变形模量变形模量 Ev2Ev2 和动态变形模量和动态变形模量 EvdEvd 试验试验操作培训与技术交流资料操作培训与技术交流资料

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铁道科学研究院铁道建筑研究所铁道科学研究院铁道建筑研究所20062006 年年 11 月月

目 录

一、客运专线无碴轨道铁路设计指南（路基部分） 二、变形模量 Ev2 测试原理与操作要点 三、变形模量 Ev2 测试仪 AX01 使用说明 四、动态变形模量 Evd 测试原理与操作要点 五、动态变形模量 Evd 测试仪 ZFG 使用说明 六、地基系数 K30 与变形模量 Ev 及动态变形模量 Evd

的测试与对比

一、客运专线无碴轨道铁路设计指南（路基部分）

• 2 术 语 变形模量 Ev2 ： 由平板荷载试验第二次加载测得的土体变形模量。 动态变形模量 Evd ： 由落锤冲击施加一定大小和作用时间荷载的平板试验测得的土体

变形模量。 工后沉降： 在铺轨工程完成以后，基础设施产生的沉降量。 差异沉降： 在铺轨工程完成以后，路桥或路隧连接处的沉降差。 折角： 在铺轨工程完成以后，路基与桥梁或隧道间由于过渡段沉降造成

的弯折角度。

4 路 基4.1 一般规定

• 4.1.1 路基工程应按土工结构物进行设计，其地基处理、路堤填筑、边坡支挡防护以及排水设施等必须具有足够的强度、稳定性和耐久性，确保列车高速、安全和平稳运行。

• 4.1.2 路基工程应避免高填、深挖、长路堑和高大挡土墙。路堤高度原则上应大于基床厚度。一般路堤填土高度不宜超过 8m 。

• 4.1.3 路基工程勘察应查明地基地质状态和填料的工程性质，为地基和路基结构物的变形状态评价提供必要的地质资料。地质勘察横断面沿线路方向间距不大于 50m ，横断面上的地质点不应少于 3 个。过渡段或地质地形复杂地段应适当加密，并应在横断面之间作物探检查。

• 4.1.4 土质地基路基均应进行工后沉降分析。路基在无碴轨道铺设完成后的工后沉降应满足扣件调整和线路竖曲线圆顺的要求。工后沉降一般不应超过扣件允许的沉降调高量 15mm ；长度大于 20m 沉降比较均匀的路基，允许的最大工后沉降量为 30mm ，并且调整轨面高程后的竖曲线半径应能满足下列要求：

• 式中：——轨面圆顺的竖曲线半径 ,m ；• —— 设计最高速度 ,km/h 。• 路桥或路隧交界处的差异沉降不应大于 5mm ，过渡段沉降造成的路基与桥梁或隧道

的折角不应大于 1/1000 。• 4.1.5 无碴轨道路堤填筑后，应对路基沉降进行系统的观测与分析评估，观测断面沿线

路方向的间距一般不大于 50m ，过渡段和地形地质条件变化较大的地段应适当加密。在路基完成或施加预压荷载后应有 6 ～ 18 个月的观测和调整期，分析评估沉降稳定满足要求后方可铺设无碴轨道。

• 4.1.6 地质复杂、工后沉降难以控制或地下水位较高、路基易产生冻害和存在其他不稳定因素的路基区段，不宜铺设无碴轨道。

4.2 路基标准横断面

• 4.2.1 路基横断面宽度和布置型式的设计应根据线间距、轨道结构型式、曲线超高设置、路肩宽度、通信信号和电力电缆槽布置、接触网支柱基础位置、声屏障基础等因素来确定，并应综合考虑路基防排水问题。

• 4.2.2 直线地段路基标准横断面如图 4.2.2所示。路基面宽度可参照表 4.2.2 的规定 ,

• 4.2.3 直线地段路基面形状为梯形，混凝土支承层基础边缘以外设4%的横向排水坡。路基基床底层顶面及基床下路基面自中心向两侧设 4%的横向排水坡。

• 4.2.4 无碴轨道路基一般不考虑曲线加宽，当轨道结构和接触网支柱等设施的设置有特殊要求时，根据具体情况计算确定。

• 4.2.5正线区间路肩范围内设置的其它附属工程，包括接触网支柱基础，电力、通信、信号电缆槽及声屏障基础等不得影响路基的稳定和排水。

设计最高速度 (km/h)

线间距(m)

路基面宽度

单线 (m) 双线 (m)

200 4.4 8.6 13.0

250 4.6 8.6 13.2

300 4.8 8.6 13.4

350 5.0 8.6 13.6

• 4.3 基 床• 4.3.1 路基基床由表层与底层组成。表层厚度与无碴轨道

的混凝土支承层或混凝土底座的总厚度不应小于 0.7m ，底层厚度为 2.3m 。混凝土支承层或混凝土底座以外的路基面应设防排水层，采用厚 5 ～ 10cm沥青混凝土或C25混凝土。

• 4.3.2 基床表层采用级配碎石，材料规格应符合《客运专线基床表层级配碎石暂行技术条件》的要求，其压实标准应符合表 4.3.2 的规定。

• 表 4.3.2 基床表层级配碎石压实标准

填 料

压 实 标 准地基系数 K

30

（MPa/m）

变形模量 Ev2

（MPa）

动态变形模量 Evd

（MPa）

孔隙率 n

级配碎石 ≥190 ≥120 ≥50 ＜ 18%

• 4.5 路 堑• 4.5.1 软质岩、强风化硬质岩及土质路堑地段，

基床表层应满足 4.3.2 的要求；处于基床底层范围内的土质及压实标准不满足 4.3.3 的要求时，应作处理。

• 4.5.2 不易风化的硬质岩路堑的岩石面作成 4.2.3 中要求的形状，对凹凸不平处应以强度不小于 C25 的混凝土填平。

• 4.6.3 路堑与隧道过渡段• 土质、软质岩及强风化硬质岩路堑与隧道连接处，在

路堑基床范围内设置过渡段，采取混凝土与级配碎石厚度渐变过渡。

• 4.6.4 路堤与路堑过渡段• 路堤与路堑连接处应设置过渡段。路堤与硬质岩路堑

连接处过渡段采用水泥稳定级配碎石（掺加 3 ～ 5%水泥）填筑；路堤与土质及软质岩路堑连接处采用台阶方式过渡并回填与路堤相同的填料，压实标准应符合表 4.3.3 的规定。台阶顶部应设置横向排水盲沟。过渡段范围内的基床表层级配碎石掺 3 ～ 5%水泥。

• 2.3.3 荷载量测装置• 荷载量测表量程应达到最大试验荷载的 1.25倍，最大误差应不大于 1%。荷载量测表显示值应能保证承载板荷载有效位至少达到 0.001MPa

• 沉降量测装置由测桥和测表组成。测桥的测量臂可采用杠杆式（见图 2－ 2 ）或垂直抽拉式（见图 2－3 ）。测量臂应有足够的刚度。

• 承载板中心至测桥支撑座的距离必须大于 1.25m 。杠杆式测量臂杠杆比 hP:hM可在 1 ： 1至 2 ： 1范围内选择，选定后不得改变。为便于统一，可认为垂直抽拉式测量臂杠杆比为 1 ： 1 。沉降量测表最大误差应不大于 0.04mm ，分辨率应达到 0.01mm ，量程应不小于 10mm 。

• 2.3.4辅助工具• 辅助工具应包括：铁锹、钢板尺（长 400m

m ）、毛刷、刮铲、水准仪、铅锤、直尺、干燥中砂、石膏粉、油、遮阳挡风设施等。

• 2.3.5 测试仪器标定应符合下列规定：• 1 ）传感器、测表应按国家有关规定标定。• 2 ）变形模量 Ev2 测试仪必须每年标定一次

• 3 试验操作• 3.1 试验准备• 场地测试面应进行平整，并使用毛刷扫去表面松土。

当测试面处于斜坡上时，应将承载板支撑面做成水平面。

• 3.2 安置试验仪器• 3.2.1 安置承载板及千斤顶• 将承载板放置于测试点上，使承载板与地面完全接触，

必要时可铺设一薄层干燥砂（ 2 ～ 3mm ）或石膏腻子，同时利用承载板上水准泡或水准仪来调整承载板水平。

• 将反力装置承载部位安置于承载板上方，并加以制动。承载板外侧边缘与反力装置支撑点之间的距离不得小于 0.75m 。将千斤顶放在承载板的中心位置，使千斤顶保持垂直。用加长杆和调节丝杆使千斤顶顶端球铰座与反力装置承载部位紧贴。

• 3.2.2 安置测桥• 将沉降量测装置的触点自由地放入承载板上测量孔的中心位置，沉降量测表必须与测试面垂直。测桥支撑座与反力装置支撑点的距离不得小于 1.25m 。试验过程中测桥和反力装置不得晃动。 预先加 0.01MPa荷载约 30s，待稳定后卸除荷载，将沉降量测表读数调零。

• 3.3 加载与卸载• 变形模量 Ev2 试验第一次加载必须至少分 6级，并以大致相等的荷载增量（ 0.08MPa）逐级加载，达到最大荷载为 0.5MPa或沉降量达到 5mm 时所对应的应力后，再进行卸载。

• 承载板卸载应按最大荷载的 50%、 25%和 0 三级进行。卸载后，按照第一次加载的操作步骤，并保持与第一次加载时各级相同的荷载进行第二次加载，直到第一次所加最大荷载的倒数第二级。每级加载或卸载过程必须在 1min内完成。加载或卸载时，每级荷载的保持时间为 2min，在该过程中荷载应保持恒定。

• 1 ）试验中如果施加了比预定荷载大的荷载，则应保持该荷载，将其记录在试验记录表中，并加以注明。

• 2 ）当试验过程中出现承载板严重倾斜，以至水准泡上的气泡不能与圆圈标志重合或承载板过度下沉及量测数据出现异常等情况时，应查明原因，另选点进行试验，并在试验记录表中注明。

• 3 ）变形模量 EV2 测试仪包括数据自动采集计算和数据人工记录两种类型。数据自动采集计算型的变形模量 EV2 测试仪，可根据每级荷载的测试数据自动计算并打印荷载——沉降曲线和变形模量值。

三、变形模量 Ev2 测试仪 AX01 使用说明

仪器的主要技术参数和特点

测量范围 0～ 100kN

沉降变形测试 ±15mm

荷载板直径 300mm

电源 充电 2小时，连续使用约 48小时

打印机 热敏打印机，纸宽 57mm，纸筒ø30mm

数据卡 标准配置 32kB

工作温度 － 10℃～ 50℃

• 三、仪器的设定与调整• 1. 调整时间• 第一次使用时需要调整时间。按“ Start(开始）”键打开机器，反复按“Mode(模式）”键几次，直至出现“ Set Clock(调整时间）”，按“ Start(开始）”键选择确认。按“ Start(开始）”键调整光标处的数值，按“Mode(模式）”键移动光标。按“ Aus Off( 关机）”键结束。

• 2. 变更载荷板直径• 按“ Start(开始）”键打开机器，反复按“Mode(模式）”键几次，直至出现“Chang Device Type(变更设备型号）”，按“ Start(开始）”键选择确认。按“ Start(开始）”键调整板的直径，按“Mode(模式）”键结束。

• 3. 变更杠杆比• 按“ Start(开始）”键打开机器，反复按“Mode(模式）”键几次，直至出现“Chang Lever Type(变更杠杆形式）”，按“ Start(开始）”键选择确认。按“ Start(开始）”键调整杠杆比，按“Mode(模式）”键结束。变形架完全伸展时为 1 ： 2 。

• 4. 载荷复位• 按“ Start(开始）”键打开机器，反复按“Mode(模式）”键几次，直至出现“ Reset force(载荷复位）”，按“ Start(开始）”键选择确认。按“ Start(开始）”键复位。按“Mode(模式）”键结束。

• 5. 选择语言• 按“ Start(开始）”键打开机器，反复按“Mode(模式）”键几次，会出现语言种类，如“ Language English”。出现该种语言后，按“ Start(开始）”键即选定该种语言。按“ Aus Off( 关机）”键关机。

• 三、仪器的设定与调整

• 6. 校定设置• 按“Start(开始）”键打开机器，反复按“Mode(模式）”键几次，直至出现“Calibration (校定）”，按“Start(开始）”键选择确认。按“Start(开始）”键把显示置于零，按“ Aus Off( 关机）”键关机。

• 在该模式，可直接显示传感器的读数，而且，不考虑杠杆比，测试值后面的显示为校准机构调整的校定系数。

• 7. 仪器号及校准日期显示• 反复按“Mode(模式）”键几次，直至出现“ Deviceinfo-calibdate(查询仪器号校准时

间）”，按“Start(开始）”键选择确认。此时显示仪器号和校准时间。按“Mode(模式）”键结束。

• 8. 数据卡信息查询• 按“Start(开始）”键打开机器，反复按“Mode(模式）”键几次，直至出现“Card info(数据卡信息）”，按“Start(开始）”键选择确认。此时左边显示数据卡上的数据数目及最大容量，右边显示卡号。数据的最大容量是一个估计值，与试验的实际数据有关。卡号由删除时的日期和时间来生成。按“Mode(模式）”键结束。

• 9. 数据卡数据查询• 按“Start(开始）”键打开机器，反复按“Mode(模式）”键几次，直至出现“ View Card(查询数据卡）”，按“Start(开始）”键选择确认。显示已储存的试验数据，此时，如按“Print( 打印 )”可打印卡中的试验数据。按“ Aus Off( 关机）”键关机。

• 10. 数据卡清除或格式化• 按“Start(开始）”键打开机器，反复按“Mode(模式）”键几次，直至出现“ Delete Card (删除数据卡）”，按“Start(开始）”键选择确认，再按“Start(开始）”键删除数据。新卡在第一次使用前用此功能来格式化。按“Mode(模式）”键结束。

• 11. 仪器版本号显示• 反复按“Mode(模式）”键几次，直至出现“ Version No. (仪器版本号）”，按“Start(开始）”键选择确认，显示仪器系列号。按“Mode(模式）”键退出该模式。

1. 放置荷载板和变形支架。2. 连接荷载和位移传感器。蓝色插头为荷载传感器，插入蓝色插孔；黄色插头为位移传感器插入黄色插孔。3. 按“Start(开始）”键打开机器。此时显示时间和电量。4. 按“Start(开始）”键进入试验模式。显示“ (设备检查）”，调整位移传感器到零位。此时，如果传感器连接有误将出现错误提示。5. 荷载复位。按“ Start(开始）”键提示预加荷载 30s，并出现计时。用千斤顶预加 0.01MPa保持 30s。6. 按“Start(开始）”键后施加第一级荷载 0.08MPa，保持 60s或 120s。7. 按“Start(开始）”键，根据表中数据施加其他荷载。8. 全部加荷卸荷再加荷结束后按“Print( 打印）”键结束试验并打印试验结果。9. 按“ Aux Off”键关机。

三、仪器试验操作步骤

标准压力(MPa)

仪器上调整数 (kPa)

预加荷载0.010 10

一次荷载0.080 80

0.160 160

0.250 250

0.330 330

0.420 420

0.500 500

卸 载0.250 250

0.125 125

0.000 0

二次荷载0.080 80

0.160 160

0.250 250

0.330 330

0.420 420

四、在 PC 机上处理数据1. 连接读卡器到PC机，并安装驱动程序。2. 将随机配带 Excel 模板文件 axe(英文 )和 axec(中文 )文件复制到硬盘。3. 将数据卡插入读卡器。4. 打开 axe或 axec文件。5. 点击“ Read Card( 读卡 )”可从卡上读取和储存数据并自动添加到 Excel 文件形成试验报告。也可读取已储存的数据文件。在弹出的对话框中选择Card Read(scard)，并点击“ Search”确认正确的端口。对话框中的“ card info”用于显示卡的信息；“ Read card”用于读卡并储存；“ Read file”用于读取磁盘文件；“ Data->Excel”用于转化选定的数据到 Excel，可单个也可全部 ( 选 all)；“ Delete card”用于删除卡中的数据，“ Info”显示版本及版权等等；“Close”关闭对话框；选定“ transfer only to statistics”时，仅将数据添加到统计工作表而不增加报告工作表。6. 在 Excel中处理和打印报告。

四、动态变形模量 Evd 测试原理与操作要点

• 1. 测试原理• 动态变形模量 Evd是由落锤冲击施加一定大小和作用

时间荷载的平板试验测得的土体变形模量。通常，载荷板的直径也为 300mm ，锤重为 10kg，最大的冲击力为 7.07kN，荷载脉冲脉冲宽度 18mm 。试验记录落锤冲击时板的沉降。在假定冲击力恒定和泊松比μ为 0.21 的情况下，由弹性半空间体上圆形局部荷载的公式计算模量：

ssrsdEVd /5.22/5.1/)1(79.0 2

ssrsdEVd /5.22/5.1/)1(79.0 2

• 2. 试验场地及环境条件• 1 ）测试面宜水平，其倾斜角度不大于 5°。

• 2 ）测试面必须平整无坑洞。对于粗粒土或混合料造成的表面凹凸不平，可用少量细中砂补平。

• 3 ）试验时测试点必须远离震源。

Evd 测试仪的校验与标定

• 4 试验操作步骤• 测试前的准备工作：• 1)测试面应整平。应使荷载板与地面良好接触。必要时可用少

量的细中砂来补平。• 2)导向杆应保持垂直。• 3)检查仪器标明的落距。• 测试步骤：• 1)荷载板放置在平整好的测试面上，安装上导向杆并保持其垂

直。• 2) 将落锤提升至挂（脱）钩装置上挂住，然后使落锤脱钩并自

由落下，当落锤弹回后将其抓住并挂在挂（脱）钩装置上。按此操作进行三次预冲击。

• 3) 正式测试时按上述第 2 ）项的方式进行三次冲击测试，作为正式测试记录。测试时应避免荷载板的移动和跳跃。

• 4)测试时，应记录每个测点的工作名称、检测部位、试验时间、土的种类、含水率以及相关的参数。

五、动态变形模量 Evd 测试仪 ZFG 使用说明

• 动态变形模量测试仪 ZFG02 操作手册• 相应于• 德国技术规范道路建造土工与岩石技术规范 TP BF－StB Part B8.3

• 附件：带集成数据存储的电子变形数据仪• 本册仅为 Zorn公司先前的许可。我们保留进一步发展

进行技术变更的权利。• 铁道科学研究院铁道建筑研究所• 地址：北京市海淀区西直门外大柳树路 2号• 邮编： 100081• 电话： 010-62256469, 010-51849165• E-Mail: liuhw@rails.com.cn, lhw3489@rails.com.cn

• 1. 轻型落锤仪使用说明• 轻型落锤仪由能够产生一定荷载脉冲的加载装置、承载板和带

有集成数据存储器和 RS232 接口的电子变形数据仪 ZSG02组成。• 加载装置由一个 10kg（ ZFG06 为 15kg）落锤构成，它能自

由下落到一个钢弹簧，并产生一个峰值为 7.07kN和 18ms 宽度的荷载脉冲。为了保证操作安全，落锤配有运输锁定栓和带有稳定装置的导杆。为维持每次测试的恒定下落高度，在导杆的顶部装有一个能够固定和释放落锤的机构。

• 在直径 300mm承载板下平均的压力幅值是 0.1MN/m2 。在承载板上固定有两个手柄和一个带有荷载定心球的缸体，缸体内部装有一个加速度计用于测试中心的变形。

• 电子变形数据仪 ZSG02是一个小型手持数字记录仪，能够自动触发和连续存储，可以由可充电电池和交直流适配器以及汽车电力来供电。

• 仪器共有 4种操作模式：• 1. 测试模式，用于野外日常试验，完成三次荷载脉冲（测试序列），计算平均值，连续显示动态变形模量并存储。在日常的试验过程中，由三次荷载脉冲产生的承载板变形被连续测量并被存储。另外，三次变形峰值以 mm显示，当再次按下开始按钮后，显示三次变形的均值和动态变形模量 Evd （单位MN/m2 ）。

• 2.打印机模式，是能够附加输出打印测试数据的理想测试模式。操作与日常试验操作相类似。按开始按钮以后三条变形随时间的曲线、单次测试数据、平均值和动态变形模量以及连续测试序号等资料被直接连接在串口的微型打印机打印。

• 3. 数据存储和传输模式，用于传送在 ZSG02储存的数据到个人电脑。通过串口，在 ZSG02 中储存的数据可以被传送到PC机用于统计计算。

• 4.标定模式，用于标定轻型落锤仪，任何单次测试均不用于平均值计算，而是用于检查仪器的功能。标定仪器时，变形速度峰值的测试仅针对一次脉冲，既不计算一定重复测试的均值也不计算变形模量 Evd 。如果正在使用标定模式，在按开始按钮后下次测试将立即执行。这个模式可以在规定试验场合提供标定系数的调整。应用标定模式，显示器显示储存在 ZSG02 中数据的修正系数，而该校正系数直接依赖于地球的重力加速度。其后提供简单的功能检查用于现场状况。在标定模式，所有的设备都将打开，因此，应使用现场汽车电力或实验室交直流适配器供电。

• 在电子变形数据仪中集成有一个石英时钟以及一个自动镍镉电池充电器。

• 仪器自带一个 AC-DC适配器和汽车电力供电接头（用来插入汽车香烟点火器）。可充电电池可以用 AC-DC适配器通过 220V电力电源或在汽车熄火的情况下由汽车 12V电瓶充电。

• 当打开电子变形数据仪 ZSG02 后，试验仪器能够使用任何工作模式而不管电源连接器使用与否。为阻止充电电池无意义的放电，在设备内装有一个自动开关。在使用电池进行测试时，最后按开始按钮 4 分钟后电源自动关闭。发生电源自动关闭后，下次试验需要按开关按钮。微型打印机开关在完成打印输出后一分钟关闭。另外，自动关机也发生在充电电池达到放电极限的时候。

• 4. 标定• 轻型落锤仪 ZFG02 在交货前经过了标定。标定后，机械加载装置、集成

加速度计的承载板和电子变形数据仪是一个整体。如果分开组件独立使用将不保证其精度。

• 落锤的下落高度标定值和标定日期记录在落锤上。应定期检查落锤的下落高度。标定日期也记录在 ZSG02背后。

• 轻型落锤仪每年应在受权的地方标定一次。下面列出受权的试验地点。

• Gerhard Zorn, Mechanische Werkstätten• Benzstr.1• D-39576 Stendal Germany• 电话： +49(0)3931-212579 传真： +49(0)3931-713004

• Landesmaterialprüfamt Sachsen-Anhalt• Dezernat straβenbauprüfung• Stresemannstraβe 6c, 39104 Magdeburg, Germany• 电话： +49(0)391-56 92 600 传真： +49(0)391-56 92 666

• 铁道科学研究院铁道建筑研究所• 地址：北京市海淀区西直门外大柳树路 2号• 邮编： 100081• 电话： 010-62256469, 010-51849165• E-Mail: liuhw@rails.com.cn, lhw3489@rails.com.cn

• 然后按如下程序执行：• —调整导杆垂直；• —紧压导杆到承载板；• —释放落锤；• —利用落锤上的环形手柄在反弹后将落锤回送到导杆

的顶端；• —锁定落锤到导杆的顶端。• 在回送落锤到导杆顶端的过程中 , 落锤可能意外再次

落下 ,但不影响测试结果，因为仅存储和显示第一次的变形峰值。第二次荷载脉冲的施加仿照上述进行。

请批评指正！

谢谢 !