2)修正实测的荷载数据。对于保留的各个测点数据，在同一测点的连续落锤试验中，如果各锤记录的荷载峰值都小于其容许偏差即平均值的2％，则认为荷载记录可靠，并保留，否则，认为荷载记录不可靠，删除该荷载记录。

此条修正原则可理解为，当一个测点若干锤所采集荷载峰值的标准差与容许偏差的比值小于100％时，则认为数据可靠，保留该测试数据，如果此比值大于或等于100％，则表明数据不可靠，删除该测试数据。比如，连续三锤的荷载平均值为50.86KN，标准差为0.117KN，则容许偏差为50.86×2％＝1.02，故此百分率为0.117/1.02＝11.5％＜100％，所以该荷载记录数据可靠，保留该荷载数据。

(3)修正实测的弯沉数据。对于保留的各个测点数据，计算一个测点若干锤所采集弯沉数据的标准差与容许偏差比值的百分率，若该比值小于100％，则表明数据可靠，保留该数据，反之表明数据不可靠，删除该数据。

这里，容许偏差是根据大量试验数据总结出来的，它等于±1.5um±1.25％×数据平均值。比如，连续若干锤的弯沉数据平均值为360um，标准差为3.1um，则容许偏差为1.5+0.0125×360＝6.0um，则此百分率为3.1/6.0＝51.7％＜100％，说明数据可靠，保留该弯沉数据。

其次，根据FWD实际测试数据中时程数据的残余变形率修正弯沉数据。对于保留的各个测点数据，本发明对时程数据的残余变形率大于10％且小于30％的测点进行修正，并删除残余变形率大于30％的测点数据。

这里，残余变形率是指弯沉时程曲线末端的残余变形占弯沉峰值的百分比。残余变形率标识着结构体的弹性性质，如果测点的残余变形率较大，则用弯沉传感器的峰值去代替回弹弯沉，再用该“回弹弯沉”去反算结构的回弹模量就会得到不准确的模量反算结果。因此本发明对残余变形率大于10％且小于30％的测点进行修正，即将弯沉传感器的原始峰值减去传感器的残余变形量，得到修正后的测点弯沉值。对于残余变形率大于30％的测点，则可能是由于人工失误、设备老化或试验方法不得当等原因导致该测点的残余变形率大于30％，所以该测点数据不可靠，应予以剔除。

再次，根据荷载与弯沉峰值的相位差修正弯沉数据。

这里，参见图5，图5是在本发明中根据荷载与弯沉峰值相位差修正弯沉数据的示意图。相位差是指荷载与弯沉到达峰值的时间间隔。利用相位差过大的测点弯沉数据进行模量反算时，往往使得整个路段的反算模量变异系数大幅提高，致使结构强度评价的可靠度降低。为了减小数据与理论力学模型的背离，对于保留的各个测点数据，本发明以荷载传感器的峰值为准，在模量反算系统运行中采集各弯沉传感器的瞬间弯沉来得到测点的弯沉数据，降低相位差对模量反算结果的影响。比如，在图5中，荷载到达峰值的时间是在t₁时刻，而各弯沉曲线到达峰值的时间却不在t₁时刻，因此，本发明以荷载到达峰值的时间t₁时刻为准，将各弯沉曲线在t₁时刻的弯沉点即A’点、B’点、C’点和D’点的弯沉值作为各测点的弯沉数据。

最后，根据弯沉盆形状系数修正测点数据，即保留弯沉盆形状系数F在1.0～2.5之间的测试点数据，删除弯沉盆形状系数F在1.0～2.5范围之外的测试点的数据。

这是由于，经过上述FWD弯沉数据采集可靠性检查、时程数据的残余变形率检查和荷载与弯沉峰值相位差的修正后保留的测试点数据，模量反算系统运行所得的弯沉盆形状系数F应在1.0～2.5之间，如果不在此范围内，则表明在实际工程试验中所得的测试数据背离理论力学模型较远，利用其进行模量反算，结果可靠性很低，应将其删除。

步骤204：根据保留和修正后的FWD弯沉数据，以及确定出的填石路基的层位和泊松比计算一组初始模量值。

这里，在现有模量反算方法中，用户首先选取一个初始模量，由该初始模量值计算出弯沉值，并根据计算出的弯沉值与实测弯沉值间的差异再次选取模量值，如此重复，直到所得弯沉值与实测弯沉值之间的差值满足用户要求。由此可见，在现有模量反算方法中，用户选取的初始模量值是一个关键值，不同的初始模量可能使后续的迭代过程按照不同路径进行收敛，甚至导致后续模量无法收敛，致使无法反算出模量。并且，不同的用户即使使用相同的实测数据如果其输入的首次初始模量值不同，也会使得最后得到的反算结果存在差异，从而无法确定出模量值。虽然现有模量反算方法可以采用一定的数学手段来缓解初始值问题，但无法从根本上避免。因此，在本发明中，由系统来确定初始模量，无需用户输入，彻底地解决了初始值问题。

本发明确定初始模量值的做法是：

在确定初始模量时，系统根据已在步骤202中由填石路基的填筑高度所确定的层位和由边坡处理方式所确定的泊松比，以及步骤203中保留的FWD弯沉数据来确定初始模量值，具体实现方法为：

a、当填石路基的填筑高度小于1.5m时，由于按照双层体系理论进行分析，且下层是由地基形成的半无限体，上层是有限厚度填石层。因此，对于下层的地基，初始模量值计算公式为：

$E=\frac{p_c*a_c^2*(1-{\mathrm{\μ}}^2)*c}{\mathrm{def}*r},r=1500\mathrm{mm}---(1-1)$

在公式1-1中，c为弯沉常数，其值为 $c=1.1\log \left(\frac{r}{a_c}\right)+1.15,$ r为FWD距离荷载中心的距离1500mm，p_c是FWD的试验荷载(KPa)，a_c是FWD承载板半径(mm)，μ是由边坡处理方式而确定的泊松比值，def是离荷载中心距离为r即1500mm的传感器弯沉值。

对于上层的填石路基，初始模量值同样根据1-1式确定，但r不再是1500mm，而是r分别为200mm、300mm、450mm、600mm、900mm、1200mm、1500mm和1800mm时，所得的初始模量值中的最小值，即

因此，得到一组初始模量值，其中包括上层路基的初始模量值和下层地基的初始模量值。

b、当填石路基填筑厚度在1.5m～3m之间时，由于按照三层体系理论进行分析，因此，对于下层由地基形成的半无限体，初始模量同样按照公式1-1确定，即

$E=\frac{p_c*a_c^2*(1-{\mathrm{\μ}}^2)*c}{\mathrm{def}*r},r=1500\mathrm{mm}$

对于上层的填石路基，初始模量值为

对于中间层的填石路基，初始模量值为

因此，得到一组初始模量值，其中包括上层路基的初始模量值、中间层路基的初始模量值和下层地基的初始模量值。

c、当路基填筑厚度大于3m时，由于按照双层体系理论进行分析，且上层为有限厚填石层，下层是由地基与填石层共同组成的半无限体。因此，可令上下层的初始模量值相同，均为

因此，得到一组初始模量值，其中包括上层路基的初始模量值和下层路基与地基半无限体的初始模量值。

步骤205：根据当前得到的一组模量值计算理论弯沉数据。

这里，将步骤204中根据已确定的填石路基的层位所计算出的一组模量值带入弹性层状体系的弯沉公式中计算理论弯沉数据。

步骤206：判断计算出的弯沉数据与实测弯沉数据之间的差值是否满足拟合精度要求，如果是，则直接执行步骤208，否则，执行步骤207。

步骤207：模量调整，得到下一步迭代的一组模量值，然后返回步骤205。

这里，所说的模量调整并获取下一步迭代的模量值是指，根据计算出的弯沉数据与实测弯沉数据之间的差值估算一组模量值，将估算出的该组模量值作为当前得到的模量值。

较佳地，本发明可限定迭代的模量值范围为50～700MPa。这一原则是通过现场试验和工程调查而确定的。因此，如果获取的迭代模量值即估算出的模量值大于700MPa，则本发明将该迭代模量值重新赋值为700MPa，如果获取的迭代模量值即估算出的模量值小于50MPa，则本发明将该迭代模量值重新赋值为50MPa，如果估算出的模量值在50～700MPa之间，则无需替换。从而可减少模量反算次数，避免迭代过程中模量偏离真实值太远，优化迭代路径。

步骤208：将本次使用的一组模量值作为所求的模量反算结果。

至此，本发明完成了对填石路基的模量反算。

在得到模量反算结果后，将所得的模量反算结果与已定填石路基模量标准中所规定的标准值进行比较，如果符合要求，则认为填石路基的施工质量合格，否则，认为其不合格，从而完成了对填石路基质量的评价。

图6是采用本发明的方法时系统所显示的FWD原始测试数据的示意图。在图6中，下拉框显示的是FWD原始测试数据的典型结构。比如，下拉框中的“Drops”代表系统获取的实测弯沉数据，“Histories”代表系统获取的实测时程数据。从而体现了本发明充分利用FWD的多种实测数据进行填石路基模量反算的。

图7是采用本发明的方法时系统所显示的弯沉盆示意图。参见图7，根据本发明方法对FWD弯沉数据进行修正和剔除，所保留的FWD弯沉数据形成的弯沉盆具有比较规则的形状，较好地反映了模量反算的理论力学模型，从而体现了本发明对FWD弯沉数据进行修正和剔除原则的正确性。

图8是采用本发明的方法时系统所显示的测点检查结果示意图。图8体现了本发明保留测试荷载在800KPa以上的测试数据，删除测试荷载在800KPa以下的测试数据原则的可实施性。

图9是采用本发明的方法时系统所显示的荷载及弯沉时程数据示意图。参见图9，图中窗口上显示了FWD时程曲线的各特征参数，其中第二行的“残余变形率”与“相位差”参数，正是本发明在“FWD弯沉数据的修正和剔除”中提到的其中两个修正和剔除依据，体现了本发明对FWD弯沉数据修正和剔除原则的可实施性。

图10是采用本发明的方法时系统所显示的模量反算结果示意图。参见图10，其右中部有一个复选框“由文件产生测点信息”，该复选框即可将指定的路基参数文件导入系统，该路基参数的格式为：每一行为一个测点，按照弯沉数据的排列顺序，第一个记录为“路基填筑高度”，第二个记录为“边坡处理类型”，其中“1”为框架护坡；“2”为码砌边坡；“3”为无边坡处理，从而体现了本发明的可实施性。另外，该窗口中并没有初始模量的输入焦点，表明该初始模量由系统自动生成，体现了本发明有关“确定初始模量”的发明思想。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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 (14)

1、一种填石路基的模量反算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

A、获取填石路基的结构参数和落锤式弯沉仪FWD的测试数据；

B、根据填石路基的结构参数确定填石路基的层位和泊松比取值，并对FWD测试数据中包含的实测弯沉数据进行修正；

C、根据修正后的FWD测试数据以及已确定的填石路基的层位和泊松比取值计算出一组初始模量值，将计算出的该组初始模量值作为当前模量值；

D、根据当前模量值计算弯沉值，判断计算出的弯沉值与步骤A获取的FWD测试数据中包括的实测弯沉值之间的差值是否满足拟合精度要求，如果是，则将当前所得模量值作为模量反算结果，然后结束本流程，否则，执行步骤E；

E、根据计算出的弯沉值与实测弯沉值之间的差值计算出一组模量值，将计算出的该组模量值作为当前所得模量值，返回步骤D。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤A中，所获取的填石路基的结构参数中包括填石路基的填筑高度；在步骤B中，根据已获取的填石路基的填筑高度确定填石路基的层位。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤B中，所述根据已获取的填石路基的填筑高度确定填石路基层位的步骤包括：

B11、判断填石路基的填筑高度是否小于1.5米，如果是，则将路基作为一层，将地基作为一层，然后结束当前流程，否则，执行步骤B12；

B12、判断填石路基的填筑高度是否大于3米，如果是，则将厚度在0.6米～1.2米的上层路基作为一层，将剩余深度的路基连同地基作为一层，然后结束当前流程，否则，执行步骤B13；

B13、将填石路基分为上下两层，上层厚度在0.6米～1.5米之间，或是1～2层填筑厚度，下层厚度不大于1.8米，将地基作为一层。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤A中，所获取的填石路基的结构参数中包括填石路基的边坡处理方式；在步骤B中，根据已获取的填石路基的边坡处理方式确定泊松比的取值。

5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据已获取的填石路基的边坡处理方式确定泊松比取值的步骤包括：

B21、判断填石路基的边坡处理方式是否为框架护坡，如果是，则将泊松比取值为0.33，否则，执行步骤B22；

B22、判断填石路基的边坡处理方式是否为码砌边坡，如果是，则将泊松比取值为0.35，否则，将泊松比取值为0.36。

6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤B中，所述对FWD测试数据中包含的实测弯沉数据进行修正，包括以下步骤：

B31、对于同一测点的连续落锤试验，如果各锤记录的荷载峰值都小于其容许偏差的2％，则保留该测点的所有数据，否则，删除该测点的所有数据；

B32、在保留测点的FWD测试数据中，判断一个测点若干锤所采集弯沉数据的标准差与容许偏差的比值是否小于1，如果是，则保留该测点的所有数据，否则删除该测点的所有数据。

7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤B中，所述对FWD测试数据中包含的实测弯沉数据进行修正的步骤进一步包括：保留测试荷载在800KPa以上测点的所有数据，删除测试荷载在800KPa以下测点的所有数据。

8、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤A中，所述FWD测试数据中包含实测时程数据；

步骤B在对FWD测试数据中包括的实测弯沉数据进行修正之后进一步包括：对于实测时程数据的残余变形率大于10％且小于30％的测点，将弯沉传感器的原始峰值减去传感器的残余变形量，得到修正后的测点弯沉数据，对于实测时程数据的残余变形率大于30％的测点，直接删除该测点的所有数据。

9、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B进一步包括：在系统运行得到测点的相位差时，将荷载传感器到达峰值时刻弯沉传感器的瞬间弯沉值保留为该测点的弯沉数据；

所述步骤C进一步包括：根据修正后各测点的弯沉数据计算所述的一组初始模量值。

10、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B进一步包括：在系统运行得到弯沉盆形状系数后，保留弯沉盆形状系数在1.0～2.5之间的测点数据，删除弯沉盆形状系数在1.0～2.5范围之外的测点数据；

所述步骤C进一步包括：根据由弯沉盆形状系数修正后的测点数据计算所述的一组初始模量值。

11、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤C中，所述根据修正后的FWD测试数据以及已确定的填石路基的层位和泊松比取值计算一组初始模量值的步骤包括：

C11、判断填石路基是否已分为2层，如果是，则执行步骤C12，否则，直接执行步骤C15；

C12、判断下层是否为仅由地基形成的半无限体，如果是，则执行步骤C13，否则，执行步骤C14；

C13、由公式 $E=\frac{p_c*a_c^2*(1-{\mathrm{\μ}}^2)*c}{\mathrm{def}*r},$ r＝1500mm计算下层地基的初始模量值，

由公式 计算上层路基的初始模量值，公式中，a_c是FWD承载板半径，c为弯沉常数，其值为 $c=1.1\log \left(\frac{r}{a_c}\right)+1.15,$ p_c是FWD的试验荷载值，μ是泊松比值，r是距荷载中心的距离，def是实测的离荷载中心距离为r的传感器弯沉值，

将计算出的上层路基初始模量值和下层地基初始模量值作为一组初始模量值，然后结束当前流程；

C14、由公式 计算上层路基的初始模量值和下层由地基与部分路基组成的半无限体的初始模量值，将计算出的上层路基初始模量值和下层半无限体的初始模量值作为一组初始模量值，然后结束当前流程；

C15、由公式 $E=\frac{p_c*a_c^2*(1-{\mathrm{\μ}}^2)*c}{\mathrm{def}*r},$ r＝1500mm

计算下层由地基形成的半无限体的初始模量值，由公式计算上层和中间层路基的初始模量值，将计算出的上层和中间层路基初始模量值以及下层由地基形成的半无限体的初始模量值作为一组初始模量值。

12、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：限定模量值的范围为50～700MPa；

在步骤E中，所述将计算出的一组模量值作为当前所得模量值的步骤包括：

100、判断计算出的一组模量值中是否存在大于700MPa的模量值，如果存在，则取大于700MPa的模量值等于700MPa，然后执行步骤101，如果不存在，则直接执行步骤101；

101、判断计算出的该组模量值中是否存在小于50MPa的模量值，如果存在，则取小于50MPa的模量值等于50MPa，然后将得到的该组模量值作为当前得到的模量值。

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