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含水率对Ev2值的影响试验研究 试验人员：指导老师：班 级： 年10月27日 2013 含水率对Ev2值的影响试验研究 1. 实验目的、原理 ①目的：通过测量不同含水率的Ev2值，分析沙土在不同含水率时对Ev2值的影响。 ②原理：变形模量Ev2试验是通过圆形承载板和加载装置对地面进行第一次加载和卸载后,再进行第二次加载，用测得的承载板下应力σ和与之相对应的承载板中心沉降量S，来计算变形模量Ev2、Ev1及Ev2/Ev1值的试验方法。变形模量Ev2是反映荷载作用下土体抵抗变形能力的刚度参数。 2. 实验仪器 变形模量Ev2测试仪器应包括承载板、范蠡装置、加载装置、荷载量测装置及沉降量测装置。 JBM-2型变形模量Ev2测试仪 测试仪箱 2.1 承载板 承载板为圆形钢板，承载板直径为300mm±0.2mm，厚度为25mm±0.2mm，材质为Q345钢。承载板上应带有水准泡。承载板加工表面粗糙度应不大于6.3um。 2.2 反力装置 反力装置的承载能力应大于最大试验荷载10kN以上。 2.3 加载装置 加载装置的液压千斤顶应通过高压油软管与手动液压泵连接。千斤顶顶端应设置球铰，并配有可调节丝杆和加长杆件，以便与各种不同高度的反力装置相适应。高压油软管长度应不小于2m，两端应装有自动开闭阀门的快速接头，以防止液压油漏出。手动液压泵上应装有可调节减压阀，可准确地对荷载板进行分级加、卸载。为使力准确传递，千斤顶两边应固定，并确保不倾斜。千斤顶活塞的行程应不小于150mm。在试验过程中，应保证千斤顶高度不超过600mm。 2.4 荷载量测装置 荷载量测表量程应达到最大试验荷载的1.25倍，最大误差不大于1％。荷载量测表显示值应能保证承载板荷载有效位至少达到0.001MPa。 2.5 沉降量测装置 ① 沉降量测装置应由测桥和测表组成。 ② 测桥的测量臂可采用杠杆式（见图2-1）或垂直抽拉式（见图2-2）。 测量臂应有足够的刚度。 图2-1 杠杆式测量臂 1—触点 2—承载板 3—千斤顶 4—加长杆件 5—反力装置 6—沉降量测表 7—支撑架 8—杠杆支点 9—测量臂 10—支撑座 图2-2 垂直抽拉式测量臂 1—触点 2—承载板 3—千斤顶 4—加长杆件 5—反力装置 6—沉降量测表 7—支撑架 8--垂直支架 9—支撑座 ③ 承载板中心至测桥支撑座的距离应大于1.25m。杠杆式测量臂杠杆比hp:hm可在1：1至2：1范围内选择，选定后不得改变。 ④ 沉降量测表最大误差不应大于0.04mm，分辨率应达到0.01mm，量程不应小于10mm。 2.6 辅助工具 辅助工具应包括：铁锹、钢板尺（长400mm）、毛刷、刮铲、水准仪、铅锤、褶尺、干燥中砂、石膏粉、油、遮阳挡风设施等。 3. 试验方法简介 3.1 试验准备 场地测试面应进行平整，并使用毛刷扫去表面松土。当测试面处于斜坡上时，应将承载板支撑面作成水平面。 3.2 安置试验仪器 3.3 安置承载板及千斤顶 将承载板放置于测试点上，使承载板与地面完全接触，必要时可铺设一薄层干燥砂（2～3mm）或石膏腻子，同时利用承载板上水准泡或水准仪来调整承载板水平，这对实验结果很重要。 现场测试时，有些操作者往往是放置承载板后以转动几下或以承载板不晃动为标准，认为就符合要求，而实际上，有时板面很平稳，试验结束后提起承载板，通过试验面上的压痕会发现试验面与承载板接触面不大，甚至只有少数几点支撑，这就会存在应力集中，影响试验结果。 当用石膏腻子做垫层时，应在承载板底面上抹一层油膜，然后将承载板安放在石膏层上，左右转动承载板并轻轻击打顶面，使其与地面完全接触，被挤出的石膏应在凝固前清除，直到石膏凝固后方可进行测试。 将反力装置承载部位安置于承载板上方，并加以制动，承载板外测边缘与反力装置支撑点之间的距离不得小于0.75m。 将千斤顶放在承载板的中心位置，使千斤顶保持垂直。将加长杆和调节丝杆使千斤顶顶端球铰座反力部位紧贴。 Ev2测试仪仪器调平 3.4 安置测桥 将沉降量测装置的触点自由地放入承载板上测量孔的中心位置，沉降量测表必须与测试面垂直。测桥支撑座与反力装置支撑点的距离不得小于1.25m。试验过程中测桥和反力装置不得晃动。沉降量测装置应有遮阳挡风设施。 3.5 预加载 为稳固承载板，预先加0.01MPa荷载约30s，待稳定后卸除荷载，将沉降量测表读数调零。 3.6 加载与卸载 变形模量Ev2试验第一次加载必须至少分6级，并以大致相等的荷载增量（0.08MPa）逐级加载，达到最大荷载为0.5 MPa或沉降量达到5mm时所对应的应力后，再进行卸载。承载板卸载应按最大荷载的50％、25％和0三级进行。卸载后，按照第一次加载的操作步 骤，并保持与第一次加载时各级相同的荷载进行第二次加载，直到第一次加载时各级相同的荷载进行第二次加载，直到第一次所加最大荷载的倒数第二级。每级加载或卸载过程必须在1min内完成。加载或卸载时，每级荷载的保持时间为2min，在该过程中荷载应保持恒定。试验中如果施加了比预定荷载大的荷载，则应保持该荷载，将其记录在试验记录表中，并加以注明。 当试验过程中出现承载板严重倾斜，以至水准泡上的气泡不能与圆圈标志重合或承载板过度下沉及量测数据出现异常等情况时，应查明原因，另选点进行试验，并在试验记录表中注明。 4. 实验数据整理，处理及分析 第一次变形模量Ev2实验记录 填料类型：砂土 填层厚度：30cm 试验编号：01 杠杆比：hp/hm=2 天气：晴 施工地点：土工试验基地 加卸载顺序 应力 沉降量测表读数序号 预压 复位 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 第二次加载 11 12 13 14 15 16 17 18 0.0000 0.0874 0.1650 0.2397 0.3199 0.3988 0.4493 0.0000 承载板中心沉降量S(mm) 0.06 0.00 2.60 4.92 6.48 8.68 10.20 11.16 12.72 12.32 11.48 9.12 （MPa） 0.0100 0.0000 0.0808 0.1589 0.2405 0.3200 0.3998 0.4482 0.4991 0.2527 0.1201 0.0000 Sm（mm） 0.03 0.00 1.30 2.46 3.24 4.34 5.10 5.58 6.36 6.16 5.74 4.56 4.56 5.06 5.44 5.76 6.12 6.42 6.68 4.90 9.12 10.12 10.88 11.52 12.24 12.84 13.36 9.80 第一次试验结束土样密度含水率实验记录 环刀+土质量g 200.64 195.04 湿土+盒质量g 342.77 341.52 环刀质量g 59.72 58.87 干土+盆质量g 332.67 332.76 环刀体积cm³ 80.00 80.00 盆质量g 148.99 158.26 密度g/cm² 1.7615 1.7021 含水率 W 5.50% 5.02% 第二次变形模量Ev2实验记录 填料类型：砂土 填层厚度：30cm 试验编号：02 杠杆比：hp/hm=2 天气：晴 施工地点：土工试验基地 加卸载顺序 应力 沉降量测表读数序号 预压 复位 1 2 3 4 5 6 （MPa） 0.0100 0.0000 0.0782 0.1590 0.2399 0.3189 0.4001 0.4789 承载板中心沉降量S(mm) 0.08 0.00 0.64 2.40 4.76 7.00 9.80 13.36 Sm（mm） 0.04 0.00 0.32 1.20 2.38 3.50 4.90 6.68 卸载 7 8 9 第二次加载 10 11 12 13 14 15 16 卸载 17 0.0000 0.0000 0.0893 0.1610 0.2391 0.3193 0.3998 0.4501 0.2422 0.1227 0.0000 6.52 6.22 4.62 4.62 5.50 5.84 6.14 6.56 7.06 7.40 5.36 10.72 9.24 11.00 11.68 12.28 13.12 14.12 14.80 13.04 12.44 9.24 第二次试验结束样土密度含水率实验记录 环刀+土质量g 216.37 212.67 湿土+盒质量g 546.50 512.98 环刀质量g 56.71 61.78 干土+盆质量g 508.02 467.15 环刀体积cm³ 80.00 80.00 盆质量g 129.56 55.59 密度g/cm² 1.9958 1.8861 含水率 W 10.17% 11.14% 第三次变形模量Ev2实验记录 填料类型：砂土 填层厚度：30cm 试验编号：03 杠杆比：hp/hM=2 天气：晴 施工地点：土工试验基地 加卸载顺序 序号 预压 复位 1 2 3 4 5 6 7 卸载 8 9 10 第二次加载 11 12 13 14 15 16 17 18 0.0000 0.0836 0.1600 0.2399 0.3200 0.3988 0.4499 0.0000 应力 沉降量测表读数（MPa） 0.0100 0.0000 0.0805 0.1593 0.2382 0.3196 0.4012 0.4502 0.4997 Sm（mm） 0.06 0.00 1.12 2.08 2.98 3.90 4.82 5.62 6.24 0.2500 0.1200 0.0000 5.98 5.54 4.28 4.28 4.88 5.30 5.66 6.02 6.38 6.70 4.62 承载板中心沉降量S(mm) 0.12 0.00 2.24 4.16 5.96 7.80 9.64 11.24 12.48 11.96 11.08 8.56 8.56 9.76 10.60 11.32 12.04 12.76 13.40 9.24 第三次试验结束样土密度含水率实验记录 环刀+土质量g 226.48 220.96 湿土+盒质量g 652.15 677.92 环刀质量g 59.46 59.99 干土+盆质量g 596.40 623.18 环刀体积cm³ 密度g/cm² 80.00 80.00 盆质量g 125.37 149.81 2.0878 2.0121 含水率 W 11.84% 11.56% 4.1 承载板中心沉降量计算 将每一级荷载的应力σ和所对应的沉降量测表读数Sm填写到记录表格中。承载板中心沉降量s应按下式计算: S＝Sm × hp/hm 式中 S ——承载板中心沉降量，mm Sm——沉降量测表读数，mm hp/hm——杠杆比（此仪器取比值为2） 4.2 应力—沉降量曲线 根据试验结果绘制应力—沉降量曲线，为了区分加载和卸载曲线，应力—沉降量曲线上必须用箭头标明方向。 第一次应力沉降量应力（Mpa）0-200.10.20.30.40.52-4y = 9.5319x - 29.358x - 0.1754-6-8y = 4.535x2 - 12.338x - 8.6525-10-12-14-160.6沉降量（mm） 第二次应力沉降量应力（Mpa）0-20-40.10.20.30.40.50.6沉降量（mm）y = -36.439x2 - 10.68x + 0.1524-6-8-10-12-14-16y = 4.5308x - 13.535x - 9.47252 第三次应力沉降量0-20沉降（mm）应力（Mpa）0.40.50.60.10.20.3-4-6-8-10-12-14-16y = -0.8327x2 - 24.007x - 0.1584y = 4.535x2 - 12.338x - 8.6525 4.3 变形模量Ev计算 ① 应力—沉降量曲线方程 第一次加载和第二次加载所得到的应力—沉降量曲线，可用下式表达: S＝a0+a1σ+a2σ² 式中： σ—沉降板下应力，MPa； S—承载板中心沉降量，mm； a0—二次多项式常数项，mm； a1—二次多项式一次项系数，mm/MPa; a2—二次多项式二次项系数，mm/MPa2。 ② 应力—--沉降量曲线方程系数计算 应力——沉降量曲线方程的系数是将测试值按最小二乘法计算得到的，用于计算系数的方程式为： a0na1ia2i2si i1i1i1nnna0ia1i2a2i3siia0i2a1i3a2i4sii2i1i1i1i1nnnn i1ni1ni1ni1n σ1，s1；σ2，s2；……σn ,sn，分别为每级荷载的应力和相应的承载板中心沉降量测试值。 ③ 变形模量计算 变形模量Ev是通过应力—σ1max沉降量曲线在0.3σ1max和0.71max之间割线的斜率确定，并应按下式计算: Ev＝1.5r/( a1+a2×σ1max) 式中： Ev—变形模量，MPa； R—承载板半径，mm； σ1max—第一次加载最大应力，MPa。 采用第一次加载测试值计算的变形模量为Ev1；采用第二次加载测试值计算的变形模量为Ev2。 第一次应力沉降试验结果汇总表 汇总指标 σmax（Mpa） a0（mm） a1(mm/Mpa) a2(mm/Mpa²) Evi Ev2/Ev1 第一次加载 0.4991 0.1754 29.358 -9.5319 第二次加载 0.4493 8.6525 12.338 -4.535 18.29221543 44.6668678 2.441851179 第二次应力沉降试验结果汇总表 汇总指标 σmax（Mpa） a0（mm） a1(mm/Mpa) a2(mm/Mpa²) Evi Ev2/Ev1 第三次应力沉降试验结果汇总表 汇总指标 σmax（Mpa） a0（mm） a1(mm/Mpa) a2(mm/Mpa²) Evi Ev2/Ev1 第一次加载 0.4997 0.1584 24.007 0.8327 第二次加载 0.4499 8.6525 12.338 -4.535 第一次加载 0.4789 -0.1524 10.68 36.439 第二次加载 0.4501 9.4725 13.535 -4.5308 15.99679376 39.59455221 2.47515551 18.4251793 44.67893494 2.424884676 5.实验结论及分析 (1) 含水量对变形模量Ev2测试值的影响: Ev2值不同含水率所对应的EV2值45434139373502468101214含水率（%） 不同含水率时所对应的EV2折线图 结论：①对于级配碎石或级配砾石、表面容易板结的填料，刚碾压完时，含水量偏高，路基的变形模量Ev2较低；②随着时间推移，填料中的水分逐渐蒸发，含水量降低，在低含水量情况下并当填料中含有粉细颗粒物质如石粉时，水在填料颗粒间起粘结作用，而且通过水的吸力和表面张力现象增加了颗粒间的有效应力，导致变形模量Ev2提高。 路基压实后真实的Ev2测试值，应该是路基使用期间所能保持的含水量情况下的测试值。 （2） 当试验场地面不平整时，测试面看上去较平，但当试验结束后提起承载板，通过试验面上的压痕会发现试验面与承载板接触面不大，甚至只有少数几点支撑，这就会存在应力集中，影响试验结果。 （3） 在做变形模量Ev2试验时，容易出现加载时施加了比预定荷载大的荷载，或卸载时释放了比预定荷载小的荷载；在这种情况下，保持该荷载，将其记录在试验记录表中，并加以注明；计算时按荷载的实际值和与之相对应的沉降量计算。而不是为了与预定荷载相一致，而再去减小或增加荷载。 采用变形模量Ev2评价路基压实质量时，不仅要要求变形模量Ev2达到规定指标，而且还应对Ev2/Ev1值有要求；Ev2/Ev1值大，说明一次变形模量Ev1值小，即路基的塑性变形较大，路基压实不充分。 本文来源：https://www.dywdw.cn/68a3fa86b3717fd5360cba1aa8114431b90d8ed4.html
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2022-10-02
