測(cè)量基和路基層剛度彎曲元技術(shù)XiangwuZengI,Member,ASCE,J.LudwigFigueroa,Member,ASCE,andLeiFu3摘要:基和路基土剛度是在公路建設(shè)對(duì)材料特征關(guān)鍵參數(shù)。期間和al2er路面施工,這是非常關(guān)鍵和含有成本效益有一個(gè)可靠技術(shù),能夠測(cè)量正確,快速地在原址基礎(chǔ)和路基層剛度。AASHTO標(biāo)準(zhǔn)提出新公路設(shè)計(jì)指南要求進(jìn)行這種測(cè)量。已開發(fā)一個(gè)新現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試技術(shù)測(cè)量土壤小應(yīng)變剪切模量使用彎曲元技術(shù)。在這個(gè)方法中使用設(shè)備,包含一雙錐硬度,每個(gè)與兩個(gè)彎曲元安裝,可推到基地,底基層和路基層。機(jī)能缺失發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)脈沖,用于激活發(fā)射機(jī)。變送器振動(dòng)產(chǎn)生橫波傳輸經(jīng)過(guò)在水平和傾斜方向土壤,是由接收機(jī)捕捉。然后從測(cè)得剪切波速,土剛度才能確定。該技術(shù)現(xiàn)在做法是基于CBR試驗(yàn)土壤剛度決心相比。引言基地,底基層,路基層剛度,在路面設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)是非常關(guān)鍵參數(shù)。現(xiàn)在,使用最廣泛技術(shù)確定剛度進(jìn)行土壤樣品,在試驗(yàn)室準(zhǔn)備計(jì)算土壤,MR彈性模量,使用普遍接收經(jīng)驗(yàn)表示式加州打比（CBR）測(cè)試。其中一個(gè)例子是在其中方法提議由AASHTO標(biāo)準(zhǔn):MR=10340CBR（千帕）（1）有一定限制,此方法。首先,基地,底基層,路基層標(biāo)本準(zhǔn)備在試驗(yàn)室使用,土壤受到field.1副教授,土木工程系,凱斯西保留地大學(xué),克利夫蘭不一樣壓實(shí)程序俄亥俄州44106-7201,,土木工程系教授,凱斯西保留地大學(xué),克利夫蘭,俄亥俄44106-7201,3碩士部Civit工程,凱斯西保留地大學(xué),克利夫蘭,俄亥俄44106-720135

36材料特征/路面系統(tǒng)建模所以,試驗(yàn)室標(biāo)本可能已在現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)土壤,不一樣剛度。其次,它不提供工程師需要信息,以確定是否下在現(xiàn)場(chǎng)施工路面,路基,底基層,基地土壤剛度滿足設(shè)計(jì)要求。第三,福倫現(xiàn)有路面路基,底基層,基地土壤,經(jīng)過(guò)了多年天氣周期和交通負(fù)荷應(yīng)用,經(jīng)過(guò)本身CBR試驗(yàn)不能提供一個(gè)現(xiàn)實(shí)剛度測(cè)量。所以,是需要發(fā)展原位,非破壞性,正確和經(jīng)濟(jì)土壤硬度測(cè)量路面工程應(yīng)用.這個(gè)紙方法,提出了一個(gè)新技術(shù),能夠衡量基礎(chǔ)和路基層剛度,在施工后使用本德爾元素。裝有兩個(gè)德爾元素集（為波transmissionand波接收）兩個(gè)小錐硬度。硬度能夠推到一個(gè)正在建設(shè)中土壤層和層剛度,可在短時(shí)決定。對(duì)于現(xiàn)有路面,有兩個(gè)鉆孔,能夠經(jīng)過(guò)路面鉆,然后硬度可分為基礎(chǔ)層推來(lái)衡量剛度。試驗(yàn)裝置在這項(xiàng)研究中用來(lái)測(cè)量土壤小應(yīng)變剪切模量試驗(yàn)技術(shù)德爾元素方法,這已成為一個(gè)流行試驗(yàn)多年來(lái)剪切波速測(cè)量土壤中優(yōu)勢(shì)。德爾元素是壓電陶瓷材料制成,其中電機(jī)勵(lì)磁適適用于發(fā)射機(jī)元素,它會(huì)造成機(jī)械振動(dòng),在土壤中產(chǎn)生橫波。一樣在波接收器,一個(gè)元素機(jī)械振動(dòng)造成電力輸出。所以,一個(gè)橫波速度可經(jīng)過(guò)測(cè)量其旅行時(shí)間和波發(fā)射器和接收器之間距離決定。DyvikandMadshus（1985）報(bào)道103％次序是因?yàn)樵谥車寥赖聽栐厮a(chǎn)生最大剪應(yīng)變,應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系soils.This技術(shù)彈性范圍內(nèi)已使用DyvikandMadshus（1985）,ThomannHryciw（1990年）,Jovicic等,如研究人員數(shù)量。（1996年）,ViggianiandAtkinson（1995年）,Hryciw和Thomalm（1993）,Jovicic和Coop（1998年）和Zengand鎳（1998年,1999年）來(lái)衡量砂和黏土剛度,在多年來(lái)試驗(yàn)室。圖1顯示了最近開發(fā)彎管機(jī)錐硬度。發(fā)射機(jī)振動(dòng)是由電脈沖從波發(fā)生器,這是一個(gè)數(shù)字示波器同時(shí)觸發(fā)。由接收器產(chǎn)生電輸出統(tǒng)計(jì)示波器,可確定旅行時(shí)間從發(fā)射機(jī)尖到接收機(jī)一角剪切波。然后,剪切波速計(jì)算依據(jù)旅行時(shí)間統(tǒng)計(jì)和一個(gè)發(fā)射器和一個(gè)接收器之間距離提醒。因?yàn)榈聽査膫€(gè)要素獨(dú)特設(shè)定,小應(yīng)變剪切模量,剪切面四個(gè)能夠同時(shí)測(cè)量。從頂部發(fā)射器（S1）和頂部接收器（R1）之間橫波旅行時(shí)間,剪切模量層頂部周圍才能確定。一樣,GMAX耳底部材料特征/路面系統(tǒng)建模37監(jiān)測(cè)底部發(fā)射機(jī)（2美元）和底部接收器（R）。同時(shí),底部接收器（R）接收到P變送器（1美元）所產(chǎn)生橫波時(shí),這個(gè)傾斜剪切面剪切模量能夠推斷。一樣,底部發(fā)射器（$2）和頂部接收器（R1）決定波速基礎(chǔ)上,對(duì)對(duì)應(yīng)剪切面剪切模量能夠得到。所以,在一個(gè)測(cè)試設(shè)置,它能夠測(cè)量四個(gè)剪切面剪切模量。因?yàn)榈聽杻?nèi)層錐硬度深度能夠正確地測(cè)量硬度刻標(biāo)志著,四架飛機(jī)位置是正確知道。GMAX四架飛機(jī)上測(cè)得平均提供了一個(gè)良好彈性剛度土層深度硬度測(cè)量。德爾元素可涂用環(huán)氧樹脂,使她們防水,讓她們?cè)谝粋€(gè)飽和環(huán)境使用。一樣硬度范圍內(nèi)全部電氣連接,能夠使放水。

圖1對(duì)于現(xiàn)有路面德爾錐硬度試驗(yàn)裝置,兩個(gè)孔能夠經(jīng)過(guò)上層瀝青混凝土或水泥混凝土層芯硬度,能夠推到底層來(lái)衡量其剛度。所以,在同一臺(tái)設(shè)備可用于檢驗(yàn)小組現(xiàn)有路面層力學(xué)性能。也能夠進(jìn)行一個(gè)測(cè)試很快就依據(jù)路面建設(shè)結(jié)果,能夠在幾分鐘內(nèi)顯示子層,使器件能夠用來(lái)監(jiān)測(cè)壓實(shí)要求。38材料特征/路面系統(tǒng)建模為確保接收機(jī)捕捉第一信號(hào),確實(shí)是橫波,在外地地震波測(cè)試中使用相同技術(shù)生產(chǎn)38材料采取電脈沖,造成兩極振動(dòng)發(fā)生逆轉(zhuǎn)。接收到信號(hào)也顯示了一個(gè)180度相變,從而確定,橫波產(chǎn)生信號(hào)。假設(shè)一個(gè)波發(fā)射器和一個(gè)波接收機(jī)之間距離是土地波前往這個(gè)距離時(shí)間為t,平均剪切波速VS=L/T（2）土壤彈性剪切模量GM?X應(yīng)

GMAXPVS（3）,其中P是土壤質(zhì)量密度。楊氏模量E,這是類似路面設(shè)計(jì)土壤彈性模量,能夠計(jì)算出=2（1+?）GMAX（4）第是泊松比,其中有一個(gè)干燥土壤經(jīng)典值0.3。德爾兩波發(fā)射器和接收錐硬度如圖2所表示,而在一個(gè)完整測(cè)試中測(cè)試設(shè)置如圖3所表示。接收機(jī)捕捉經(jīng)典信號(hào)如圖4所表示,它是很輕易找準(zhǔn)第一次浪潮到來(lái)。然后,在圖四波路徑上彈性模量E所表示。1可使用上述公式計(jì)算。試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試分別在三個(gè)選定土壤:從特拉華州縣,俄亥俄,粗粒砂和內(nèi)華達(dá)州沙特拉華州粘土,使用德爾錐硬度測(cè)量彈性模量。這些土壤回彈模量,也使用CBR試驗(yàn)比較目。表1總結(jié)了全部三種土壤性質(zhì)。應(yīng)該指出,全部土壤,空氣干燥。材料特征/路面系統(tǒng)建模

39圖2。配置硬度與彎曲元錐圖3。一個(gè)德爾錐penetrometer試驗(yàn)裝置圖4。在示波器上顯示一個(gè)接收器接收到信號(hào)40材料特征/路面系統(tǒng)建模五層統(tǒng)一在一個(gè)大鋼模具壓實(shí)每個(gè)土壤樣本進(jìn)行測(cè)試。樣品準(zhǔn)備就緒后,德爾錐硬度是推入土壤,慢慢地,直到德爾元素抵達(dá)指定深度（uppergroup:土壤表面以下10厘米,下部組:16.5CRN土壤表層以下）,然后進(jìn)行測(cè)試剪切波速測(cè)量,統(tǒng)計(jì)每一波路徑平均旅行時(shí)間。錐硬度可插入更深,在外地,但在試驗(yàn)室測(cè)試土壤深度限制模具高度。為了確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)可反復(fù)性,每一個(gè)測(cè)試是根據(jù)一樣程序編制第二個(gè)樣品進(jìn)行。使用本德爾錐硬度三個(gè)土壤測(cè)試結(jié)果總結(jié)在表2,3,4,楊氏模量計(jì)算假定泊松比0.3全部土壤。如表中所表示,金沙剛度隨深度增加,增加附加費(fèi)結(jié)果。其次,特拉華州粘土,材料特征/路面系統(tǒng)建模41剛度隨深度下降,因?yàn)楸砻嬷車雍脡簩?shí)。因?yàn)槭褂酶烧惩?粘土剛度相當(dāng)?shù)?。整體壓實(shí)樣品不是很好。即使只風(fēng)干土壤樣品進(jìn)行了測(cè)試,能夠使用相同設(shè)備地下水位以下,假如德爾元素和電氣連接防水,如前所述。德爾錐硬度上述結(jié)果與傳統(tǒng)CBR試驗(yàn)為基礎(chǔ)方法,在相同方法彎曲元測(cè)試準(zhǔn)備了兩個(gè)三個(gè)土壤樣本CBR進(jìn)行了測(cè)試。然后,對(duì)樣品彈性模量計(jì)算方程（1）。三個(gè)土壤CBR測(cè)試結(jié)果顯示在圖中。5,6,7,而彈性模量結(jié)果總結(jié)在表5。對(duì)于CBR試驗(yàn)42材料特征/路面系統(tǒng)建模特拉華粘土,負(fù)擔(dān)過(guò)重壓力,相當(dāng)于德爾錐硬度中旬深入有效應(yīng)力,因?yàn)楦烧惩帘砻嬷車霈F(xiàn)軟,無(wú)圍壓。圖5。特拉華粘土CBR試驗(yàn)結(jié)果圖6。CBR試驗(yàn)結(jié)果粗粒砂材料特征/路面系統(tǒng)建模43圖7。CBR試驗(yàn)在內(nèi)華達(dá)州沙reuslts

表5。CBR測(cè)試結(jié)果摘要特拉華粘土粗?下雨砂內(nèi)華達(dá)州沙在上述測(cè)試中使用土壤,包含粗粒砂,細(xì)粒砂,和一支精干粘土。所以,該裝置可應(yīng)用于種類繁多,通常見(jiàn)于和發(fā)覺(jué)基礎(chǔ)和行人路路基層土壤。在這里測(cè)試匯報(bào),波發(fā)射器和接收器之間距離約5至8厘米。然而,在其她部分測(cè)試中,我們?cè)黾恿司嚯x約20厘米,并在同一臺(tái)設(shè)備工作正常。所以,該裝置可用于部分小修改,以保護(hù)傳感器在礫質(zhì)土或碎石。因?yàn)樵诒?,3和4顯示數(shù)據(jù),似乎是一個(gè)數(shù)據(jù)反復(fù)性好,顯示良好一致性和可靠性技術(shù)。從三組數(shù)據(jù)總趨勢(shì)是相同,頂對(duì)德爾元素高,測(cè)量模數(shù)由兩個(gè)傾斜路徑略低測(cè)量模數(shù),模量測(cè)量一雙德爾元素高底部一次。這能夠解釋樣品制備過(guò)程和樣品中有效應(yīng)力狀態(tài)。通常情況下,樣品頂部周圍,

44材料特征/路面系統(tǒng)建模土壤愈加好被壓實(shí)。其次,作為在土壤中增加深度,有效應(yīng)力誘導(dǎo)上述增加土壤重量,從而底部周圍土壤剛度開始增加。在圖所表示CBR測(cè)試結(jié)果相比。5-7,使用本德爾錐硬度測(cè)試似乎有愈加好一致性和可反復(fù)性。同意使用CBR數(shù)字計(jì)算彈性模量以及與頂對(duì)德爾元素錐硬度測(cè)量楊氏模量。這似乎是合理,因?yàn)镃BR值關(guān)鍵是由近地表土壤影響。結(jié)論已開發(fā)基于彎曲元技術(shù)新設(shè)備,它能夠測(cè)量基礎(chǔ)和路基層剛度正確,快速地。在試驗(yàn)室證實(shí),該技術(shù)適適用于多種多樣土壤和數(shù)據(jù)含有良好反復(fù)性。尤其德爾元素對(duì)近地表同意從本泰斯特衍生楊氏模量和CBR測(cè)試所得彈性模量。因?yàn)樵O(shè)備可用于正在建設(shè)在該領(lǐng)域現(xiàn)有些人行道和行人路,它提供了一個(gè)基地和路基剛度測(cè)量精湛技術(shù)。參考Dyvik,R.和Madshus,C.（1985）?！癎?使用本德爾元素x試驗(yàn)室測(cè)量?！痹跍y(cè)試循環(huán)條件下,ASCE會(huì)議上,密歇根州底特律,巖土工程部,紐約,186-196下土壤藝術(shù)。

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