落球式岩土材料力学特性测试仪_技术资料

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1、SCIT-1-TPR-落球-技术资料-2009-C落球式岩土材料力学特性测试仪（SEH-FBT）技术资料2009-08-05初版修订2009-08-26最新修订四川升拓检测技术有限责任公司SichuanCentralInspectionTechnologyCo.,Ltd.www.scentralit.com20目录第1章概述第2章测试基本原理及系统构成第3章验证资料第4章工程案例第5章解决方案第6章适用条件及测试范围第7章知识产权与主要参考文献20落球式岩土材料力学特性测试仪（SEH-FBT）技术资料第1章概述本仪器主要应用于道路、桥梁、铁路、水利、市政等大型建设工程项目

2、的土石方的质量检验。能够直接测得变形模量(值)、强度指标(、值)，并可推算物理指标（干燥密度、压实度、相对密度）和地基承载力。在保证施工质量的同时，可优化土石方施工过程，缩短工时和节约成本。技术源于本公司与国际合作伙伴（鹿岛建设株式会社、株式会社セントラル技研）长达10余年的研发成果。可用于：1）填筑材料筛选；2）现场材料力学指标测定；3）碾压效果确认和施工优化；4）铺装的品质检查；本仪器具有如下特点：1）测试效率高：每分钟5-6测点；2）适用材料广：可适用于从软弱粘土到岩石、混凝土的各类材料3）测试内容丰富：是目前世界上测试内容最广泛的现场测试仪器；4）测试精度高：采用

3、独创性的理论，并经过大量的工程验证；5）适合于现场测试作业，不受场地制约。本仪器既可单独使用，也可以配合常规的平板载荷试验、RI（核子密度水分仪）、挖坑灌砂法等作加密测点使用。20测试基本原理2.1原理概要落球检测技术的首先是基于Hertz冲击理论[2]，在分析球状碰撞体的基础上建立了材料变形特性的测试方法。同时，在Vesic的空洞扩张理论[3]的基础上，我们建立了岩土材料的强度特性测试理论。根据该理论，我们不仅可以测出材料的c或φ，还可以求出测试深度范围，为施工管理提供明确的信息。2.1.1变形模量的测试原理概要由于Hertz碰撞理论仅适用于线弹性材料，而岩土材料是典型

4、的弹塑性材料，需要对该理论进行修正。我们通过碰撞过程（压缩过程和回弹过程）的压缩过程来推算压缩模量，回弹过程来推算回弹模量，但压缩模量比回弹模量有更高的精度[1]。图2-1Hertz冲击理论的基本原理图2-2.落球自由冲击过程（压缩与回弹）2.1.2强度指标的测试原理概要对于岩土材料的强度指标，我们则利用了Vesic空洞扩张理论（图4）。该理论认为，当球体落入岩土材料中时，还会产生一个膨胀区域，在该区域中材料达到屈服。为了将Vesic理论适用于落球检测技术，需要进行相应的修正。下图即为修正后的模型。20图2-3Vesic空洞扩张理论的概念图2-4Vesic理论在落球技术中

5、的概念2.1仪器介绍将一个传感器内置于球冠（下部曲率半径12cm，重13KG/19.1KG可调，铁制），从一定的高度（一般为50cm）自由下落到对象材料上，通过测试其与地基材料的碰撞过程（接触时间等参数）来推算材料的力学特性。仪器由落下冲击部、信号采集部、信号分析及解析等部分组成，采用笔记本电脑为测试解析平台。采用开放式平台设计，仪器维护方便，升级容易。图2-5落球系统构成概要图2-6落球设备图2-7典型的测试加速度波形示例波形图2-8典型的波形解析的结果202.1落球检测技术的特点落球检测技术的特点如下：1）落球检测技术可直接测试岩土材料的变形模量、强度指标c和φ。可以

6、更加直观、准确地反映岩土材料的力学性能，为工程的设计和施工提供直接的依据；2）通过标定试验可推算土质材料的物理指标（干密度、压实度、相对密度等），以满足各类规范要求；3）适用土质范围广，可适用于从粘性土、砂质土、砂砾石到岩石材料、水泥改良土等；4）操作简便、快速、高效率：不受施工场地制约，每分钟5-6测点，较诸传统方法提高数十倍。标准化程式化操作，全自动解析，无个人因素影响；5）采用了独特的统计方法，可大大降低个别大粒径石块对测试结果的影响，提高了测试精度；6）精度高，重复性好：在国内外进行了大量的验证试验，在日本由我公司合作伙伴（鹿岛建设株式会社）已开始推广应用。20验

7、证资料为了验证落球检测技术的实用性，进行现场试验精度验证，主要在道路、隧道、堆石坝等中进行了大量试验，并把测试岩土材料的变形特性（变形模量），强度指标（内摩擦角φ）值与平板载荷，三轴压缩试验进行了对比。同时，对不同的土体，与干密度也做了对比试验。3.1力学特性的验证试验对道路、隧道、堆石坝的大量岩土材料进行平板载荷、压缩等试验与落球检测技术测试的变形模量进行对比（图3-1）；并对不同材料进行三轴压缩试验与落球检测技术测试的强度指标（摩擦角）进行对比（图3-2）。图3-1与落球技术测试的变形模量值之间的对比图3-2与落球技术测试