公路高液限土路基濕法重型擊實、吸附結(jié)合水含量試驗、剛度補(bǔ)償層設(shè)計、PFWD回彈模量反算方法

（規(guī)范性）

濕法重型擊實試驗?zāi)康暮瓦m用范圍本試驗方法適用于海南高液限土及摻水泥或摻碎石改良高液限土。本試驗為濕土法重型擊實，重型擊實試驗適用于粒徑不大于40mm的土。試筒要求其尺寸大于土樣中最大顆粒粒徑的5倍以上，并且擊實試驗的分層厚度應(yīng)大于土樣中最大顆粒粒徑的3倍以上。單位體積擊實功能控制在2677.2kJ/M3。儀器設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)擊實儀（圖A.1和A.2）。擊實試驗方法和相應(yīng)設(shè)備的主要參數(shù)見表A.1的規(guī)定。1-套筒；2-擊實筒；3-底板；4-墊板圖A.1擊實筒（尺寸單位：mm）圖A.2擊錘和導(dǎo)桿（尺寸單位：mm）表A.1擊實試驗要求試驗方法錘底直徑(cm)錘質(zhì)量(kg）落高(cm)試筒尺寸試樣尺寸層數(shù)每層擊數(shù)擊實功(kJ/m3)最大粒徑(mm)內(nèi)徑(cm)高(cm)高(cm)體積(cm3)重型54.54515.2171221773982677.240烘箱及干燥器。天平：感量0.01g。臺秤：稱量10kg，感量5g。圓孔篩：孔徑40mm，20mm和5mm各1個。風(fēng)干攪拌工具：400mm600mm、深70mm的金屬盤，土鏟。其他：碾土器、盛土盤、推土器、鋁盒、修土刀、平直尺等。試驗步驟取樣之后剔除粒徑大于10mm的土顆粒，再至少準(zhǔn)備5份每份5kg的天然含水率狀態(tài)下的高液限土土樣，保持天然含水率的第一個土樣，可立即用于擊實試驗。其余幾個試樣，將土分成小土堆，分別碾碎風(fēng)干，使含水率按2%~4%遞減，直至擊實曲線峰值出現(xiàn)后至少還有兩個小于最佳含水率的點(diǎn)。改良高液限土濕法擊實試驗，備樣步驟同本文件A.3.1。制備好的土樣按含水率2%~4%遞減，土樣進(jìn)行擊實前，再將其和水泥或碎石拌和均勻并立即進(jìn)行擊實試驗，直至擊實曲線峰值出現(xiàn)后至少還有兩個小于最佳含水率的點(diǎn)。將擊實筒放在堅硬的地面上，在筒壁上抹一薄層凡士林，并在墊塊上放置濾紙。先將墊塊放入筒內(nèi)底板上，按三層法進(jìn)行擊實。整平表面，并稍加壓緊，然后按規(guī)定的擊數(shù)進(jìn)行第一層土的擊實，擊實時擊錘應(yīng)自由垂直落下，錘跡必須均勻分布于土樣面。第一層擊實完后，將試樣層面“拉毛”然后再裝入套筒，重復(fù)上述方法進(jìn)行其余各層土的擊實。試筒擊實后，試樣不應(yīng)高出筒頂面6mm。用修土刀沿套筒內(nèi)壁削刮，使試樣與套筒脫離后，扭動并取下套筒，齊筒頂細(xì)心削平試樣，拆除底板，擦凈筒外壁，稱量，準(zhǔn)確至lg。測量其含水率，計算至0.1%，記錄數(shù)據(jù)并畫出擊實曲線。

（規(guī)范性）

吸附結(jié)合水含量試驗?zāi)康暮瓦m用范圍本試驗方法適用于高液限土的吸附結(jié)合水含量測試。試樣的最大粒徑宜控制在2mm以內(nèi)。儀器設(shè)備圓孔篩：孔徑2mm篩一個。特制容量瓶：特制容量瓶如圖B.1所示，容量為255ml，瓶頸處有5ml的刻度，分度值為0.05ml。圖B.1容量瓶示意圖恒溫水?。红`敏度±1℃。其它：烘箱；天平，感量0.001g；漏斗；研缽。試樣制備取具有代表性的天然狀態(tài)下的試料500g在105℃下烘干。取出烘干的試料過2mm篩。將過篩后的試料用研缽碾至土顆粒完全分散。再將試料放入烘箱烘干至恒重。試驗步驟取出土樣存放于相對濕度為零的干燥器中冷卻。待土樣冷卻后均勻稱取一定量的試料（20g~30g，精度為0.001g）放入已干燥處理的容量瓶中。取一定體積的25℃蒸餾水加入容量瓶中混合，加水過程中應(yīng)停幾次來震蕩搖勻容量瓶，使土顆粒充分分散并排出土顆粒內(nèi)部氣體。在試料和水混合后將容量瓶放入25℃恒溫水浴中，記錄此時液面讀數(shù)。再按上述步驟做一組平行試驗和一組瓶中只有蒸餾水用于校正蒸發(fā)量的校正試驗。每隔24h讀一次液面讀數(shù)，直至液面平衡不再發(fā)生變化。結(jié)果整理吸附結(jié)合水含量由公式（B.1）確定： (B.seqfulu_equation_1327435975298468281)式中：wg——吸附結(jié)合水含量（%）；ms——干土質(zhì)量（g）；we——吸附結(jié)合水密度（g/cm3）；wt——自由水密度（g/cm3）；——土水混合后總體積變化量（ml）。 (B.seqfulu_equation_1327435975298468282)式中：Gs——土顆粒比重；V0——加入蒸餾水的體積（ml）；Vt——t時刻容量瓶液面讀數(shù)（ml）；V1——從開始到t時刻液體蒸發(fā)損失量（ml）。

（規(guī)范性）

高液限土路基剛度補(bǔ)償層設(shè)計方法目的和適用范圍本方法適用于路基回彈模量達(dá)不到設(shè)計要求時，通過合理確定剛度補(bǔ)償層填料類型和填料厚度，使之達(dá)到路基回彈模量設(shè)計要求的剛度補(bǔ)償層設(shè)計。本方法在已知待補(bǔ)償層下臥等效彈性半空間體回彈模量、補(bǔ)償后等效彈性半空間體頂面回彈模量目標(biāo)值的基礎(chǔ)上，可用于設(shè)計剛度補(bǔ)償層的材料及其回彈模量（前提是已確定了剛度補(bǔ)償層的厚度）；也可用于設(shè)計剛度補(bǔ)償層的厚度（前提是已確定了剛度補(bǔ)償層的材料及其回彈模量）。操作步驟根據(jù)JTGD30中推薦的方法測定待補(bǔ)償結(jié)構(gòu)頂面的回彈模量E0，或通過測定回彈彎沉后再反算其回彈模量。確定剛度補(bǔ)償后等效彈性半空間體頂面回彈模量的目標(biāo)值E2。選擇剛度補(bǔ)償層材料并確定其回彈模量E1，可按JTG3430中的回彈模量試驗對材料的回彈模量進(jìn)行測定，或按表C.1進(jìn)行預(yù)估。表C.1剛度補(bǔ)償材料回彈模量參考值填筑材料填料模量（MPa）級配碎石180~400未篩分碎石180~220級配礫石150~300天然砂礫100~140黏土質(zhì)砂80~100灰土80~120低液限黏土50~70根據(jù)補(bǔ)償前的回彈模量E0、補(bǔ)償后的回彈模量目標(biāo)值E2以及選擇的補(bǔ)償材料的回彈模量E1，按圖C.1剛度補(bǔ)償設(shè)計諾謨圖確定補(bǔ)償層厚度。如受標(biāo)高限制，待補(bǔ)償層厚度已限定，則在已知目標(biāo)回彈模量E2、補(bǔ)償前的回彈模量E0和補(bǔ)償層厚度h的基礎(chǔ)上，可由圖C.1剛度補(bǔ)償設(shè)計諾謨圖查得剛度補(bǔ)償層材料應(yīng)達(dá)到的回彈模量要求值E1。根據(jù)剛度補(bǔ)償層回彈模量E1的要求，由表C.1選擇合適的材料，或通過室內(nèi)試驗和試驗路的試驗檢測，選擇改良土等更為合適的剛度補(bǔ)償層材料。a)待補(bǔ)償層頂面模量為20MPa時剛度補(bǔ)償諾謨圖b)待補(bǔ)償層頂面模量為30MPa、50MPa和70MPa時剛度補(bǔ)償諾謨圖c)待補(bǔ)償層頂面模量為40MPa、60MPa和80MPa時剛度補(bǔ)償諾謨圖圖C.1剛度補(bǔ)償層設(shè)計諾謨圖剛度補(bǔ)償層設(shè)計諾謨圖的使用說明已知待補(bǔ)償層頂面當(dāng)量回彈模量E0、剛度補(bǔ)償層頂面當(dāng)量回彈模量目標(biāo)值E2和剛度補(bǔ)償層厚度h的基礎(chǔ)上，確定剛度補(bǔ)償層的回彈模量E1。具體操作如下：已知E0=20MPa，E2=80MPa，h=0.5m，于圖C.1右側(cè)縱坐標(biāo)80MPa處作垂線。于圖C.1底部橫坐標(biāo)0.5m處作垂線。兩線交于一點(diǎn)，該點(diǎn)所處曲線即為剛度補(bǔ)償層材料的回彈模量E1，此時E1=170MPa。已知待補(bǔ)償層頂面當(dāng)量回彈模量E0、剛度補(bǔ)償層頂面當(dāng)量回彈模量目標(biāo)值E2和剛度補(bǔ)償層材料回彈模量E1的基礎(chǔ)上，確定剛度補(bǔ)償層的厚度。具體操作如下：已知E0=20MPa，E2=60MPa，E1=200MPa，于圖C.1右側(cè)縱坐標(biāo)60MPa處作垂線。再過該直線與E1=200MPa的對應(yīng)曲線的交點(diǎn)作垂線，交于底部橫坐標(biāo)軸。橫坐標(biāo)的值即為剛度補(bǔ)償層的厚度，此時h=0.28m。已知待補(bǔ)償層頂面當(dāng)量回彈模量E0=20MPa，剛度補(bǔ)償層頂面當(dāng)量回彈模量目標(biāo)值E2=50MPa，根據(jù)圖C.1進(jìn)行加鋪層方案比選和優(yōu)化設(shè)計。具體操作如下：沿右側(cè)縱坐標(biāo)50MPa處作垂線與曲線簇相交。再過這些交點(diǎn)分別作垂線交于橫坐標(biāo)軸。得到一系列剛度補(bǔ)償層材料回彈模量E1和厚度h的設(shè)計組合見表C.2。表C.2剛度補(bǔ)償層設(shè)計組合剛度補(bǔ)償材料回彈模量E1（MPa）剛度補(bǔ)償層厚度h（m）600.88700.55800.431100.321300.271700.232200.21

（規(guī)范性）

高液限土路基PFWD回彈模量反算方法目的和適用范圍本方法是基于Matlab2016a及以上版本軟件開發(fā)的高液限土路基PFWD回彈模量反算程序。通過輸入時間對應(yīng)的荷載及位移數(shù)據(jù)和迭代需要的回彈模量、粘滯系數(shù)初值，經(jīng)軟件運(yùn)算得到回彈模量及粘滯系數(shù)最優(yōu)化的計算值，和評價理論計算精度的系數(shù)。功能和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度繪制理論計算和實測位移圖像；得到理論計算和實測位移峰值；得到回彈模量及粘滯系數(shù)計算值；得到精度系數(shù)。輸入數(shù)據(jù)：時間0.1ms、荷載0.001kN、位移0.001mm；輸出數(shù)據(jù)：計算位移0.001mm、精度系數(shù)0.001、回彈模量0.1MPa、粘滯系數(shù)0.1MPa·ms。時間特性：程序運(yùn)行時間視數(shù)據(jù)量變化，如：20-30個時間、荷載和位移數(shù)據(jù)，處理時間約為5-7min。靈活性：只要能運(yùn)行Matlab2016a及以上版本的設(shè)備均可使用該程序。運(yùn)行環(huán)境計算機(jī)型號不限，剩余外存≥10G，電腦內(nèi)存≥2G，采用計算機(jī)交互式輸入輸出。所編制的“ZDTF”必須在Matlab環(huán)境下運(yùn)行，需要安裝Matlab2016a及以上版本，操作系統(tǒng)為windows7及以上版本，輸出數(shù)據(jù)為excel文件。運(yùn)行說明點(diǎn)擊軟件開始運(yùn)行。輸入荷載實測數(shù)據(jù)。輸入位移實測數(shù)據(jù)。選擇時間輸入機(jī)制，等差自動則輸入等差間隔，手動輸入則同荷載和位移輸入。判斷殘余變形提取是否正確，正確則進(jìn)行下一步，不正確則手動輸入。選擇是否實時輸出圖像（動圖）。輸入粘滯系數(shù)初值。選擇承載板荷載形式。輸入模量初值。輸出精度形式最大時對應(yīng)的回彈模量、粘滯系數(shù)和相應(yīng)的精度系數(shù)，理論位移圖像。輸出全局最優(yōu)時對應(yīng)的回彈模量、粘滯系數(shù)和相應(yīng)的精度系數(shù)，理論位移圖像。建議的軟件源程序symsudhzrEtaPRsB0ssnnpositive;symsWsaKLVELGX1F1F2;u=0.35;R=0.15;A=R.^2.*pi;disp('實測數(shù)據(jù)錄入階段：')%%prompt9='請輸入[P]實測荷載行向量kN\n';F1=input(prompt9);prompt11='請輸入[w]實測位移行向量mm\n';W0=input(prompt11);%W0=[0.020.030.310.380.410.4220.40.370.330.240.110.090.070.060.050.0450.04];%1mm%F1=[12.53.5431.310.7];%1kN%X0=[0123456789101112131415161718192021];%1msprompt1001='時間錄入：等差自動（0）、手動輸入（1）？\n';X001=input(prompt1001);ifX001==0prompt100='請輸入實測時間間隔單位1ms或0.1ms？\n';X000=input(prompt100);X0=0:X000:(length(W0)-1);elseprompt10='請輸入[t]實測時間行向量ms\n';X0=input(prompt10);endfprintf('自動提?。侯A(yù)壓殘余變形=%.3fmm。\n',W0(1));prompt1222='自動提取值滿足要求（0）？或手動輸入（1）。\n';WF0=input(prompt1222);ifWF0==1prompt122='請手動輸入預(yù)壓殘余變形mm\n';WF=input(prompt122);elseWF=W0(1);endW0=W0-WF;%%prompt12222='是（0）否（1）實時輸出數(shù)據(jù)圖像?\n';WF00=input(prompt12222);prompt6='請輸入粘滯系數(shù)初值/MPa*ms(不確定時取小值)\n';h0=input(prompt6);%1MPa*msprompt7='使用（0）剛性承載板荷載形式或（1）柔性承載板荷載形式?\n';AB=input(prompt7);ifAB==0P1=(besselj(0.5,a*R).*sqrt(pi()*a.*R)./(2*sqrt(2).*a));elseP1=(besselj(1,a*R)/a);endWC=0.9;%可加密prompt8='請輸入模量初值/MPa（不確定取小值）\n';B00=input(prompt8);%1MPa%%[W0max,s]=max(W0);W0(s)=min(W0);[W0max1,s1]=max(W0);W0(s1)=min(W0);[W0max2,s2]=max(W0);W0(s)=W0max;W0(s1)=W0max1;while1WWW=subs(2*(1-u^2)/B0*(1-exp(-X1*B0/h))*(F2/pi()/R)*int(besselj(0,a*0)*P1,a,0,inf),h,h0);WWW1=subs(subs(WWW,B0,B00),[X1,F2],{X0,F1});[W1max,ss]=max(WWW1);WWW1(ss)=min(WWW1);[W1max1,ss1]=max(WWW1);WWW1(ss1)=min(WWW1);[W1max2,ss2]=max(WWW1);WWW1(ss)=W1max;WWW1(ss1)=W1max1;if(X0((s+s1+s2)/3)-X0((ss+ss1+ss2)/3))>0h0=h0+1;elseif(X0((s+s1+s2)/3)-X0((ss+ss1+ss2)/3))<0h0=h0-1;elsebreakendendend%h0%%WWW=2*(1-u^2)/B0*(1-exp(-X1*B0/h))*(F2/pi()/R)*int(besselj(0,a*0)*P1,a,0,inf);nn=1;cbh=0;cbE=1;cbE1=0;%%while1WWW1=subs(subs(subs(WWW,B0,B00),h,h0),[X1,F2],{X0,F1});WWW2=eval(WWW1);R0=corrcoef(W0',WWW2');R=R0(1,2);R2=R0(1,2)^2;[W1max,ss]=max(WWW2);WWW2(ss)=min(WWW2);[W1max1,ss1]=max(WWW2);WWW2(ss1)=min(WWW2);[W1max2,ss2]=max(WWW2);WWW2(ss)=W1max;WWW2(ss1)=W1max1;WE=eval(subs(WWW,[X1,F2],{X0,F1}));Eb=W0-WE;Ebb=(Eb*Eb')/2;RR1=(1-2*(eval(subs(Ebb,[B0,h],[B00,h0])))/(W0*W0'-(sum(W0))^2/length(W0)));%%ifnn==1RR2=RR1;endifRR1>=RR2RR2=RR1;WWWmax=WWW2;ifWF00==0drawnowfigure(1)endplot(X0,W0,'.k',X0,WWWmax,'--k')legend('位移實測值','位移反演值')xlabel('時間/ms')ylabel('位移/mm')title({'精度最優(yōu)迭代';['粘滯系數(shù)=',num2str(h0,'%.1f'),'MPa*ms，回彈模量=',num2str(B00,'%.1f'),'MPa'];['理論位移峰值=',num2str(W1max,'%.3f'),'mm，觀測位移峰值=',num2str(W0max,'%.3f'),'mm'];['精度系數(shù)R^2=',num2str(RR2,'%.3f')]})endRR=RR1;J=[eval(subs(diff(Eb,B0),[B0,h],[B00,h0]))',eval(subs(diff(Eb,h),[B0,h],[B00,h0]))'];%%symsbcPk=eval(-inv(J.'*J)*J.'*subs(Eb,[B0,h],[B00,h0]).');if(abs(((W0max+W0max1+W0max2)/3)-((W1max+W1max2+W1max1)/3))<0.002)ifabs(X0((s+s1+s2)/3)-X0((ss+ss1+ss2)/3))==0fprintf('第%.f次迭代:',nn);fprintf('粘滯系數(shù)最優(yōu)值=%.1fMPa*ms，',h0);fprintf('回彈模量最優(yōu)值E=%.2fMPa，',B00);fprintf('理論位移峰值=%.3fmm，',W1max);fprintf('觀測位移峰值=%.3fmm，',W0max);fprintf('精度系數(shù)R^2=%.3f。\n',RR);figure(2)plot(X0,W0,'.k',X0,WWW2,'--k')legend('位移實測值','位移反演值')xlabel('時間/ms')ylabel('位移/mm')title({'全局最優(yōu)迭代';['粘滯系數(shù)=',num2str(h0,'%.1f'),'MPa*ms，回彈模量=',num2str(B00,'%.1f'),'MPa'];['理論位移峰值=',num2str(W1max,'%.3f'),'mm，觀測位移峰值=',num2str(W0max,'%.3f'),'mm'];['精度系數(shù)R^2=',num2str(RR,'%.3f')]})break;elsecbh=1;cbE1=0;endelsecbh=0;endifWF00==0fprintf('第%.f次迭代:',nn);fprintf('粘滯系數(shù)計算值=%.1f，',h0);fprintf('回彈模量計算值=%.2f，',B00);