岩土材料变形特性检测技术

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1、升拓检测技术文库-W-岩土Ⅰ岩土材料变形特性检测技术我们开发的落球式岩土材料力学特性测试仪（以下简称“落球检测”）基于Hertz冲击理论，可以快速、高精度地测试岩土材料的变形特性，能够大面积，全断面进行填土的施工质量监理，有效地杜绝偷工减料等不正行为，保证施工质量。同时，根据实时反馈信息，可以优化设计，以求得到技术性和经济性的最佳平衡，取得最优效果，具有巨大的社会效益和经济效益。为保证重大工程的建设质量有着非常重要的意义。1设备介绍落球式岩土力学特性测试仪（SEH-FBT）S型1.1设备概述本仪器针对公路、铁路、水利、机场、桥梁、建筑等工程领域开发，可有效应用于设计、施工等各个阶段；仪器遵

2、照现行规范要求，针对材料的强度、变形等力学特性，提供快速测试方法，有效解决不均匀变形问题。可快速测试岩土材料的变形模量、强度指标、地基系数K30、CBR、弯沉值、干密度、压实度等各种指标。1.2设备特点1)功能强大：一机多能，测试内容丰富；满足各种现行施工设计规范。2)性能可靠：完善的理论体系；精度高、重复性好；标准程序化操作，全自动解析，无人为干扰；统计处理，更科学直观。3)操作简单：无需系统培训；无需重型机械。升拓检测技术文库-W-岩土Ⅰ1)快速便捷：测试前无需平整地面；每分钟5-6测点；较诸传统方法，效率提高数百倍。2)直观反映：直接测试强度指标和变形模量，更直观反映材料的力学特性。

3、3)适用范围：适用土质范围广，从粘土、粉土、砂土、砂砾石到水泥稳定土等各种岩土材料；不受施工场地制约。1测试内容和方法本方法，通过金属的刚性球体落下，利用Hertz碰撞理论并经过岩土材料的塑性修正，能够直接测定材料的：(1)变形模量；(2)回弹模量；同时，根据弹性理论和相关经验公式，还可以推算(1)基床系数（也称地基系数）；(2)贝克曼弯沉；(3)物理指标（干密度、压实度、相对密度等）；具体的测试方法如下：(1)把刚性球体提到一定的高度。(2)让刚性球体自由落下并与沿途材料碰撞，在这过程中测试加速度。(3)通过对冲击过程的加速度的解析，可同时求出土质材料的各项指标。2变形特性的测试原理1)

4、理论基础本技术测试岩土材料变形特性的理论基础源于Hertz冲击理论。H.Hertz在19世纪提出了面向线弹性体的碰撞理论。一个已知刚性的球体A撞击一个未知刚性的物体B时，B的刚性越大，则碰撞时的接触时间越短（下图）。升拓检测技术文库-W-岩土Ⅰ坚硬材料松软材料时间加速度接触时间测试理论的概要对于球形体与半无限平面体的碰撞，其接触时间可以由下式计算：(2-2-1)　其中，　　　　：接触时间，单位：s，有关材料的参数，：变形模量，单位：Pa（N/m2）。下标1：落下球体（已知），2：平面半无限体（岩土材料，待求）：落下球体的质量，单位：kg，已知：落下球体的半径，单位：m，已知：落下球体与半无

5、限体材料碰撞时的速度，单位：m/s，已知，m/s2，为球体的下落高度，单位m。通过测试的接触时间，通过对方程（2-2-1）的求解，便可求得土体的变形模量。其中，波松比的影响很小，并可以预先设置。但是，Hertz碰撞理论仅适用于线弹性材料，而岩土材料是典型的弹塑性材料。因此，我们对该理论做了修正。如下图所示，我们可以将碰撞过程分为两个部分，即压缩过程和回弹过程。通过压缩部分的接触时间来推算变形模量，而通过回弹部分的接触时间来推算回弹模量。回弹部分压缩部分回弹部分压缩部分时间时间升拓检测技术文库-W-岩土Ⅰ线弹性材料岩土材料图2-2-2压缩过程和回弹过程1)数据处理技术在各类落下式测试技术中，

6、遇到大粒径材料时，往往会得到过大的测试值（特别是变形模量方面）。因此，大多数落下式测试技术往往要求避开石块进行测试，但这样也不可避免地影响测试的客观性。为此，我们开发了独特的“等效变形法”，以取代通常的单纯平均的数据处理方法。单纯平均法概念（刚性变形）等效变形法概念（柔性变形）不同数据处理方法的概念可以看出，基于柔性变形概念的“等效变形法”能够更加合理地反映不同材料的影响，从而避免了大粒径块体对测试结果的过大影响，保证了测试结果的稳定性。2)材料修正由于粒径的不同，使得落球测得的变形模量也会发生一定的变化。根据我们所作的大量的试验，我们引入了相应的修正系数。根据土质材料的种类，修正系数在0

7、.67-0.90之间，粒径越大，修正系数越小。1其他变形参数的推算利用测试得到的变形模量和回弹模量，可以分别推算基床系数和贝克曼弯沉。1)基床系数；升拓检测技术文库-W-岩土Ⅰ根据弹性理论，对于均质弹性体，有，　　　　　　　　　　　　　　　　　其中，为载荷板直径，为0.30。1)贝克曼弯沉；根据中华人民共和国行业标准（公路路面基层施工技术规范，JTJ034-2000）土基顶面的回弹弯沉值可由下式回归：（其中，为回弹弯沉（