土体回弹模量获得方法探讨

　　随着近年来我国工程建设力度的不断加大，工程实施过程中或者事后经常出现沉降问题，这不仅影响了工程的质量，同时还给经济建设和人民群众生活带来了极大的不便，因此，为了消除这种安全隐患，必须加强对土体沉降问题的研究。沉降问题是影响工程建设和质量的突出问题，对这个问题的研究要加强对土体回弹模量的计算，本文针对目前土工试验室获取回弹模量的方法进行探讨研究，分析其中存在的问题，并加以探讨提出解决方案。

　　一.回弹模量定义

　　土体回弹模量是土体的重要指标之一，对土体回弹模量的选取和精确测量与工程的建设息息相关。回弹模量是指路基、路面等筑路材料在荷载作用下产生的应力与其相应的回弹应变的比值，土体回弹模量表示土体在弹性变形阶段内，在垂直荷载作用下，抵抗竖向变形的能力，如果垂直荷载为定值，土体回弹模量值愈大则产生的垂直位移就愈小;如果竖向位移是定值，回弹模量值愈大，则土体承受外荷载作用的能力就愈大，因此，路面设计中采用回弹模量作为土体抗压强度的指标。抗压指标对于公路建设过程中避免沉降问题提升工程质量具有重要意义。

　　二.回弹模量的获取方法

　　土体的强度和稳定性是施工人员关心的两个主要问题，土体的变形或不稳定将会造成路面的损坏及沉降，降低路面的安全性和使用性能，土体回弹模量作为反应其强度和稳定度的一个重要指标，合理的获取方法以及精确的数据对于公路建设具有重要的指导意义。

　　1.承载板试验法(试验室内)

　　本次室内试验选取仪器MTS，在这上面进行土体回弹模量的测试，根据仪器特性和测试需要，在实验方案中确定分别进行控制试件压实度和控制试件含水量测试，各成型30个标准养生和自然养生试件分别进行抗压强度试验、劈裂实验和抗压回弹模量试验。试验段土质为中液限粘土，最佳含水量为14.4%，液限指数为38%。试验时间为夏季，试验前后均无降雨，试验段土质状况排水良好，地下水位的临界高度大于3m，所以土体处于干燥状态，对于其他影响土体的因素再另行考虑。

　　(1)控制试件压实度K=94%

　　根据实验过程中采集的数据制作出了稠度和土体回弹模量关系图。见图1和表1.

　　根据实验数据联系稠度与土体回弹模量公式：

　　E = -103.53WC2 + 321.89W -179.23

　　(R2 =0.9437)

　　其中稠度为W，土体回弹模量为E，二者的计算关系如公式所示。此公式证明二者具有良好的相关关系，其中回归曲线呈现半抛物线状，开口向下，验证了稠度与土体回弹模量之间的相关关系，从曲线的走势可以看出，试验土体的稠度的增大会导致回弹模量的增大。土体稠度的减小也会导致回弹模量的减小，但是当稠度大于1.5之后，土体回弹模量增幅变小，之后基本上处于平稳状态，变化不大。

　　(2)控制试件含水量W=12%

　　根据实验过程中采集的数据制作出了压实度与土体回弹模量的关系图。见图2和表2。

　　由图中所显示的实验数据结合压实度与土体回弹模量计算公式：

　　E0 = - 10618K2 + 20712K - 9779.2

　　(R2 = 0.9531)

　　公式中，E0为土基回弹模量，K 为压实度，从上图数据可以看出二者良好的相关关系，且由于压实度区小数，所以回归系数变大，但是原则上并不影响其对规律的反映。通过重型击实标准与轻型击实标准的换算得到以下关系式：

　　E0 = - 8357.5K2 + 18491K – 9779.2

　　(R2 = 0.9531)

　　经过回归分析可以确定土基回弹模量与稠度和压实度相应的关系式，在此基础上可以提出所要计算地区粘性土的土基回弹模量建议值。稠度指标综合反应了土的塑性特性，包含了液限与塑限，全面直观地反映了土的软硬程度，且容易测定;压实度是衡量路基整体强度与稳定性的另一个重要指标，较易测定，而土基回弹模量在测定时较为繁琐，因此选择稠度和压实度为自变量，建立与土基回弹模量的关系式有重要的意义。试验回归公式具有良好的相关关系，经过与现行规范推荐公式对比和反算分析，可以根据对应地区进行计算。

　　2.贝克曼梁法

　　贝克曼梁法运用杠杆原理，通过对载重汽车对地面加载的百分表观测路面回弹弯沉情况，因测定简单易操作，所以适用范围很广，但是其标准荷载难以控制也使得测定结果在实际运用中存在难度。这种测试方法测定的路基、柔性路面的回弹弯沉值可供交工和竣工验收使用，还能为公路养护管理部门制定养路修路计划提供依据。在贝克曼梁测定法中，百分表上的终读数与初始读数的差值的两倍即是路面的回弹弯沉数值。计算过程中，对于各测点的测定值和算术平均值的偏差值，计算较大的偏差与自然误差的比值，如果某个感测点的数值大于极限值则放弃该数值，然后再计算各测点的算术平均值与标准差。

　　贝克曼梁法弯沉测量仪测到的是最大回弹弯沉值，但是轮胎的轮压、轮载以及行驶速度对于测定结果的影响非常大，因此在测量过程中，必须反复检查，确保测定条件完全符合标准。同时，测定过程中，测试车辆必须按轮迹带形式，测点间隔依据所选取的路段长度而定。根据测试点采集数据，回程弯沉断面图，进行分析、统计和处理，然后通过精确计算确定路面的承载能力。由于贝克曼梁法所选取的路段温度及湿度也会影响测定结果，所以，在测定时也要充分考虑温度和湿度因素，如果测定环境不利于试验，应该按照测试规定予以修正。贝克曼梁法的使用要结合试验的要求与实际情况，充分把握测试条件，对测定点进行统计分析并加以计算，得出回弹弯沉数值。

　　贝克曼梁法是规范推荐的土基回弹模量测试方法，可较为合理地得出土基的回弹模量，所使用仪器结构及操作简单，技术要求低，价格低廉。因此广为施工单位所采用，同时也适用于测定各类路面结构的回弹弯沉，用以评定其整体承载力，供路面结构设计使用。但是，贝克曼梁法仍存在着一些缺点和不足之处：①贝克曼梁试验所测得的回弹模量为静模量，不能很好地模拟车辆行驶状态下对路基路面的冲击作用，因而不能完全反映土基在承受车辆荷载作用下的应力、应变特性。②贝克曼梁试验所使用的方法整个过程为人工操作，影响因素多，效率低，无法满足大面积快速检测与路面管理系统数据采集的需要。因此，对于目前贝克曼梁法的改进应当着眼于自动化以及连续测量两个方面，尽力提高测试速度和测试准确度，并能实现数据的自动存储与处理。

　　小结

　　土体回弹模量数值的测量在现场条件下容易受多种因素及环境方面的影响，数值误差大，所以室内试验的数据相对来说参考性更高一些，在进行试验的过程中，针对土体回弹测量的要求，要不断修正试验环境，通过大量的室内试验满足现场施工的要求，这需要专业人员不断进行研究拓展和创新实践。

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