基于含水率宕渣土石混合料回弹模量的循环压缩测定方法与流程

本发明属于道路工程路基回弹模量室内试验检测技术领域，具体涉及基于含水率宕渣土石混合料回弹模量的循环压缩测定方法，应用于分析含水率对宕渣土石混合料回弹模量的影响，同时测定土石混合料的回弹模量来评价路基的结构设计水平与施工质量以及使用性能。

背景技术：

随着我国社会经济的发展，道路建设步伐的加快，采用传统方法修筑路基需要开山劈石，挖河采砂，借土填筑，这不仅破坏了环境，而且原有的土类材料已经远远不能满足道路工程增长的需求。由于使用宕渣填筑路基可避免建筑渣土污染环境，还可避免大量的宕渣占用农地以及借土填筑路基等问题，所以宕渣土石混合料越来越广泛地被应用到路基填筑中。

在路面结构的稳定性、耐久性、强度、刚度和使用性能中，路基回弹模量起着至关重要的作用，它还是反映路基抗外荷载能力与抗变形能力的重要力学参数。而含水率变化是路基回弹模量的主要影响因素，并且此变化在宕渣路基深入研究中有着重要的意义。目前，对于不同含水率引起宕渣路基回弹模量变化的研究尚少，并且尚没有规范及文献对循环压缩法测定含水率对宕渣土石混合料回弹模量影响做详尽叙述。对于现行《JTG E40-2007公路土工试验规程》中用承载板法和强度仪法适合于测细粒土的回弹模量，而并非适用于测粗粒土的回弹模量。基于此，人们迫切要一种新的测试技术来测定粗粒宕渣土石混合料的回弹模量以及含水路对宕渣土石混合料回弹模量的影响。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明旨在提供一种新型准确的适用于基于含水率宕渣土石混合料回弹模量的测试方法。

本发明解决其技术问题是通过以下方案实现的：

基于含水率宕渣土石混合料回弹模量的循环压缩测定方法，其包含以下步骤：

步骤1：在宕渣土石混合料最佳含水率附近取五个预加含水率分别做循环压缩试件，并在试件上表面迅速敷上圆形塑料薄膜；

步骤2：每个试件以循环压缩法来模拟行车反复作用去测定宕渣土石混合料的回弹模量E_o；

步骤3：将改进规格的土工试验试盒用来测定每个循环压缩试件实际含水率；

步骤4：最后分析不同的含水率对宕渣土石混合料回弹模量的影响。

所述步骤1具体包括以下步骤：

步骤1.1：以原土工试验中重型击实试验直径152mm的大试筒为循环压缩试件试筒；

步骤1.2：受循环压缩试筒尺寸所限，放入试筒的土石混合料的粒径必须要考虑尺寸效应，当D/d_max＝4～6时，才能有效消除尺寸效应，其中D为试筒直径，d_max为最大试验粒径尺寸；因此将宕渣土石混合料做超粒径颗粒处理，处理后最大试验粒径为40mm土石混合料放入步骤1.1的循环压缩试筒中；

步骤1.3：根据原土工试验规程中的重型击实试验求得最佳含水率；

步骤1.4：在最佳含水率附近取五个预加含水率进行拌料和焖料，分别经重型击实后，制备五个循环压缩试件；

步骤1.5：敷膜，将上述制备好的五个循环压缩试件上表面迅速用直径152mm圆形塑料薄膜封住。

所述步骤2具体包括以下步骤：

步骤2.1：测试上述制备的循环压缩试件的原试件高为h；

步骤2.2：为了使室内试验测定回弹模量试件所受荷载更接近于实际路面荷载，将循环压缩试件放电子万能试验机上，使压头以速度v＝1mm/min竖直向下，控制试件受竖直方向的最大应力σ约为1MPa时卸载，待试件恢复变形，测其回弹变形为Δl；

步骤2.3：将试件进行m次循环压缩得到应力-应变曲线，1≤m≤100，第n次(2≤n≤m)循环的得到曲线的斜率k_n表示应力与应变的比值，即为

式中：σ为电子万能试验机压头产生的应力，MPa；

ε为循环压缩试件的应变；

F为电子万能试验机设置力，kN；

r为电子万能试验机压头的半径，m；

h为循环压缩试件高，m；

Δl为循环压缩试件回弹变形，m；

(x_n，y_n)和(x'_n，y'_n)为第n次循环介于应力应变曲线值为0.2～1.0近似直线上的点；

E_n为第n次的回弹模量，MPa。

步骤2.4：经大量的试验证明，第一次的循环压缩宕渣土石混合料还处于不稳定状态。故在求材料的回弹模量时，理应将第一次循环剔除在外，其余每次循环压缩所得到的回弹模量加和，最后求平均数即为最后测定的回弹模量值

步骤2.5：五个循环压缩试件按上述步骤2.3与步骤2.4，分别测定的回弹模量值为E₁、E₂、E₃、E₄、E₅。

所述基于含水率宕渣土石混合料回弹模量的循环压缩测定方法，为保证测得大粒径宕渣土石混合料含水率的试样具有代表性与测试结果的准确性，应改进土工试验中测定含水率取样的试盒尺寸，采用的试盒材料为铝，将重型击实后的试件取样放入试盒中，并且保证每次取样的质量控制在1000g以上，可以增大取样样本，计重后放入烘箱，按原土工试验规程步骤操作最终测定循环压缩试件宕渣土石混合料的实际含水率。

与现有技术相比，本方法与现有技术相比有以下优点：

在循环压缩法中，仪器的加载压头传感器直接与电脑连接，可精确地得到回弹变形量。而在传统土工试验的承载板法与强度仪法中，用的左右千分表测回弹变形时，人工取值误差较大。另外，循环压缩法之中多次加载求平均回弹模量一方面模拟车辆荷载的多次作用，得出的回弹模量更加接近材料真实值，另一方面避免了在承载板法与强度仪法中，因大粒径试件在重型击实试验中击打不密实，导致逐级加载测得回弹变形量变化较大，随之求得回弹模量也变化较大。

在测定循环压缩试件含水率中，经重型击实后的试件上表面即试件与电子万能试验机上压头接触面迅速用塑料薄膜封住，可以有效的防止试件内土石混合料的水分散失，保证最后测定循环压缩试件含水率更接近实际的含水率值。同时，在取循环压缩试件宕渣土石混合料试样时，对原土工试验中测定含水率取样的试盒尺寸进行改进，保证每次取样的质量控制在1000g以上，可以增大取样样本，保证样本具有代表性与测试结果的准确性。

本项发明填补了基于含水率宕渣土石混合料回弹模量的循环压缩测定方法的空白，为考虑宕渣土石混合料在含水率变化下用循环压缩的方法测定其回弹模量提供了可靠可行的方法，并且可以有效分析含水率变化对宕渣土石混合料回弹模量的影响。该方法操作简单，测得宕渣土石混合料回弹模量的值更接近于真实值，可为科研院所和检测单位提供了一个有效的检测方法。

说明书附图

图1为本发明测试方法的具体流程图；

图2为本发明对循环压缩试件进行20次循环压缩法所得应力-应变示意图。

具体实施方式

以下将结合具体附图和实施例来详细说明本发明的实施方式，操作流程如图1所示，借此对本发明解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征在不相冲突前提下的相互结合，均在本发明的保护范围之内。

宕渣土石混合料最佳含水率的确定与制备循环压缩试件，具体步骤为：

(1)循环压缩试件试筒，在基于含水率宕渣土石混合料回弹模量的循环压缩测定方法中，循环压缩试件试筒为原土工试验中重型击实试验直径为152mm的大试筒。

(2)选定放入循环压缩试件土石混合料最大粒径，由于试验仪器所限，放入试筒的土石混合料的粒径必须要考虑尺寸效应。当D/d_max＝4～6时，才能有效消除尺寸效应，其中D为试筒直径，d_max为最大试验粒径尺寸，故在本实验中选用最大试验粒径为40mm的土石混合料。

(3)超粒径颗粒处理，将原宕渣土石混合料级配中超出最大试验粒径的部分进行等量代换为试验所用级配，保证土石混合料中粗料含量与细料含量一致，等量代换公式如下：

式中：P₅为粗料含量，％；

P_5i为处理后d>5mm某一粒级配含量，％；

d为粒料直径，mm；

P_05i为处理前与P_5i对应的粒级含量，％；

P₀为超粒径颗粒含量，％。

n为d>5mm档料数量(目)；

(4)重型击实求得最佳含水率w_c，在试验所用级配下，根据原土工试验规程中土的击实试验来确定，该级配下宕渣土石混合料的最佳含水率w_c。

(5)制备循环压缩试件，在最佳含水率w_c附近取五个预加含水率为w'₁、w'₂、w'₃、w'₄、w'₅进行拌料和焖料，分别按上述步骤经重型击实后，制备五个循环压缩试件。

(6)封膜，将制备好的五个循环压缩试件上表面迅速用直径为152mm圆形塑料薄膜封住。

采用循环压缩法求得宕渣土石混合料回弹模量E_o，具体步骤为：

(1)制备好五个循环压缩试件后，分别测量原试件高为h₁、h₂、h₃、h₄、h₅。

(2)为了使室内试验测定回弹模量试件所受荷载更接近于实际路面荷载，将五个循环压缩试件分别放电子万能试验机上，使压头以速度v＝1mm/min竖直向下，控制试件受竖直方向的最大应力σ约为1MPa时卸载，待试件恢复变形，测其回弹变形分别为Δl₁、Δl₂、Δl₃、Δl₄、Δl₅。

(3)对每个循环压缩试件，进行20次循环压缩得到应力—应变曲线，如图2所示。第n次(2≤n≤20)循环的得到曲线的斜率k_n表示应力与应变的比值，即为：

式中：σ为电子万能试验机压头产生的应力，MPa；

ε为循环压缩试件的应变；

F为电子万能试验机设置力，kN；

r为电子万能试验机压头的半径，m；

h₀为循环压缩试件高，m；

Δl为循环压缩试件回弹变形，m；

(x_n，y_n)和(x'_n，y'_n)为第n次循环介于应力应变曲线值为0.2～1.0近似直线上的点；

E_n为第n次的回弹模量，MPa。

(4)经大量的试验证明，第一次的循环压缩宕渣土石混合料还处于不稳定状态。故在求材料的回弹模量时，理应将第一次循环剔除在外，其余每次循环压缩所得到的回弹模量加和，最后求平均数即为最后测定的回弹模量值

(5)对五个循环压缩试件按上述(3)与(4)步骤，分别测定的回弹模量值为E₁、E₂、E₃、E₄、E₅。

循环压缩试件测定其含水率，具体步骤为：

(1)揭下塑料封膜，取测定完的回弹模量的循环压缩试件宕渣土石混合料为试样，装入尺寸为210mm×125mm×62mm的试盒中，并且保证每次取样的质量控制在1000g以上，计重后放入烘箱。

(2)按原土工试验规程测得五个循环压缩试件的实际含水率为w₁、w₂、w₃、w₄、w₅。

综上所述，试验者根据试验数据E₁、E₂、E₃、E₄、E₅和w₁、w₂、w₃、w₄、w₅，分析出含水率变化对宕渣土石混合料回弹模量的影响。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。