粒料与路基土室内回弹模量试验

1.4 本方法中统一采用国际制单位(SI)。
2 术语
2.1 未处治粒料基层/底基层材料——指用于基层/底基层而未使用粘结材料或稳定剂的松散材料， 包括级配或天然集料及土-集料混合料等材料。 2.2 路基土——指用于路基而未使用粘结材料或稳定剂的松散材料，包括细粒土、土-集料混合料 等材料。 2.3 材料Type1——最大粒径超过9.5mm的所有未处治粒料基层/底基层材料和路基土材料。 2.4 材料Type2——最大粒径不超过9.5mm，且0.075mm号筛通过百分率小于10%的所有未处治粒料 基层/底基层材料和路基土材料。 2.5 材料Type3——最大粒径不超过9.5mm，且0.075mm号筛通过百分率不小于10%的所有未处治路 基土材料。 2.6 材料Type4——薄壁试管取样的现场原状未扰动细粒路基土材料。
粒料与路基土室内回弹模量试验 测试方法草案
The Protocol for Laboratory Resilient Modulus Testing of Granular Materials and Subgrade Soils
中交公路规划设计院 同济大学
二○○六年十月
0 前言
粒料和路基土的回弹模量是沥青路面结构力学响应分析的重要参数之一。粒料和路基土的模 量是性质、状态(含水量和密实度)和应力状况等的函数。对于处于特定状态(一定含水量和密实度 值)的各类粒料和路基土来说，影响其模量取值的主要因素便是应力状况。
开始
1
试件尺寸
扰动 筛分分析
试样
未扰动
Y
N
dmax >19mm
150mm 100mm 70mm
筛除大于 26.5mm
2
试件压实
也可用 150mm 模
Y
N
dmax >9.5mm
Y
通过百分率
N
#0.075<10%
冲击或振动
振动
静压或冲击
类型 1
类型 2
类型 3
3
模量测试
基层/底基层
用途
路基
类型 4
Y
通过百分率
试件 多孔透水石
底部压盘
4.2 加载装置 应采用能够产生重复循环半正矢脉冲荷载(如图 1)的闭路电液压或电气压加载系统。加载系统产生 的半正矢脉冲荷载及其响应波形应被显示以允许试验操作人员对其进行校核而确保预载和模量测 试阶段波形一致。 4.3 荷载与变形响应测量设备
1) 轴向荷载测量装置 应采用电子荷载传感器以监测重复荷载。根据荷载传感器的位置，可分为外置式和内置式两 种(如图 3)。推荐采用内置式荷载传感器。当采用外置式荷载传感器时，要求消除活塞杆与三轴室 之间的任何摩擦力。传感器最大加载能力应能够满足试验的需要，精度控制在最大荷载量程的 1/500~1/1000。性能要求可参照表 1 进行选用。
1
2.7 回弹模量( M R )——未处治材料的回弹模量是施加于试件的轴向重复偏应力峰值与试件轴向
回弹应变峰值之比。 2.8 半正矢形加载波——轴向加载脉冲，如图 1 所示。
加载时间
恢复时间
(1-cosθ)/2
Fmax
Fcyclic
循环荷载系数
Fcontact
时 间(s) 图 1 半正矢形加载波
2.9 最大轴向力( Fmax )——最大轴向力由施加于试件的轴向接触力与循环力组成。 2.10 轴向接触力( Fcontact )——为维持试件与试件顶盖之间正接触而施加的垂直荷载，其包括试件 顶盖的重量与加载锤施加于试件顶盖的静载。 2.11 轴向循环力( Fcyclic )——施加于试件的轴向重复荷载。 2.12 轴向最大应力(σ max )——最大轴向应力由施加于试件的轴向接触应力与循环应力组成(不包 括围压应力)。σ max = Fmax / A ， A 为试件的初始横截面面积。 2.13 轴 向 接 触 应 力 ( σ contact )—— 为 维 持 试 件 与 试 件 顶 盖 之 间 正 接 触 而 施 加 的 垂 直 应 力 。 σ contact = Fcontact / A 。
荷载传感器 活塞
外置 LVDT
重复荷载加载器 球座 钢球
LVDT 托架
活塞套管
三轴室 系杆 试件底座
试件
O 形环 试件顶盖 多孔透水石 橡皮膜
多孔透水石 真空引管
a) 外置式
图 3 动三轴仪
盖板 顶部压盘 三轴室 夹具
底座
加载活塞 线性活动轴
荷载传感器 钢球 顶端式 LVDT 夹持式 LVDT
b) 内置式
注 1：轴向接触应力一般取轴向最大应力的 10%，或围压应力的 20%取值。
2.14 轴 向 循 环 应 力 ( σ cyclic )—— 施 加 于 试 件 的 轴 向 重 复 应 力 ， 即 重 复 循 环 偏 应 力 。 σ cyclic = Fcyclic / A 。 2.15 围压应力(σ 3 )——三轴室内施加的侧向应力，即最小主应力。 2.16 回弹变形( eR )——轴向循环应力引起的可恢复轴向变形。 2.17 回弹应变( ε R )——轴向循环应力引起的可恢复轴向应变。 ε R = eR / L ， L 指相应于 eR 测量
时的两测点之间的距离。
2.18 回弹模量定义为 M R = σ cyclic / ε R 。
2.19 加载时间——轴向循环应力施加于试件的时间。 2.20 循环时间——两个连续施加的轴向循环应力之间的时间间隔。
2
3 试验方法
对圆柱体试件施加一个固定幅度、加载时间(路基——0.2s，粒料基层/底基层——0.1s)和循环 周期(一般取1.0s)的轴向重复荷载。试验时，试件承受动循环轴向应力和三轴室提供的静侧限压力， 通过测量其轴向总回弹变形响应来计算回弹模量。试验方法流程如图2。
(2) 内置上下顶端式 LVDT，与外置式 LVDT 相比，可以减少系统中的外来轴向变形。如图 3b),将 2~3 个 LVDT 安装于试件顶盖与三轴室底座之间。2 个 LVDT 位于试件两侧相对位置，并 与试件轴线位于同一竖直平面。如有第 3 个 LVDT，则将其安置在与前 2 个传感器成直角的位置， 并位于试件轴线与直径构成的竖直平面内。对于 3 个 LVDT 的布置方案，允许存在因少量偏心加 载引起的顶盖平面的轻微倾斜。
试件直径(mm)
70 100 150
表 1 荷载传感器性能要求 最大加载能力(kN)
2.5 9.0 22.0
必需的精度(N) ±5.0 ±18.0 ±22.0
2) 室压测量与控制装置 室压采用压力调整器控制(加压能力应能满足试验需要，至少 200kPa)。三轴室(应保证足够的 承压能力)压力应采用常规压力表、压力计或压力传感器监测，并精确至 1.0kPa。 3) 轴向变形测量 轴向变形测量可采用外置式 LVDT(线性微分传感器)及内置上下顶端式或夹持式 LVDT。 (1) 外置弹簧加载式 LVDT，如图 3a),2 个 LVDT 固定在三轴室外部活塞杆两侧的相对等距
LVDT 的性能要求可参照表 2 进行选用。
试件直径(mm)
70 100 150
表 2 LVDT 性能要求
量程(mm)
LVDT 应满足的精度要求
1.0

线性度: 量程的±25%；重复精度:
2.5
量程的±1%；最小灵敏度:
6.0
2mv/v(AC)或 5mv/v(DC)
4) 数据采集 一个模拟-数字数据采集系统是必需的。整个系统应能进行自动数据处理以将失误的可能性降 至最小和获得最大的产出。为了同时记录轴向荷载与变形，应具备相配套的信号激励、调节、采 集装置。 注 4：① 信号应清晰，并不受噪音干扰(应采用完全接地的被屏蔽导线)。② 在数据采集期间 及其后不允许进行输出信号过滤。如果滤波器被使用，为保证输出信号不被削弱，其频率应高于 10~20Hz。同时应比较研究过滤数据与未过滤数据，以确保从过滤数据中获得准确的峰值读数。③ 应独立采集每个LVDT的信号。对 1 个加载循环，从每个LVDT至少采集200 个数据点。 4.4 试件制备仪具 对现场细粒路基土材料，可采用薄壁试管取样。在室内采用对开模成型试件。
5
4.5 其他工具 包括：测径器、千分尺、钢尺(标定至 0.5mm)、橡皮膜、橡皮 O-形环、带气室和调整器的真
1.3 鉴于路基土与粒料的非线性性质，本方法所用试验条件是对移动轮载作用下柔性路面中粒 料层及路基物理状态(如密度、含水量)和应力状态(可能的代表性应力范围)的近似模拟。回弹模 量测试过程中施加于试件的应力水平应根据其在路面结构中所处的位置决定，即对于基层/底基层 材料应采用不同于路基土的应力水平。
4
位置，并与活塞杆轴线位于同一竖直平面。LVDT 尖端应置于与 LVDT 轴线垂直正交的刚性、固 定表面，且与其支持平面在整个试验过程中都应保持正接触。
注 2：① 外置式 LVDT 测量的是测试系统的轴向总位移，包括系统中任何外来的(相对试件变 形)轴向变形(如多孔透水石的变形以及所有接触界面间的变形)。因此，对于刚度大、变形小的试 件，不宜使用外置式 LVDT。但对于刚度小的试件，外来变形相对试件的大变形已不是很重要，所 以，如果路基土试件软至足以被夹具破坏或导致可能的夹具滑移(对合格的基层/底基层试件应不存 在此类问题)，或不能安装内置式 LVDT，可以采用外置式 LVDT，但在计算中应予以注明。② LVDT 轴杆上的灰尘与轴杆的偏斜将阻碍 LVDT 运动，试验前应确保 LVDT 能自由运动而不受“粘滞”。 采用厂商指定的清洁剂或润滑剂是解决该问题的措施之一。③ 每个外置 LVDT 应分别独立读数， 并应采用所测位移的平均值计算回弹模量。
1 适用范围
1.1 本方法是关于路基土及未处治粒料基层/底基层材料回弹模量测试的常规室内试验方法。试 验所得回弹模量是材料非线性弹性性质的表征，是构建材料刚度与应力状态本构关系的基础，也 是柔性路面设计中的重要参数，用于路面结构对轮载的响应分析。