一、任務(wù)來源

根據(jù)《交通運(yùn)輸部關(guān)于下達(dá)2017年交通運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)劃的通知》（交科技函

〔2017〕412號(hào)）的要求，由交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究所主持承擔(dān)《落球式巖土

回彈模量測(cè)試儀》的編寫工作，計(jì)劃編號(hào)為JJG2017-1。

二、項(xiàng)目背景

填方工程的質(zhì)量性公路、鐵路等基礎(chǔ)建設(shè)安全的重要組成部分，特別是其變

形特性，對(duì)保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全有著非常重要的意義。近期以來，針對(duì)填方工

程等回彈模量的無損檢測(cè)技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，設(shè)備種類也逐漸增多。其中，

基于Hertz沖擊理論的巖土變形特性測(cè)試方法被認(rèn)為是最有效的方法之一，其不

僅能夠?qū)μ罘焦こ踢M(jìn)行檢測(cè)，而且能夠?qū)Υ篌w積混凝土進(jìn)行檢測(cè)。由于其測(cè)試簡(jiǎn)

單、快捷且準(zhǔn)確度較高，其產(chǎn)品已經(jīng)在工程中得到廣泛使用。

基于Hertz沖擊理論的巖土材料回彈模量測(cè)試儀，已經(jīng)在國(guó)內(nèi)數(shù)十條高速公

路應(yīng)用，對(duì)保證施工質(zhì)量起到了重要的支撐作用。

巖土材料的變形特性的檢測(cè)對(duì)于提高公路的安全保障有著非常重要的意義，

同時(shí)，很多研究機(jī)構(gòu)對(duì)此也做了大量的研究并取得了豐碩的成果。隨著檢測(cè)技術(shù)

的逐步實(shí)用化，如最新一版《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》（待頒布）已將落球

儀測(cè)定土質(zhì)路基模量試驗(yàn)方法加入其中，對(duì)路基模量檢測(cè)提出了更高的要求。同

時(shí)為了確定儀器的可靠性及檢測(cè)精度，確保人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，對(duì)交通安全建

設(shè)和社會(huì)和諧起到促進(jìn)作用，亟待制定交通運(yùn)輸行業(yè)計(jì)量檢定規(guī)程。

三、編寫過程

2017年02月～2017年05月，成立規(guī)程起草組，收集資料和數(shù)據(jù)，調(diào)研了

落球式巖土回彈模量測(cè)試儀的發(fā)展情況和技術(shù)原理，并調(diào)研了落球式巖土回彈模

量測(cè)試儀的主要生產(chǎn)廠家、產(chǎn)品型號(hào)、產(chǎn)品性能指標(biāo)以及市場(chǎng)占有情況，調(diào)研了

國(guó)內(nèi)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的產(chǎn)品使用情況。

2017年05月～2017年07月，對(duì)落球式巖土回彈模量測(cè)試儀的主要計(jì)量技

術(shù)指標(biāo)進(jìn)行梳理。

2017年08月～2017年11月，調(diào)查和研究主要計(jì)量技術(shù)指標(biāo)的量值溯源方

法，并對(duì)擬制定主要計(jì)量技術(shù)指標(biāo)制訂方案進(jìn)行確認(rèn)。

2017年12月～2018年01月，開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，修改和驗(yàn)證主要計(jì)量技

術(shù)指標(biāo)，完成征求意見稿。

2018年02月-2018年03月，根據(jù)定向技術(shù)交流的結(jié)果，對(duì)相關(guān)測(cè)試方法及

器具進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，完善了征求意見稿。

四、編寫依據(jù)

規(guī)程編制格式依據(jù)JJF1002—2010國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程編寫規(guī)則。

編制組根據(jù)落球式巖土回彈模量測(cè)試儀的實(shí)際使用情況及發(fā)展趨勢(shì)，開展了

廣泛的調(diào)查研究工作，了解了該儀器設(shè)備的主要計(jì)量參數(shù)，并制定規(guī)程。本規(guī)程

主要規(guī)定了落球式巖土回彈模量測(cè)試儀的計(jì)量性能要求、通用技術(shù)要求、計(jì)量器

具控制等內(nèi)容。

編制組在規(guī)程制定過程中，主要參考了：

GB9969.1工業(yè)產(chǎn)品使用說明書總則、GB/T191包裝儲(chǔ)運(yùn)圖示標(biāo)志、GB/T

1220不銹鋼棒、GB/T2951電纜絕緣和護(hù)套材料通用試驗(yàn)方法、GB/T6388運(yùn)

輸包裝收發(fā)貨標(biāo)志、GB/T15406巖土工程儀器基本參數(shù)及通用技術(shù)條件、GB/T

15464儀器儀表包裝通用技術(shù)條件、GB/T21029巖土工程儀器系列型譜、JJG

338電荷放大器、SJ946電子測(cè)量?jī)x器電氣、機(jī)械結(jié)構(gòu)基本要求、GJB1805數(shù)

據(jù)采集設(shè)備通用規(guī)范、JB/T6822壓電式加速度傳感器等標(biāo)準(zhǔn)。

五、主要內(nèi)容

按照J(rèn)JF1002-2010《國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程編寫規(guī)則》的要求制定落球式巖土

回彈模量測(cè)試儀檢定規(guī)程。在內(nèi)容與格式上保持一致，規(guī)程的具體內(nèi)容有范圍、

引用文件、概述、計(jì)量性能要求、通用技術(shù)要求、計(jì)量器具控制（包括檢定條件、

檢定項(xiàng)目、檢定方法、檢定結(jié)果處理及檢定周期）。

測(cè)試儀測(cè)試精度受測(cè)試巖土的特性（種類、壓實(shí)度等）、測(cè)試儀器的性能等

眾多因素的影響。同時(shí)考慮到巖土本身并不是勻質(zhì)的材料，不同落下點(diǎn)之間巖土

的特性有所不同，因此提出了測(cè)試儀的測(cè)量示值誤差的要求。其示值誤差要求指

標(biāo)的設(shè)定基于兩點(diǎn)：一是工程檢測(cè)中的容許度，二是根據(jù)編寫組近幾年來開展的

落球式回彈模量測(cè)試的相關(guān)驗(yàn)證數(shù)據(jù)。

編寫組對(duì)落球式回彈模量測(cè)試儀計(jì)量特性所涉及的具體指標(biāo)進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)

證，主要包括以下三方面：

i.對(duì)檢定器具中的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試構(gòu)件的本身理論動(dòng)彈性模量的獲??；

ii.利用測(cè)試儀測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的動(dòng)彈性模量；

iii.將兩者之間的值進(jìn)行分析比較，判定其測(cè)試結(jié)果的可靠性。

本次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試構(gòu)件選用的是尼龍和PPR兩種材料。

A.試驗(yàn)驗(yàn)證方法及原理

a)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試構(gòu)件的理論動(dòng)彈性模量測(cè)試

為獲取標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試構(gòu)件的理論動(dòng)彈性模量值，采用沖擊彈性波檢測(cè)儀對(duì)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)

試構(gòu)件進(jìn)行測(cè)試。

當(dāng)某種材料為1維均質(zhì)彈性體時(shí)，其動(dòng)彈性模量Ed與彈性波P波波速之

間存在如下的關(guān)系：

（式7）

其中，——材料的一維波速，m/s；

——材料的動(dòng)態(tài)彈性模量，MPa；

——材料的密度，kg/m3。

因此，由上式可知，當(dāng)?shù)弥牧系拿芏群鸵痪S波速時(shí)，即可計(jì)算得出材

料的動(dòng)態(tài)彈性模量值。

b)測(cè)試儀測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的動(dòng)彈性模量

根據(jù)測(cè)試得到的接觸時(shí)間Tc，主要通過對(duì)下式便可求得測(cè)試構(gòu)件的變形模

量E。

(12)mE

E211（式8）

0.0719ERvT2.5m(12)

110cc11

其中，——測(cè)試儀測(cè)試的構(gòu)件變形模量，MPa，未知，待測(cè)；

m1——落下球體的質(zhì)量，kg，已知；

——落下球體的變形模量，MPa，已知；

——落下球體的半徑，m，已知；

——測(cè)試構(gòu)件的泊松比，未知；

——落下球體的泊松比，已知；

——接觸時(shí)間，s，測(cè)試儀系統(tǒng)測(cè)得，已知；

，，H為球體的下落高度，m，已知。

由式2可知，在利用測(cè)試儀測(cè)試構(gòu)件的模量之前，需先將測(cè)試構(gòu)件的泊松比

測(cè)試得出。

當(dāng)測(cè)試對(duì)象為3維時(shí)，3維P波速度與動(dòng)彈模及泊松比之間的相關(guān)關(guān)系如下

式所示：

（式9）

其中，——材料的三維波速，m/s；

——材料的動(dòng)態(tài)彈性模量，MPa；

——材料的密度，kg/m3，

——材料的泊松比。

因此，結(jié)合式7和式9即可計(jì)算得出測(cè)試構(gòu)件的泊松比，從而即可利用測(cè)試

儀測(cè)試得到測(cè)試構(gòu)件的動(dòng)彈性模量測(cè)試值。

編寫組根據(jù)上述試驗(yàn)原理，規(guī)定了球冠先端曲率半徑、球冠質(zhì)量、示值誤差、

測(cè)量重復(fù)性等計(jì)量性能要求。

六、試驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證上述指標(biāo)的準(zhǔn)確性，編寫組針對(duì)主要指標(biāo)，根據(jù)調(diào)研情況設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)

驗(yàn)證。

本次試驗(yàn)驗(yàn)證采用了尼龍和PPR兩種材料，兩種材料的相關(guān)規(guī)格參數(shù)詳見下

表：

表1測(cè)試構(gòu)件相關(guān)參數(shù)規(guī)格一覽表

測(cè)試構(gòu)件種類半徑（m）高度（m）質(zhì)量（kg）密度

尼龍0.1500.30021.261003.07

PPR0.0250.1980.411022.30

利用沖擊彈性波檢測(cè)儀根據(jù)上述測(cè)試原理對(duì)測(cè)試構(gòu)件的一維P波波速和理

論彈性模量進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表2。

表2測(cè)試構(gòu)件一維波速及理論動(dòng)彈性模量值

測(cè)試構(gòu)件種類密度一維P波波速（m/s）理論動(dòng)彈性模量（MPa）

尼龍1003.071480.002193.50

PPR1022.301848.003490.00

同理，測(cè)試得出測(cè)試構(gòu)件的三維P波波速值，結(jié)合上述測(cè)試結(jié)果及式9即可

計(jì)算得出測(cè)試構(gòu)件的泊松比。

表3測(cè)試構(gòu)件的三維波速及泊松比測(cè)試結(jié)果

測(cè)試構(gòu)件種類三維P波波速（m/s）泊松比

尼龍