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T0193-2019冻融循环条件下土的回弹模量试验

关键字: T0193-2019冻融循环条件下土的回弹模量试验日期: 2021-1-27 10:15:15 点击 12137 次

JTG 3430—2020《公路土工试验规程》----21 冻融循环条件下土的回弹模量试验

T0193-2019冻融循环条件下土的回弹模量试验

1 目的和适用范围
1.1 本试验用于测定土样经历冻融循环作用下的回弹模量值，以反映路基土在冻融循环作用影响下的长期承载能力。
1.2 本试验适用于粒径不大于5mm的路基土。
2 仪器设备
2.1 冻融试验装置，由试筒、恒温箱、温度控制系统、水分补给系统组成，如图T0193-1所示。
2.1.1 试筒：采用与本规程T0135试验中试样制备内径相同的试筒。
2.1.2 恒温箱：箱体内温度波动范围±0.1℃，量程-30~+30℃。
2.1.3 温度控制监测系统由低温循环浴以及数据采集仪组成，精度±0.1℃，量程-30~+30℃。
2.1.4 水分补给系统：顶板和底板能够提供恒温，同时底板具有能与外界水源连接的通道。
2.1.5 其他：透水石、滤纸等。
2.2 回弹模量测试设备与本规程T 0135 或T 0136 试验相同。
a) b)图T 0193-1 冻融试验装置示意a）单组样； b）多组样
1-恒温箱；2-散热板；3-顶板换热器；4-路基土试样；5-试筒；6-底板换热器；7-导水底座；8-底座固定架；9-耐压硅胶管；10-数据采集与显示控制系统；11-顶板冷却液循环管路支架；12-进水管道；13-底板冷却液循环管路支架；14-循环制冷温控机组（由加热元件、制冷元件、冷却液、温度控制元件组成）
3 试样
按最佳含水率制备试样，试件成型按照本规程T 0135 试验中的第3 条执行。
4 试验步骤
4.1 试样安装
取其中冻融试样及样筒一并安装在冻融试验装置恒温箱底板上，试样顶部、底部分别放置一张滤纸，然后放上顶板，稍微用手压顶板，以使试样与顶、底板紧密接触。
4.2 管路连接
用硅胶管将顶板、底板热交换器与冷却液管路连接。
4.3 设定水分补给模式
先打开水分补给开关并排除底板内空气。当路基土存在外部水分补给时，试验状态为开放系统，水分补给开关设定为开启；当路基土无外部水分补给时，试验状态为封闭系统，水分补给开关设定为关闭。
4.4 关闭恒温试验箱的箱门。
4.5 冻结过程
分别设置恒温箱温度为+2℃，顶板温度为冻结温度（根据项目所在地的冻结指数选定），底板温度为+2℃，同时启动箱体和上下热交换器温度控制开关。顶板热交换器按照温度变换速率为20℃/h 降温至目标冻结温度，冻结时间不宜小于48h；底板及恒温箱采用恒定温度控制。
4.6 融化过程
分别设置恒温箱温度为+2℃，顶板温度为+15℃，底板温度为+2℃，同时调整箱体和上下热交换器温度控制开关。顶板热交换器按照温度变换速率为20℃/h 升温至目标融化温度，融化时间不宜小于12h；底板及恒温箱采用恒定温度控制。
4.7 冻融循环
上述步骤第4.5～4.6 条为一次完整的冻融循环过程。重复本试验第4.5～4.6 条的步骤，直至冻融循环5 次。
注：试样冻融循环的次数可根据土样和工程实际情况确定，但需在报告中注明循环的次数。
4.8 冻融循环试验结束后，关闭全部温控开关，打开箱门，拆下循环管道软管。将完成冻融循环后的试样，从冻融循环试验装置中小心取出。清除表面积水，并静置10min，以备后续试验使用。
4.9 测试冻融循环后试样的回弹模量ET。根据试验状态不同，试验步骤按照本规程T0135或T0136 试验的规定执行，冻融循环前后的回弹模量测试方法应保持一致。
5 结果整理
5.1 冻融循环后试样的回弹模量计算方法应按照本规程T 0135 或T 0136 试验的规定执行，并应与冻融循环前试样的计算方法一致。
5.2 本试验记录格式如表T 0193-1 和表T 0193-2。
表 T 0193-1 冻融循环过程记录表

	冻结开始	冻结结束	融化开始	融化结束	…	冻结开始	冻结结束	融化开始	融化结束
时间（h）	0	48	48	60	…	240	288	288	300
设置控制温度（℃）	-10	-10	+15	+15	…	-10	-10	+15	+15

注：土样冻结融化的时间以标定数据为准。
表 T 0193-2 冻融循环条件下土的回弹模量试验记录
工程名称                        取样地点
土样编号                         压力计
土样说明                    黏质土            试验方法
最佳含水率 13.2% 试验者
最大干密度 1.90g/cm3 计算者
冻结温度 -10℃ 融化温度 15℃
冻融循环次数 5次试验日期
加载级数单位压力（kPa）砝码重量N或压力计读数（0.01mm）量表读数（0.01mm）回弹变形（0.01mm）回弹模量（MPa）加载卸载
左右平均左右平均读数值修正值
1 25 5 20.0 20.0 20.0 17.2 17.2 17.2 2.8 2.1 41.0
2 50 10 23.0 20.0 21.5 17.2 17.0 17.1 4.4 3.7 46.5
3 100 20 29.0 25.0 27.0 18.8 17.8 18.3 8.7 8.0 43.1
4 150 30 33.0 31.5 32.3 19.5 19.0 19.3 1.3 1.2 42.0
5 200 40 39.2 38.0 38.6 22.0 21.0 21.5 1.7 1.6 42.0
5.3 精度和允许差
冻融循环条件下土的回弹模量由三个平行试验的平均值确定，每个平行试验结果与平均值回弹模量相差应不超过5%，否则应重做试验。
6 报告
6.1 土的鉴别与描述。
6.2 试验方法。
6.3 设定温度边界条件下土样冻结融化时间。
6.4 冻融循环条件下土的回弹模量ET 值。

条文说明

1 《公路路基设计规范》（JTG D30—2015）规定季冻区路基结构设计以冻融循环条件下平衡湿度状态回弹模量为设计指标。
本试验获得的回弹模量ET 值，反映的是试样从标准状态（施工的湿度状态）调整至平衡湿度状态、再经冻融循环后的湿度状态所对应的土基承载能力，表征土基在冻融循环条件下平衡湿度状态回弹模量。冻融循环条件下平衡湿度状态回弹模量，能够用于冻融循环折减系数的计算，为工程设计提供必要的参数。
路基土对环境湿度非常敏感，季冻区路基土受水分补给和冻结温度影响较大。冻融循环试验过程中，试验条件的选择和试验目标（设计状态）是对应的。根据路基高度和地下水条件，当路基土受环境水分影响时，试验中考虑水分补给条件（开放系统），否则考虑为封闭环境（封闭系统）。
开放系统是指冻融循环过程中土样底部始终与水接触，冻结过程中土体有水分补给。这种状态对应着地下水位高，地基土毛细作用强，路基底部没有采取防水措施的工况。封闭系统是指冻融循环过程中土样不能从外界获得水分补给，这种状态对应着地下水位较低或路基底部采取防水措施的工况。
4.5 季节性冻土地区约占我国国土面积的53.5%，各地区冰冻程度不一。路基土的冻结温度需要考虑项目地区的气温条件、路面结构型式与材料、路基填料类型及冻结深度等因素综合确定。谭忆秋、侯芸、李明宝等研究团队，以及吉林省交通科学研究所等单位，在黑龙江、吉林、河北等多地进行了现场路基温度测试，选用的路面结构厚度在40-78cm，路基顶面与环境气温的温差范围约在10-25℃。结合《季节性冻土地区公路设计与施工技术规范》（JTG/TD31-06—2017）中的冻土分区，根据项目区划的冻结指数，建议重、中、轻冻区的冻结温度分别选用-15℃、-10℃、-5℃。
表 T 0193-3 不同季节性冻土区最低气温多年平均值与冻结温度建议值
冻区划分重冻区中冻区轻冻区

冻区划分	重冻区	中冻区	轻冻区
冻结指数F（℃·d）	F≥2000	800≤F＜2000	50＜F＜800
最低气温多年平均值（℃）	-30~-42	-16~-35	-10~-24
建议冻结温度（℃）	-15	-10	-5

4.7 冻融循环过程的含水率变化主要考虑封闭和开放系统对冻结性能的影响，没有指定的上下限含水率值，即考虑水分补给条件下的试样自由水分迁移。

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