T0194-2019动态回弹模量试验

1 目的和适用范围
1.1 本试验的目的是利用动三轴试验仪在规定的加载条件下测定土的动态回弹模量，包括标准状态、平衡湿度状态、干湿循环条件和冻融循环条件等4种状态。
1.2 本试验适用于最大粒径不超过20mm 的土。
2 仪器设备
2.1 动三轴试验仪：由三轴室、加载系统、荷载与变形响应测量系统组成，如图T0194-1所示。
图T 0194-1 动三轴试验仪1—空气压缩机；2—稳压器；3—围压压力传感器；4—通气管；5—围压管；6—作动器；7—轴向压力传感器；8—球形螺栓；9、16—位移传感器；10—顶部压盘；11—通气阀门；12—三轴室；13、围压室；14—底部压盘；15—试件底座；17—加载杆；18—试件上帽；19、24—透水石；20、23—滤纸；21—试件；22—橡皮膜；25—底座；26—排水通道；27—加载架；28—通讯线缆；29—控制器；30—计算机。
2.2 三轴室：采用聚碳酸酯、丙烯酸或其他适宜的透明材料制成。
2.3 加载系统：能够产生重复循环半正矢脉冲轴向荷载（如图T 0194-2）的闭路电液压或电气压试验机；围压控制精度1.0kPa。
2.4 荷载与变形响应测量系统：轴向荷载传感器，精度不小于最大荷载量程的1/500；三轴室围压压力表、压力计或压力传感器监测，控制精度1.0kPa；LVDT 位移传感器，线性度为量程的±25%，重复精度为量程的±1%，最小灵敏度为2mv/v(AC)或5mv/v(DC)；可自动采集数据的数据采集系统。
2.5 其他附属设备包括：对开成型筒，承膜筒，击实设备，橡皮膜，天平，烘箱等。图T 0194-2 半正矢形加载波
3 试验步骤
3.1 按需要取原状土或用扰动土制备所需状态的试件。原状土试件长度至少是直径的2倍；扰动土试件直径100mm、高200mm。标准回弹模量试验应按照本规程T0102 试验的规定在最佳含水率条件下进行试件制备；平衡湿度状态下的回弹模量试验应按照本规程T0192试验4.2 条的规定进行试件制备；干湿循环条件下的回弹模量试验应按照本规程T 0192 试验
4.2 ~4.5 条的规定进行试件制备；冻融循环条件下的回弹模量试验应按照本规程T0193试验.1 ~4.8 条的规定进行试件制备。
3.2 在三轴室底座上依次放上透水石、试样、透水石和试帽，将橡皮膜套在试样与透水石外，并将橡皮膜两端与底座及试帽分别扎紧。橡皮膜厚度不应超过试件直径的1%。应注意使试件中心与加载架的中心对齐。
3.3 安装位移传感器，打开所有通向试件内部的排水管阀门。
3.4 连通围压供给管和三轴室，对试件施加30.0kPa 预载围压，并对试件施加至少1000次的半正矢脉冲荷载，频率10Hz，加载时间0.1s，间歇时间0.9s，粗粒土试样最大轴向应力可取66.0kPa，细粒土试样最大轴向应力可取61.0kPa。若试件总的垂直永久应变达到5％，预载停止，应分析原因或重新制备试件。
3.5 调整围压和半正矢脉冲荷载至目标设定值，以10Hz 的频率重复加载100 次，其中加载时间0.1s，间歇时间0.9s。粗粒土试样加载序列可参照表T 0194-1 执行，细粒土加载序列可参照表T 0194-2 执行。采集每个加载序列最后5 个波形的荷载及变形曲线，以及加载全过程的垂直永久应变。每个加载循环，变形记录数据不少于200 个。加载过程中，若试件总的垂直永久应变超过5%，应停止试验并记录结果。
3.6 加载完成后，将围压降为0，从三轴室移出试件，去掉橡皮膜，用整个试件测定含水率。
表T 0194-1 粗粒土试件加载序列
加载序列号围压应力3  (kPa)接触应力𝜎𝑐 (kPa)循环应力d  (kPa)轴向应力max (kPa)荷载作用次数
0-预载 30 6 60 66 1000
1 15 3 8 11 100
2 30 6 15 21 100
3 45 9 23 32 100
4 60 12 30 42 100
5 80 16 40 56 100
6 15 3 15 18 100
7 30 6 30 36 100
8 45 9 45 54 100
9 60 12 60 72 100
10 80 16 80 96 100
11 15 3 30 33 100
12 30 6 60 66 100
13 45 9 90 99 100
14 60 12 120 132 100
15 80 16 160 176 100
表T 0194-2 细粒土试件加载序列加载序列号围压应力3  (kPa)接触应力𝜎𝑐 (kPa)循环应力d  (kPa)轴向应力max  (kPa)荷载作用次数
0-预载 30 6 55 61 1000
1 60 12 30 42 100
2 45 9 30 39 100
3 30 6 30 36 100
4 15 3 30 33 100
5 60 12 55 67 100
6 45 9 55 64 100
7 30 6 55 61 100
8 15 3 55 58 100
9 60 12 75 87 100
10 45 9 75 84 100
11 30 6 75 81 100
12 15 3 75 78 100
13 60 12 105 117 100
14 45 9 105 114 100
15 30 6 105 111 100
16 15 3 105 108 100
4 结果整理
4.1 根据每个加载序列最后5 次循环的动态回弹变形，按式（T 0194-1）计算动态回弹模量，并取该序列的均值。
𝑀􀯋 =（T 0194-1）
式中：MR ——动态回弹模量，计算至0.1MPa；
𝜎􀯗 ——循环应力（MPa）；
𝜀􀯋 ——轴向回弹应变。
4.2 根据每个加载序列对应的动态回弹模量均值，按式（T 0194-2）所示的动态回弹模量166模型，采用非线性拟合技术，确定模型参数k1、k2、k3。（T 0194-2）
式中： R M ——动态回弹模量（MPa）；
 ——体应力（kPa）， 1 2 3    ， 1  、2  、3  为主应力；
oct  ——八面体剪应力（kPa）， ( ) ( ) ( )2 /3
 为主应力， 2 3  = ， 1 d 3  1.2 ；
i k ——回归常数， 1 k 、2 k ≥0， 3 k ≤0；
a p ——参照气压（100kPa）。
4.3 本试验记录格式如表T 0194-3。
表T 0194-3 动态回弹模量试验记录
土样编号 实验者
土样说明 校核者
压实干密度 1.92 g/cm3 试验日期
压实含水率 12.4% 测试完成含水率 12.3%
序列号围压应力3 (kPa)循环号轴向应力max (kPa)循环应力d (kPa)接触应力𝜎􀯖(kPa)回弹变形H1(10-3mm)回弹变形H2(10-3mm)回弹变形均值Ha(10-3mm)回弹应变𝜀􀯋（10-3）动态回弹模量𝑀(MPa)1 60
1 41.70 29.67 12.03 10.95 10.85 10.90 0.109 272.20
2 42.15 30.10 12.05 11.19 11.01 11.10 0.111 271.17
3 42.35 30.28 12.07 11.31 11.09 11.20 0.112 270.36
4 41.58 29.57 12.01 10.87 10.73 10.80 0.108 273.80
5 40.32 28.34 11.98 10.48 10.12 10.30 0.103 275.15
平均
272.54
2 45
1 37.27 28.31 8.96 10.85 10.55 10.70 0.107 264.58
2 39.60 30.55 9.05 12.14 11.46 11.80 0.118 258.90
3 39.08 30.05 9.03 11.77 11.23 11.50 0.115 261.30
4 38.25 29.27 8.98 11.34 10.86 11.10 0.111 263.69
5 39.05 30.04 9.01 11.87 11.13 11.50 0.115 261.22
平均 261.94
4.4 精度和允许差
每个加载序列的动态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均值动态回弹模量相差均不应超过5%，否则应重做试验。
5 报告
5.1 试样性状描述。
5.2 测试方法。
5.3 任何反常现象，如预加载或加载过程中垂直永久应变大于5%。
5.4 三参数k1、k2、k3；回归所得的相关系数与标准差；动态回弹模量。

条文说明

1 《公路路基设计规范》（JTG D30—2015）要求路基结构应以路床顶面的动态回弹模量为设计指标。本试验可以用于测试标准状态下路基土的动态回弹模量，亦可以根据平衡湿度状态、干湿循环或冻融循环条件制备所需状态的试件，进行动态回弹模量试验，进而获得路基回弹模量湿度调整系数和路基回弹模量折减系数。
  室内动态回弹模量测试方法包括动三轴测试法、方向剪切测试法、扭剪测试法、真三轴测试法、共振柱测试法、空心圆柱扭剪测试法等。其中，重复加载动三轴测试法是较为成熟和便于应用的方法。本规程主要基于美国AASHTO、FHWA、NCHRP 的规定，并结合我国交通部西部交通科技项目的相关成果而编制。
2 采用全自动加载系统和数字模拟采集技术，能够显著减小人为误差的影响。图T0194-1 中所示的为外置式LVDT 测量系统，测量值为系统的轴向总位移，包括系统中任何外来的（相对试件变形）轴向变形（如多孔透水石的变形以及所有接触界面间的变形）。对于刚度大、变形小的试件，也可以采用内置式LVDT（LVDT 安装于试件顶盖与三轴室底座之间）来减小误差。LVDT 轴杆上的灰尘与轴杆的偏斜将阻碍LVDT 运动，试验前需要检查或调整LVDT 能自由运动而不受黏滞。每个LVDT 需要分别读数，采用所测位移的平均值计算回弹模量。
3.1 对于试件尺寸，国外一般均要求试件高度不小于2 倍直径，但直径的最小值规定从70mm 到100mm 不等。本方法针对最大粒径不超过20mm 的土，规定了100mm 的最小直径要求；若进行大粒径粗粒土的动态回弹模量试验，需要增大试样的直径和高度。
3.4 大部分方法将0.1s 作为代表性的加载时间，T292-91 则以深度20in 与车速72km/h168为临界状态，按实际深度和车速在0.05~0.15s 之间取加载时间值，NCHRP 1-28A 则考虑移动轮载在路基作用时间比路面结构长，将路基材料的加载时间增加为0.2s。根据试验研究，加载时间对于动态回弹模量的影响并不显著；为与其他试验方法相统一，本规程取0.1s。
3.5 加载序列系根据NCHRP1-28A，结合我国公路路基的典型应力水平而制定的。对于粗粒土的推荐加载序列，主要考虑同时提高两个主应力来维持常主应力比，按此加载进程，材料仅是在施加破坏线以下的所有应力组合之后才破坏，试件过早破坏的潜在可能性被降到最小，且在最大应力状态区域获得最多数量的数据点。对于细粒土的推荐加载序列，主要考虑其强度由黏聚力控制（黏结强度越高的材料，其极限破坏偏应力越高），且主应力比是不重要的，故应力加载序列从最小的偏应力开始可以使材料过早破坏的可能性降到最低。
4.2 为使得模型回归参数k1、k2、k3 具有可比性，使用式（T 0194-1）进行回归时，RM采用的单位为MPa，各应力及参照气压单位均采用kPa。
5.4 由于路基土是典型的应力依赖性材料，动态回弹模量随路基的应力水平而改变，因此本方法最终的结果整理以提供k1、k2、k3 三个模型参数为主。鉴于传统使用习惯，可同时给出总结性参考模量，该模量根据回归所得的k1、k2、k3，设定体应力 为70kPa、八面体剪应力Toct为13kPa，按照式T 0194-2 计算得到。 

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