淺析E_v2試驗數據及圖形分析

摘要：Ev2試驗檢測就是利用微塑性變形來模擬彈性變形，通過測量承載板中心沉降量來近似的反映出路基的壓實情況，近似得到路基壓實質量數據，Ev2試驗測試原理來源于胡克定律，被測體越接近彈性體其檢測結果越真實可靠；通過EV2試驗檢測數據以及圖形也可以快速地推斷相應測點處的壓實情況。

關鍵詞：二次變形模量 彈性變 試驗數據、圖形

0 引言

2005年，我國客運專線無碴軌道鐵路路基設計開始引入Ev2技術作為路基壓實質量的控制指標。

二次變形模量Ev2的檢測，是在施工現場通過圓形承載板和加載裝置對土路基進行靜態平板荷載試驗，用測得的二次加載應力－位移曲線來計算Ev2值的試驗方法。Ev2技術是利用微塑性變形來模擬彈性變形來得到路基壓實質量數據，從理論上來說，加載、卸載循環的次數越多，得到的數據更能真實準確地反映出路基壓實質量，但在實際現場操作試驗中，反復加載、卸載需要大量的時間，這給施工帶來很大的不便，而二次加載曲線與其后的多次加載曲線差別較小，可以近似的認為二次加載曲線基本上可以反映土體自身的彈性性能。

1 Ev2原理

土體的變形模量Ev值是通過一次加載或重復加載測得的應力－位移曲線上0.3σ0max和0.7σ0max之間的位移割線斜率來確定的，平板載荷試驗的目的在于測出應力－位移曲線，并對地面的變形模量與承載力的關系進行分析計算，通過應力－位移曲線得出變形模量Ev。

由于土是彈塑性體，在平板荷載試驗中，一次加載后的卸載σ—s曲線上，σ為零的時候，S并不為零，即土體由于塑性的存在發生了不可恢復的殘余變形；二次加載的時候，由于已消除了土體的部分塑性變形，得到的二次加載σ—s曲線更能反映土體的彈性變形能力，多次卸載、加載，土體的塑性逐漸減弱，這樣得到的σ—s曲線更接近于直線，就可以反映出土體的彈性性能，經過多次加載后，可以近似認為土體完全失去塑性變形而表現出完全的彈性變形。

將每一級荷載的應力σ和所對應的沉降量測表讀數SM記錄并計算承載板中心沉降量S，按下式計算：

式中S—承載板中心沉降量，mm；Sm—沉降量測表讀數，mm；hp/hm—杠桿比。

從而可以得到第一次加載和第二次加載的應力—沉降量曲線，繪制應力—沉降量曲線，為了區分加載和卸載曲線，應力—沉降量曲線上必須用箭頭標明方向，應力—沉降量曲線方程可用下式表達：

S＝a0+a1×σ+a2×σ2

式中：σ—沉降板下應力，MPa；

S—承載板中心沉降量，mm；

a0—二次多項式常數項，mm；

a1—二次多項式一次項系數，mm/MPa；

a2—二次多項式二次項系數，mm/MPa2。

而應力—沉降量曲線方程的系數是將測試值通過最小二乘法計算得到的，用于計算系數的方程為：

式中σ1、S1、σ2、S2、……、σn、Sn分別為每級荷載的應力和相應的承載板中心沉降量測試值。

變形模量Ev是通過應力—沉降量曲線在0.3σmax和0.7max之間割線的斜率確定，采用第一次加載測試值計算的變形模量為Ev1；采用第二次加載測試值計算的變形模量為Ev2，并應按下式計算：

Evi＝1.5×r /(a1+a2×σ1max)（4）

式中：Evi—變形模量，MPa；

r—承載板半徑，mm；

σ1max—第一次加載最大應力，MPa；

2 試驗分析

二次變形模量Ev2試驗檢測分為4個階段：預壓—復位、第一次加載、卸載和第二次加載四階段。

2.1 數據分析

采用含土細圓礫在武廣客運專線DK1467+132－DK1467+180路基段基床底層第一層填筑，某點做Ev2檢測試驗數據檢測數據如表1所示：

由公式（1）、（2）、（3）、（4）計算得出：

計算得出：Ev2/Ev1＝1.73。

預壓—復位階段：如表1中所示，沉降表讀數越小表示其在相應荷載下產生的形變量越小，也即壓實質量越好。

第一次加載階段：即表1中加載順序的1－7，用荷載除以沉降板中心沉降量所得7組數據其離散程度越低（即應力和沉降讀數呈線性），即可近似認為滿足胡克定律，也即表示該路基的壓實質量越好。

卸載階段：即表1中加載順序的7－10，在這里主要對比看1、7、10這3點的沉降讀數，大致的反映出了該點的Ev2試驗的結果，也即，1、10這兩點的沉降讀數差值越小說明該點的壓實質量越好（即該點的路基也越接近彈性體），而該地基在近似于彈性變形時，7點則主要反映出了的該地基的胡克系數。

第二次加載階段：即表1中加載順序的11—17，和第一次加載一樣，主要看沉降板中心沉降量和荷載線性關系，17點的沉降量主要反映出該次測試的異常與否，而線性關系則主要反映出該處的壓實情況和該測試的準確度。

2.2 圖形分析

如圖2所示，通過加載和卸載曲線把圖分為3個區域，在這里我們主要通過第一次加載曲線、卸載曲線和第二次加載曲線來討論該處路基的壓實質量。

第一次加載曲線，如第一次加載曲線與沉降量軸交點在0下方，即在未加載的時候沉降表便有讀數，其出現的情況可能是在預壓完后沒有復位便進行第一次加載試驗，或者是預壓荷載持續時間不夠；若第一次加載曲線與應力軸交點在0點右方，即在施加一定的應力情況下并沒有沉降讀數，則有可能是該測試點出現板結，在應力達到一定的值時，使得板結結構破壞進而開始出現沉降讀數；通過圖一可以看出：第一次加載曲線越接近于水平表面該處的壓實質量越高。卸載曲線，同樣可以通過圖看出當卸載曲線越接近于水平時，該處的壓實質量越低。

第二次加載曲線，分析第二次加載曲線時，主要通過第二次加載最后一點所在位置來判斷試驗檢測結果是否存在異常。第二次加載曲線有部分或者全部處于Ⅰ區或Ⅲ區時屬于異常情況，處于Ⅰ區時，即第一次和第二次加載曲線有交點，說明該點地基壓實系數較低，第一次加載時該處的填料處于塑性形變，也即壓實質量很低；當第二次加載曲線有部分或者全部處于Ⅲ區時，則有可能是在試驗檢測時在測點處存在板結或者測點附近有震源等狀況。

3 小結

從現場測試的數據可以看出：在完全卸載的情況下，測試裝置測得的沉降量越小說明路基的壓實狀況越好；通過沉降板中心沉降量可以比較直觀的反映出路基的壓實情況，一般情況下，沉降板中心沉降量越小其壓實情況越好，而通過應力－沉降曲線也能直觀的反應出Ev2的測試的準確程度，通過對兩次加載的應力－沉降曲線區間內求一階導數（可以直接觀察曲線的彎曲程度），所得微分看其離散程度，若其離散程度越小（曲線近似的為一直線）說明該測點處越接近于彈性體，越能更真實的反應出Ev2檢測結果的準確性；同時也可以通過應力—沉降曲線反應出該處的壓實質量，在相同填料的前提下，加載曲線越接近于水平其壓實質量越高，卸載曲線越接近于水平其壓實質量越低。

參考文獻：

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