路基动态变形模量Evd与地基系数K30的相关性研究——以湘桂高速铁路扩改工程为例

路基动态变形模量E vd与地基系数K30的相关性研究
——以湘桂高速铁路扩改工程为例
秦立朝1，徐国元2
（1. 湖南高速铁路职业技术学院，湖南衡阳 421001；
2. 华南理工大学，广东广州 510641）
摘 要：依据湘桂高速铁路扩改工程实况，对路基动态变形模量E vd与地基系数K30的相关性进
行研究。

分别对基床底层和基床表层的E vd和K30进行一元线性回归分析，得到二者相关系数R分
别为0.96和0.92，表明二者具有良好的相关性。

利用一元线性回归分析结果进行反算，得到的
K30与TB 10621-2014《高速铁路设计规范》给出的标准相近。

综合考虑检测的便捷性和施工的高
效性，可以将E vd作为路基压实质量控制的主要力学指标，而K30可通过E vd估算得到。

关键词： 高速铁路；路基工程；动态变形模量；地基系数；相关性；一元线性回归
中图分类号：U416.1 文献标识码：A文章编号：2095-8412 (2019) 02-001-04工业技术创新 URL: http: // DOI: 10.14103/j.issn.2095-8412.2019.02.001
引言
我国高速铁路所特有的运行速度快、舒适度
高、正点率高、安全可靠等特点，对其技术标准提出了更高的要求。

然而，路基病害的不断产生，对高速铁路正常运营造成了潜在威胁。

高速铁路施工工期较短，使得路基固结时间不够、压实不到位，成为导致高速铁路路基病害的主要原因，而路基变形的控制能够防止病害，应成为高速铁路路基填筑的主要考虑因素。

此外，路基刚度的均匀性、列车运行条件及自然条件下的稳定性，也是高速铁路路基填筑与普通铁路不同的两个方面[1]。

1 路基填筑标准研究现状
长期以来，我国铁路路基填筑设计和施工的质量控制标准主要是压实系数、相对密度及孔隙率等压实度参数。

这些指标虽然具有检测方便、结果直观等优点，但仅能间接反映填筑土层的力学性能。

为了保证路基填土的强度及变形指标满足要求，20世纪70年代以后，许多国家和地区开始采用强度及
变形指标，如地基系数K
30
、加州承载比（CBR）等，作为路基填筑的质量控制标准。

20世纪90年代以后，有的国家和地区开始研究表征路基施工质量的快速、准确、非破损检测技术和设备，并纳入了
试验规范，如E
vd
动态平板荷载试验等。

在国内，郭庆国等[2]通过比较分析，提出了以压实度或相对压实度来控制土石混填路基的压实质量。

吴明友等[3]
研究了压实度k、贯入击数N及地基系数K
30
之间的
配合使用。

刘钢等[4]为K
30
平板荷载试验提出了荷载—时间控制法，有效地提高了试验效率，取得了一些研究成果，但由于动力参数的标定、分布规律等诸多因素的制约，路基压实质量的实时、连续、准确控制及检测仍有待尝试和研究。

以上研究大多基于多指标控制，难以保证各项指标标准的一致性，且检测工作量大，费时费力[5]。

在保证检测有效性的前提下，如何减少检测工作量、提高检测效率，是值得研究的问题。

本文结合湘桂高速铁路扩改工程，对E
vd
动态
平板荷载试验和K
30
平板荷载试验的相关性进行研究，找出快速、高效的荷载试验方法，为工程效果的保障和工程效率的提升提供更全面、更准确的依据。

2 地质概况及研究方法
湘桂高速铁路扩改工程位于衡阳盆地区，主要分布于白垩系、下第三系红色泥质砂岩，砂砾岩及泥岩等红层。

红层地区路堑边坡易风化剥落，部分地段存在顺层现象。

一级阶地、丘间谷地局部有软土、松软土分布，但厚度不大。

祁东以西为丘陵区，地层主要为泥盆系—石炭系灰岩、泥质灰岩，以及二迭—侏罗系砂岩、页岩、砾岩、灰岩等，其
2019年第02期
工业技术创新Industrial Technology Innovation 图1 测点布置图
表1 填料情况
填筑部分填土路堤基床底层基床表层
填料名称
土质细圆砾（GTXG1-0-TG-2012070101）土质细圆砾（GTXG1-0-TG-2012070701）级配碎石（GTXG1-0-JPSS-2012082801）
最大干密度/(g/cm 3)
2.022.032.20
最优含水率/%
12.712.84.6
相关系数公式为
(1)
其中，
(2)
(3)
(4)
当相关系数R 的绝对值|R |接近1时，说明x 、y 之间有明显的相关关系；当|R |≤0.3时，二者相关性很弱。

特别地，当|R |=1时，表示数据点均在同一条直线上，x 、y 完全成线性关系[6]。

考虑到基床底层和基床表层填料不同，分别对基床表层级配碎石填料、基床底层及底层以下土质细圆砾填料的地基系数K 30和动态变形模量E vd 进行相关系数计算。

计算结果为：基床底层，R 底=0.96；基床表层，R 表=0.92。

3.2 一元线性回归分析
通过相关系数可以看出，动态变形模量E vd 与地基系数K 30之间的相关性较好。

下面对二者进行一元线性回归分析。

一元线性回归分析是处理两个变量之间关系的定量分析方法，其理论基础是最小二乘拟合[7]。

设动态变形模量E vd 与地基系数K 30之间的函数关系式为
(5)
其中，k 和b 为待确定的参数。

根据最小二乘法，有
(6)
中灰岩地段表层残坡积黏土，厚5~10 m，具弱膨胀性；该段丘陵区灰岩广泛分布，岩溶较发育。

熊罴岭为复式背斜构成的局部低山，山岭呈北西向，地势起伏大，沟谷深切，地层主要由泥盆系跳马涧组（D 2t ）的石英砂岩、砂岩，奥陶系中统（O 2）、下统（O 1）的泥质板岩、砂质板岩，以及寒武系（∈3）的浅变质砂岩、炭质板岩组成。

刘家冲隧道围岩分级以Ⅲ~Ⅳ级为主。

将路基工程分为三部分进行处理，每部分采用分层填筑压实工艺，具体包含填土路堤45层、路基基底8层、路基表层3层。

路基处理过程中采用碾压法压实，每层碾压6遍，所用填料情况如表1所示。

现场测试路段为LSDK6+785~LSDK6+845，测试点选4个，布置在LSDK6+800左2 m、LSDK6+800中、LSDK6+810中、LSDK6+810右2 m，依次编号为测点1~测点4。

在测点位置对每层填土进行测试，测
点布置如图1所示。

3 相关性研究
E vd 动态平板荷载试验与K 30平板荷载试验均为检测路基的强度与变形关系的平板荷载试验，但它们的检测设备、检测方法和检测原理都不相同。

因此，两种平板荷载试验数据之间的相关关系只能通过大量同类的对比试验来确定。

在本试验中，对基床底层和基床表层进行测试，以研究二者的关系。

3.1 相关系数计算
以湘桂高速铁路扩改工程为研究对象，对基床底层和基床表层进行地基系数K 30和动态变形模量E vd 的试验，方法是根据相关系数公式研究二者的相关程度。

表2 结果验证
图2 基床底层E vd -K 30相关性曲线
图3 基床表层E vd -K 30相关性曲线
填料部位
基床底层基床表层
填料类别
土质细圆砾级配碎石
相关系数
0.960.92
E vd /MPa
4269
K 30/(MPa/m)计算值
135.6198.1
规范值110~150
190
(7)
求得基床底层地基系数K 30和动态变形模量E vd 的一元线性回归方程，绘制得到基床底层E vd -K 30相关性曲线，如图2所示。

但E vd 的测试较之K 30更为方便、快捷，且能够真正
反映动应力对路基的真实作用情况。

因此，为了有效提高施工效率，可以减少乃至无需再对K 30进行检测，而是将E vd 的测试作为路基压实质量控制的主要力学指标。

4 结论和讨论
通过平板荷载试验对高速铁路路基的承载力指标进行检测，是全面评价和监控路基填筑质量的重要手段。

本文对湘桂高速铁路扩改工程试验段中动态变形模量E vd 与地基系数K 30的相关性进行研究。

研究结果表明，在此工程试验段中，二者具有较高的相关性。

用相互间的一元线性回归公式推算得到的指标值与TB 10621-2014《高速铁路设计规范》的数值接近，各指标对路基压实质量的控制标准相差较小。

K 30平板荷载试验采用的检测方式是静力、逐级加载，因此试验点过多，检测时间较长，将影响施工进度；而E vd 动态平板荷载试验采用的是动力加载，检测速度快，且检测结果更符合路基的实际受力情况。

因此，可以减少乃至无需再对K 30进行检测，而是用测得的E vd 估算得到K 30的数值。

参考文献
[1] 毛爽. 高速铁路路基与桥梁过渡段问题的研究[J]. 环球市场,
2016(34): 215.
[2] 郭庆国, 李鹏, 徐彦文. 土石坝的压实标准及应用中存在的问
题[J]. 西北水电, 2001(3): 33-37, 74.
[3] 吴明友, 叶阳升. 路基压实参数及其工程意义[J]. 铁道建筑技
术, 2004(5): 1-5.
[4] 刘钢, 罗强, 张良, 等. 铁路路基压实质量检测中的小型平板载
荷试验分析[J]. 岩土力学, 2014, 35(6): 1687-1694.[5] 吴跃钢, 徐菁. 长螺旋钻孔素混凝土桩在高速铁路施工中的质
量控制[J]. 工业技术创新, 2016, 3(4): 769-771.[6] 孙海员. Evd与动力触探在铁路路基检测中的应用研究[J]. 铁
道工程企业管理, 2014(2): 25-28.
[7] 牛林新, 李义杰. 地基系数K 30与变形模量E v 2、E vd 相关关系分
析[J]. 中外公路, 2017(4): 29-32.
秦立朝，等：路基动态变形模量E v d 与地基系数K 30的相关性研究——以湘桂高速铁路扩改工程为例
3.3 结果验证
在一元线性回归公式中，取TB 10621-2014《高速铁路设计规范》[7]（以下简称“规范”）中E vd 的限值，计算得出K 30，与规范[8]中路基规定K 30值进行比较，总结于表2。

结果表明，利用一元线性回归公式计算得出的K 30与规范中的限值之间偏差较小。

在测试方法、天气、测试人员等误差可以忽略的前提下，E vd 和K 30对路基压实质量的控制程度相当，
同理，绘制得到基床表层E vd -K 30相关性曲线，如图3所示。

工业技术创新Industrial Technology Innovation
2019年第02期
作者简介：
[8] 高速铁路设计规范: TB 10621-2014[S]. 北京: 中国铁路总公
司, 2014.
秦立朝（1978-），通信作者，男，汉族，河北石家庄人，硕
士，副教授。

研究方向：土木工程。

E-mail: 523199358@
徐国元（1964-），男，汉族，湖北人，工学博士，华南理工
大学教授。

研究方向：道路与铁道工程。

（收稿日期：2018-05-12）Correlation Study on Dynamic Deformation Modulus E vd and
Foundation Coefficient K30 of Subgrade
——A Case Study on Extension and Renovation Project of Xianggui
High Speed Railway
QIN Li-cha o1, XU Guo-yuan2
(1. Hunan Technical College of Railway High-speed, Hengyang 421001, China;
2. South China University of Technology, Guangzhou 510641, China)
Abstract: Considering the extension and renovation project of Xianggui high speed railway, the correlation between dynamic deformation modulus E vd and foundation coefficient K30 of subgrade is studied. E vd and K30 of the bottom and the surface of the subgrade bed are analyzed by linear regression, and their correlation coefficients are 0.96 and 0.92, respectively, showing a good correlation. By using the results of linear regression analysis, the obtained K30 are close to the indexes given in TB 10621-2014 Code for Design of High Speed Railway. Considering the convenience of detection and the efficiency of construction, E vd can be used as the main mechanical index of quality control on subgrade compaction, while K30 can be estimated by E vd.
Key words: High Speed Railway; Subgrade Engineering; Dynamic Deformation Modulus; Foundation Coefficient;
Correlation; Linear Regression。