EVD与K30的相关关系式
路基动态变形模量Evd与地基系数K30的相关性研究——以湘桂高速铁路扩改工程为例
路基动态变形模量E vd与地基系数K30的相关性研究——以湘桂高速铁路扩改工程为例秦立朝1，徐国元2（1. 湖南高速铁路职业技术学院，湖南衡阳 421001；2. 华南理工大学，广东广州 510641）摘 要：依据湘桂高速铁路扩改工程实况，对路基动态变形模量E vd与地基系数K30的相关性进行研究。
分别对基床底层和基床表层的E vd和K30进行一元线性回归分析，得到二者相关系数R分别为0.96和0.92，表明二者具有良好的相关性。
利用一元线性回归分析结果进行反算，得到的K30与TB 10621-2014《高速铁路设计规范》给出的标准相近。
综合考虑检测的便捷性和施工的高效性，可以将E vd作为路基压实质量控制的主要力学指标，而K30可通过E vd估算得到。
关键词： 高速铁路；路基工程；动态变形模量；地基系数；相关性；一元线性回归中图分类号：U416.1 文献标识码：A文章编号：2095-8412 (2019) 02-001-04工业技术创新 URL: http: // DOI: 10.14103/j.issn.2095-8412.2019.02.001引言我国高速铁路所特有的运行速度快、舒适度高、正点率高、安全可靠等特点，对其技术标准提出了更高的要求。
然而，路基病害的不断产生，对高速铁路正常运营造成了潜在威胁。
高速铁路施工工期较短，使得路基固结时间不够、压实不到位，成为导致高速铁路路基病害的主要原因，而路基变形的控制能够防止病害，应成为高速铁路路基填筑的主要考虑因素。
此外，路基刚度的均匀性、列车运行条件及自然条件下的稳定性，也是高速铁路路基填筑与普通铁路不同的两个方面[1]。
1 路基填筑标准研究现状长期以来，我国铁路路基填筑设计和施工的质量控制标准主要是压实系数、相对密度及孔隙率等压实度参数。
这些指标虽然具有检测方便、结果直观等优点，但仅能间接反映填筑土层的力学性能。
为了保证路基填土的强度及变形指标满足要求，20世纪70年代以后，许多国家和地区开始采用强度及变形指标，如地基系数K30、加州承载比（CBR）等，作为路基填筑的质量控制标准。
K30EvEvd
各自的测试原理 • 动态变形模量Evd 操作时，除了平整场地和垫铺干砂外，要预先施加三次 冲击荷载，然后作三次落锤冲击试验，求平均值。尽管预先 施加三次冲击荷载，但由于反弹很难保证载荷板同地面的结 合象静载那样良好，测试的沉降在很大程度上是界面的影响， 测试值其实也不是真正意义上的动态变形模量，出现了动态 的变形模量远小于静态变形模量的结果，德国的试验显示 Ev2/Evd的比率为1.0～4，其意义实际上是一个用于质量控制 和检验的与试验方法有极大关系的参数。
各自的测试原理
• 动态变形模量Evd
各自的测试原理
• 动态变形模量Evd
各自的测试原理 • 动态变形模量Evd 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：
EVd 0.79(1 2 )r / s 1.5r / s 22.5 / s
各自的测试原理
• 变形模量Ev1和Ev2
各自的测试原理 • 变形模量Ev1和Ev2 变形模量计算的理论基础是弹性半空间体上圆形局部荷 载的公式： E0 0.79(1 2 )r / s 取μ为0.21，并采用增量形式：
EV 1.5r / s
计算0.3到0.7的割线。为了有效地利用测试记录的数据，减小 误差也采用对试验数据作二次回归： s a0 a1 a2 2 利用下式计算：
各自的测试原理
• 地基系数K30
各自的测试原理
• 地基系数K30
各自的测试原理 • 地基系数K30 试验的基本步骤为： 1.平整场地，除去松土； 2.安置平板载荷仪； 3.加载。 加载为分级加载。按《铁路工程土工试验规程》 TB10102—2004，加载为先预加0.01MPa荷载30s，待稳定后 卸除荷载，然后以0.04MPa的增量，逐级加载。每增加一级 荷载，当1min的沉降量不大于该级荷载沉降量的1%时，增加 下一级荷载。当总沉降量超过规定的基准值(1.25mm)，或者 荷载强度超过估计的现场实际最大接触压力，或者达到地基 的屈服点，试验即可终止。而以前，在K30试验中，加载一般 采用0.035MPa为一级，且预压荷载也为0.035MPa。
铁路工程土工试验
• 沉陷测试范围：0.1~2.0mm±0.05mm • Evd测试范围：10MPa~225MPa
中铁五局工程试验检测 中心/贵州铁建
现场操作
• 测试前的准备工作： 整平测试面，使荷载板与地面良好接触； 检查仪器标明的落距
中铁五局工程试验检测 中心/贵州铁建
• 测试步骤： • 将落锤提升至挂钩装置上挂住，保证导向 杆竖直，使落锤脱钩并自由落下，当落锤 弹回时将其抓住并挂在挂钩上。按此操作 进行三次预冲击。 • 按上面的方法进行三次冲击测试，作为正 式测试记录。测试时应避免荷载板的移动 和跳跃。 • 测试时应记录土的种类、含水率等相关参 数。
中铁五局工程试验检测 中心/贵州铁建
• 灌砂法、灌水法的适用范围 • 灌砂法适用于最大粒径小于20mm的土的密 度的测定。 • 灌水法适用于最大粒径小于60mm的土的密 度测定。
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• 颗粒密度试验应根据土粒不同粒径，分别 采用下列方法： • 1、粒径小于5mm的土采用量瓶法； • 2、粒径等于大于5mm的土，其中大于 20mm的颗粒含量少于10%时用浮称法，多 余10%时用虹吸筒法； • 3、当土中同时含有5mm以上和以下的颗粒 时，应分别采用以上方法测定，然后根据 比例进行计算。
• 现场仍然有很多不满足要求的设备在使用， 主要表现为荷载板无水准泡，也未配备水 平尺，不能保证荷载板竖直传力；测桥不 规范，现场多采用2个百分表进行荷载板沉 降量测量，无法保证所测沉降量为荷载板 中心沉降量；千斤顶油压表精度多为1.0或 1.5级，不满足精度要求，在加荷过程中， 一些荷载值需要靠估读，无法保证试验数 据准确性。（见图2）
中铁五局工程试验检测 中心/贵州铁建
• 校正后试样的最优含水率
铁路路基检测技术
名词解释
1） 不均匀系数： Cu=d60/d10 和曲率系数Cc一样用于填料颗粒级配分析。
（Cc=d30²/d10*d60） 级配良好（Cu≥5 且Cc=1~3）， 不良（Cu<5且Cc≠1~3） d10、d30、d60分别为颗粒级配曲线上相应于总质量10%、30%、60%含
⑴场拌法：采用专用的破碎、拌和机械工厂化生产。主要优点是 拌和均匀，质量易控，但成本高、效率低。主要工艺流程：填料 摊铺、晾晒---含水量检测---填料入仓---机械破碎---粒径检测---添 加剂含量检测---添加剂+破碎料机械拌和----均匀性检测---出场--摊铺、平整、碾压。
⑵路拌法：采用路拌机械在路堤施工现场拌和。方法简便，成本 低,一般限用于含水量变化对压实效果影响较小的土类。但受气候 影响大，污染较大，改良土的质量不易稳定。主要工艺流程：填 料摊铺、晾晒---添加剂含量检测---拌和---含水量、均匀性检测--平整、碾压。
2.改良土的分类
2.1改良方法分类
填料改良：是指在原土中添加某种材料，使之与土发生一定的物 理化学反应，以改变原土的物理力学性质。填料改良已在国内外 高速铁路、公路土方工程中广泛应用，各国均制订自己的“技术 准则”或“工法”。
⑴物理改良：通过在原土中添加某种粒径的土（石）料，改善其 级配（Cc，Cu）特性，提高物理力学性能及压实性。
由于K30的荷载板直径只有300mm,因此对所填路基土的颗粒粒径 和级配有一定的限值，否则颗粒粒径过大，级配不均匀，K30的测 试结果就会带来较大的误差，难以真实反映路基的压实情况。根 据检测经验，K30适用于均匀地基土（如粗、细粒土）的地基系数 检测，对于拌合较均匀的级配碎石也是符合测试要求的，对于颗 粒不均匀的碎石土，其K30检测就难以得出准确可靠的测试结果。
21 平板载荷试验(合并稿)
2.1 术语2．1．7动态变形模量dynamic modulus of deformation动态变形模量是指土体在一定大小的竖向冲击力F s和冲击时间t s作用下抵抗变形能力的参数。
它由平板压力公式E vd =1.5×r×σ/s计算得出。
其中E vd为动态变形模量（MPa）；r为圆形刚性荷载板的半径（mm）；σ为荷载板下的最大冲击动应力，它是通过在刚性基础上，由最大冲击力F s=7.07KN且冲击时间t=18ms时标定得到的，即σ=0.1 MPa；s为实测荷载板下沉幅值，即荷载板的s沉陷值（mm）；1.5为荷载板形状影响系数。
实测结果采用公式E vd =22.5/s计算。
2.2符号2.2.2 力学性指标E——动态变形模量vd21 平板载荷试验21.1 一般规定21.1.1 K30平板载荷试验是用直径为30cm的荷载板测定下沉量为1.25mm地基系数的试验方法。
计量单位MPa/m。
21.1.2 E vd动态平板载荷试验是采用动态变形模量测试仪来监控检测土体承载力指标---动态变形模量E vd的试验方法。
它通过落锤试验和沉陷测定来直接测出反映土体动态特性的指标E vd，其计量单位MPa。
21.1.3 适用于粒径不大于荷载板直径1/4的各类土和土石混合填料。
21.1.4 测试有效深度范围为400～500mm。
21.2 K30平板载荷试验21.2.1试验应符合下列要求1 对于水分挥发快的均粒砂，表面结硬壳、软化、或因其它原因表层扰动的土，平板荷载试验应置于扰动带以下进行。
2 对于粗、细粒均质土，宜在压实后2～4小时内开始终不渝进行。
3 测试面必须是平整无坑洞的地面。
对于粗粒土或混合料造成的表面凹凸不平，应铺设一层约2～3mm的干燥中砂或石膏腻子。
此外测试面必须远离震源。
以保持测试精度。
4 雨天或风力大于6级的天气，不得进行试验。
21.2.2 本方法应采用以下仪器、设备1荷载板：荷载板为园形钢板, 其直径为30cm、板厚为25mm。
k30、evd检测方案
客运专线铁路路基K30、E vd检测方案1、地基系数K30检测1.1 名词解释地基系数K30地基系数K30是表示土体在荷载作用下，下沉量基准值所对应的荷载强度与下沉量基准值的比值。
它是用直径为300mm的刚性承载板进行静压平板载荷试验，取第一次加载测得的应力—位移（σ—s）曲线上s为1.25mm所对应的荷载σs，按K30=σs／1.25计算得出，单位:MPa/m。
见《铁路工程土工试验规程》TB 10102－2010。
1.2 K30平板载荷试验的适用条件和要求对平板载荷试验测试值大小的影响因素很多。
包括填料的性质、级配、压实系数、含水率、碾压工艺、最大干密度、最佳含水量、试验操作方法及测试面平整度等。
为了规范试验过程，提出了平板载荷试验的适用条件和要求。
1.2.1K30平板载荷试验适用于粒径不大于载荷板直径1/4的各类土和土石混合填料。
由于K30的荷载板直径只有300mm．因此对所填路基土的颗粒粒径和级配有一定的限值，否则颗粒粒径过大，级配不均匀，K30的测试结果就会带来较大的误差，难以真实反映路基的压实情况。
根据秦沈客运专线的经验，K30适用于均匀地基土(如粗、细粒土)地基系数K30的检测，对于拌和较均匀的级配碎石也是符合测试要求的，而对于颗粒不均匀的碎石土，其K30检测就难以得出准确可靠的测试结果。
1.2.2K30平板载荷试验的测试有效深度范围为400～500mm。
由于K30平板载荷试验成果所反映的是压板下大约1．5倍压板直径深度范围内地基土的性状，因此要想真实全面地反映更深土层的情况，尚需结合其他的检测手段进行综合评定。
1.2.3对于水分挥发快的均粒砂，表面结硬壳、软化、或因其他原因表层扰动的土，平板载荷试验应置于扰动带以下进行。
影响K30测试结果的因素很多，但含水量变化是造成K30测试结果偶然误差的主要因素，也就是说K30测试结果具有时效性。
一般来说，控制在最佳含水量附近施工，路基压实系数较高，路基质量好，基床表面刚度较大，K30测试结果较高。
Evd和K30的关系换算
一、Evd动态变形模量测试仪的功能1、采用Evd动态变形模量测试仪进行动态平板载荷试验，主要用于铁路、公路、机场、城市交通、港口及工业与民用建筑的地基承载力检测。
可用于监测土、非胶结路面基层及改良土的压实质量。
它适用于最大粒径小于63mm的土类以及土石混合料。
2、Evd在铁路中已应用于以下工程：既有线提速改建（胶济线、郑徐线、武九线、浙赣线）新建高速铁路（京沪高速昆山试验段）新建客运专线（秦沈客运专线）新建普速铁路（新长线、宁启线、渝怀线）3、既有线提速改建中Evd可作为K30的快速方法，推算出K30值；4、高速铁路中Evd直接作为基床表层和过渡段的压实指标，与 K30同时作为必检指标。
二、Evd动态变形模量测试仪的优点1、模拟高速列车对路基产生的动应力进行动载测试，能够反映土体的实际受力情况。
其荷载板下的最大动应力σ=0.1 Mpa，与高速铁路设计的土的动应力相符。
2、测试速度快，检测一点只需约2分钟。
在检测数量不变的情况下，可以缩短检测时间，不影响施工进度；在相同的检测时间内，可以增加检测数量，使测试数据更具有代表性；施工中可以随时跟踪检测，发现问题及时处理，真正实现施工过程中的质量监控。
3、操作简便、自动化程度高、大幅度减轻劳动强度。
避免人工读表、记录、绘图、计算产生的误判和误差；全自动数据处理系统，数据液晶显示且现场打印输出波形及结果，确保测试结果的准确、客观。
4、体积小、重量轻、便于携带、安装及拆卸方便。
仪器总重量不超过35kg，最大单件重不超过15kg，不需要额外的加载设备；仪器测试地点转移迅速、方便。
5、适用范围广。
该测试仪器除了可适用的土壤种类范围与K30相同外，还特别适应于施工场地狭窄的困难地段，如路基与桥涵过渡段的检测。
6、特别适合于受动荷载作用的铁路、公路、机场及工业建筑的地基质量监控测试。
7、环保型产品。
无核辐射以及废气等污染，利于环境保护和试验人员的身体健康。
三、 Evd动态变形模量测试仪的应用和发展状况目前，国际上广泛采用的是德国产HMP LFG型动态变形模量测试仪（亦称：轻型落锤仪），该仪器从开发应用至今己有20多年的历史，仪器的性能、质量、功能以及软件已相当完善，居国际领先地位，它已用于我国京沪高速铁路试验段项目中。
采用砂岩填料填筑路基时Evd与K30平板载荷试验的相关性研究
序 号
Ｅ （ Ｍ Ｐａ）
１ ｌ １ ２
ｌ ３
１ ４
１ ４ ７
１ ５
ｌ １ ８
１ ６
１ ４ ３
１ ７
３８ ９ ｌ ０ ２
１ ８
５ ３ ４ １ ７ ３
２ 动态 变形模 量 Ｅ 与 地基 系数 Ｋ ∞ 平 板荷 载试 验数 据 统 计及 分析
２１试 验 数 据 的 统 计
动态 变形 模 量Ｅ 与地 基 系数 Ｋ 试验 同属 于 检测 路 基 的强 度与 变 形 关 系
的平 板荷 载 试验 ， 只是 由于试 验 程 序和 数 据处 理 方 法 不 同 ， 表 述 的土 体 特征 参数 不 同而 已。 本文 通 过对 路基 施 工现 场 的 同一 检测 点 附近 分别 进 行Ｅ 和Ｋ 平 板 载荷 试验 ， 对得 到 的 两组具 有 代表 性 的试 验 数 据进 行 线性 同归 ， 从 而就 得 到 和
囵日圆圈
施工技术与应用
采用砂岩填料填筑路基 时Ｅ 与Ｋ ∞ 平板载荷试验 的相关性研 究
摘要： 通过 对 采用 砂岩 填 料填 筑 的路 基 进行 与 Ｋ 平 板 载荷 试 验 ， 对 得 到 的两 组试 验数 据进 行 分析 对 比、 回９ ３ － ， 从 而得 出结论 及 相 关建 议 。
３ ８ ． ９ ５１ ８ ３ ９ ２
Ｋ３ ０（ Ｉ ＭＰ ａ ／ ｍ） ｌ ５ ４ ９ ７
１ ４ ９
ｌ ５ ２
ｌ ７ ６
ｌ ０ ７
动 态变 形 模 量Ｅ 提 指 土体 在 一定 大 小 的竖 向冲 击力 和 冲 击 时间 作 用 下 抵 抗 变形 能力 的参数 ， 单 位ＭＰ ａ 。动 态 变形 模量 试 验适 用 于粒 径 不大 于 承 载 板 直径 １ ／ ４ 的各 类土 和 土石混 合 料 ， 测试 有效 深 度约 为 承载 板 直径 的 １ ． ５ 倍； 试 验 场 地及 环 境条 件应 符 合下 列 规 定 ： ① 测 试 面宜 水 平 ， 其倾 斜 度 不大 于 ５ 。， ② 测试 面应 平 整无 坑洞 ， ③试 验 时测试 面 应远 离震 源 。 动态 变 形模 量 Ｅ 棚０ 试仪 承 载 板 的直 径 为 ３ ０ ０ ｍ ｍ， 落锤 重 １ ０ ｋ ｇ ， 最 大 冲 击 力７ ． ０ ７ Ｋ Ｎ， 冲击 持续 时 间 １ ８ ｍ ｓ 。现场 试验 时 ， 应 先进 行三 次 预冲击 ， 然后 再 进 行 三 次冲击 试 验 ， 取 三次 试验 的平 均值 作 为试 验结 果 。试 验结 果按 下 式计 算 ：
《铁路工程土工试验规程》
《铁路工程土工试验规程》条文说明本条文说明系对重点条文的编制依据、存在的问题以及在执行中应注意的事项等予以说明。
为了减少篇幅，只列条文号，未抄录原条文。
21.1.1 本试验的编制主要是参照日本JISA1215-1995年修订版《公路的平板荷载试验方法》和德国DIN18134《平板荷载试验》-1993年修订板，并吸收近几年的科技发展成果和施工实践经验，同时针对在实际应用上存在问题予以修正，以便其能适合今后施工的需要。
K30-平板荷载试验是使用直径为30cm的荷载板通过试验求出地基反力系数，以标准值K30表示。
我国自1985年引用以地基反力系数K30值作为路基填料质量的检测控制指标以来，在铁路系统均以“地基系数”为基本用语，并已正式列入《铁路路基工程质量检验评定标准》(TB10414-98)和《铁路路基设计规范》(TB10001-99)。
因此，为了统一起见，此次编制中仍沿用“地基系数”作为基本用语。
并明确用语定义，即“地基系数”：系指以某一下沉量除与其相对应的荷载强度所得出的值，以标准值K30作为标记。
所谓下沉量是指荷载板在路基、基床层面上受荷载引起的中心垂直变形尺寸。
其中包含弹性变形和塑性变形两部分。
21.1.2 动态平板载荷试验是通过落锤试验和沉陷测定来直接获取土体动态特性的承载力指标“动态变形模量”值的，以E vd表示，其计量单位为MPa。
本试验主要是参照德国1997年颁布的《道路施工岩土试验技术规程----采用轻型落锤仪进行动态平板载荷试验》(TP BF－StB Teil B8.3)和德国1997年的补充修订版《轻型落锤仪在铁路施工中的使用准则》(DR－A2015)，并结合铁道部1999年科技研究开发计划项目（99G13）“秦沈客运专线路基关键技术研究----施工质量监控测试仪器的研制”的科技成果而编制的。
通过对秦沈客运专线及京沪高速铁路试验段的细粒土、粗粒土、碎石土和级配碎石等四种土共800多组的284动态变形模量E vd与地基系数K30的现场对比试验，其结果表明，E vd与K30之间具有良好的相关性，相关系数均在90%以上，利用某种条件下同类性质的土的E vd与K30的相关关系，可以由E vd值推算出测试点的K30值。
Evd和K30的关系换算
一、Evd动态变形模量测试仪的功能1、采用Evd动态变形模量测试仪进行动态平板载荷试验，主要用于铁路、公路、机场、城市交通、港口及工业与民用建筑的地基承载力检测。
可用于监测土、非胶结路面基层及改良土的压实质量。
它适用于最大粒径小于63m m的土类以及土石混合料。
2、Evd在铁路中已应用于以下工程：既有线提速改建（胶济线、郑徐线、武九线、浙赣线）新建高速铁路（京沪高速昆山试验段）新建客运专线（秦沈客运专线）新建普速铁路（新长线、宁启线、渝怀线）3、既有线提速改建中Evd可作为K30的快速方法，推算出K30值；4、高速铁路中Ev d直接作为基床表层和过渡段的压实指标，与 K30同时作为必检指标。
二、Evd动态变形模量测试仪的优点1、模拟高速列车对路基产生的动应力进行动载测试，能够反映土体的实际受力情况。
其荷载板下的最大动应力σ=0.1 Mpa，与高速铁路设计的土的动应力相符。
2、测试速度快，检测一点只需约2分钟。
在检测数量不变的情况下，可以缩短检测时间，不影响施工进度；在相同的检测时间内，可以增加检测数量，使测试数据更具有代表性；施工中可以随时跟踪检测，发现问题及时处理，真正实现施工过程中的质量监控。
3、操作简便、自动化程度高、大幅度减轻劳动强度。
避免人工读表、记录、绘图、计算产生的误判和误差；全自动数据处理系统，数据液晶显示且现场打印输出波形及结果，确保测试结果的准确、客观。
4、体积小、重量轻、便于携带、安装及拆卸方便。
仪器总重量不超过35kg，最大单件重不超过15kg，不需要额外的加载设备；仪器测试地点转移迅速、方便。
5、适用范围广。
该测试仪器除了可适用的土壤种类范围与K30相同外，还特别适应于施工场地狭窄的困难地段，如路基与桥涵过渡段的检测。