高速铁路路基质量检测指标K30、Ev2、Evd的相关性分析
2020-01-11
来源:星星旅游
第35卷第1期 北京交通.大学学报 V01.35 No.1 2011年2月 kL OF BEIJING J IA rr ! ! Feb.2011 文章编号:1673—0291(2011)01—0049—05 高速铁路路基质量检测指标K30、E v2、E vd的 相关性分析 朱浩波 ,一,曲宏略 ,张顶立 (1.北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044; 2.中国水电集团,北京100048;3.西南交通大学,成都610015) 摘要:高速铁路施工中同时采用了K3o、Ev2、Evd3项力学指标对路基压实质量进行检测,该3项 指标的检测内容与检测原理接近.为了减少检测工作量、提高检测效率,本文在简要分析3项指标 各自测试原理的基础上,利用大量实测数据 对3项指标进行了相关性分析.分析结果表明,3项指 标具有较好的相关性,且用回归分析结果反算的数值与规范给出的标准相近,说明该3项指标具有 较好的相互替代性.依据分析结果,认为用Ev2替代K3o,或用Evd替代Ev2和K3o都是可行的. 关键词:高速铁路;路基检测指标;相关性分析 中图分类号:U215.1 文献标志码:A Correlation analysis of quality testing indexes K 3o,E v2,E vd of high speed railway roadbed ZHUHaobo 一,QuHonglue ,ZHANG Dingli (1.School of Civil Engineering,Beijing Jiaotong University,Beijing 100044,China; 2.SINOHYDRO Co.,Ltd,Beijing 100048,China;3.Southwest Jiaotong University,Chengdu 610015,China) Abstract:There are three indexes K3o,Ev2,Evd which are used simultaneously to test the quality of the high speed railway roadbed.The indexes make the testing job very hard because of their strictness.In order to simplify the testing work,the paper analyzes the correlation of the three testing indexes based on a large number of site test data.The results of analysis indicate that there is good correlativity a— mong the three indexes,and the values of indexes obtained through the regression curve are very close to the standard values.It is better to use Ev2 to substitute K30,or use Evd to substitute Ev2 and K3o. Key words:high speed railway;roadbed testing indexes;relativity analysis 作为高速铁路的重要结构部位,路基直接承受 系数K 3(】和孔隙率 作为控制指标;法国用K 、二 轨道结构重量和列车动荷载,其压实质量决定了高 次静态变形模量Ev2和压实系数K控制压实质量; 速铁路运营的安全性和舒适性.特别是无砟轨道高 德国用K3o、Ev2、动态弹性模量Evd、K和 控制压 速铁路,一旦路基压实质量出现需要大修的情况,可 实质量,并对Ev2/E 】的比值有所要求;我国则采用 能造成高速铁路停运. K30、Ev2、E vd、K、 作为路基压实控制标准.中国、 为了加强对高速铁路路基质量的控制,目前各 法国、德国规范中都采用了K30和E ,且中国在基 国都采用了多指标控制体系.日本、韩国主要用地基 床表层和底层引入了德国的Evd指标.尽管多指标控 收稿日期:2010.02.24 基金项目:国家“973”计划项目资助(2010CB732100);铁道部科技研究开发计划重大项目资助(2009(3005) 作者简介:朱浩波(1972一),男,湖南南县人,高级工程师,博士生,主要从事岩土工程技术研究.email:zhbyz@163.eom 北京交通大学学报 第35卷 制体系能使质量控制更加严格,但多指标控制难以 保证各项指标标准的一致性,且施工中发现,由于指 标太多,检测工作多,测试时问长、费时费力;在检测 指标中,K30、Ev2、Evd等3项指标都是力学指标.所 以,能否用其中1项来取代其他2项,减小检测工作 量,在保证检测有效性的基础上提高检测效率,是值 得研究的问题…1. 本文作者拟结合施工实测数据,对3项力学指 标的检测原理及其相关性进行分析. 1平板荷载试验的检测原理 1.1 K30平板荷载试验 K30为土体表面在平面压力作用下产生的可压 缩性大小的力学指标.采用直径为300 mm的刚性 承载板进行静压平板载荷试验,以0.04 MPa的增 量单循环逐级加载,在每级荷载作用下,沉降量稳定 后,读取荷载强度和沉降量,总沉降量超过1.25 mm时,试验终止.根据加载测得应力一位移(o'-s)曲 线,如图1所示,由位移为1.25 mm时所对应的荷 载计算得出K30(MPa/m)l 21. 荷载强度a/MPa 0 0.O5 0.10 0.15 O.20 0.25 0 g O.25 o.50 0.75 1.00 1.25 1.5O 图1 K30应力-沉降曲线 Fig.1 K3o stress-settlement ctlrve 1.2 Ev2平板荷载试验 预加0.01 MPa荷载约30 S后,卸除荷载,将沉 降量{贝0表读数调零.之后进行第1次加载、卸载和第 2次加载.Ev2由第2次加载的 s曲线上0.3× 0~和0.7×o"0一之间的位移割线斜率来确定.由 于土体表面塑性的影响,第1次加载曲线与第2次 加载曲线的形状差别很大,而第2次加载曲线与后 几次加载曲线的形状差别较小,可以认为第2次加 载曲线基本上可以反映土体本身的弹性性能.因此, 用测得的第2次加载曲线来计算土体在力的作用下 抵抗变形的能力,即变形模量Ev2是比较科学合理 的[2・31. 第1次加载、卸载和第2次加载试验过程的应 力一位移曲线如图2所示. 1.3 Evd动态平板荷载试验[ 】 动态平板荷载试验采用落锤自由落下冲击路基 面和测试沉陷值,模拟列车在高速运行时对路基面 产生的冲击效应,进行动力加载,通过动态变形模量 测试仪检测出路基在动荷载作用下的动应力和动应 变参数,并以此计算出Evd.Evd测试弥补了仅用静 力加载,不能真实反映列车动荷载对路基作用状况 的不足,更适合高速铁路路基填筑质量的监控. 量 遨 图2 Ev2应力-沉降曲线 Fig.2 Ev2 stress-settlement curve 可见,该3项指标都是在刚性板上施加一定程 度的荷载,通过所测数据来检测路基变形特征和刚 度的现场测试方法,其加荷板大小相同,都为300 mm,主要区别在于所加荷载性质与加荷程序.K3o、 Ev2检测中所加荷载都为静载,区别在于Ev2有加荷 卸荷的过程,减少了土体表面的塑性变形的影响,更 加真实地反映出路基在运营荷载下的弹性变形.另 外,采用二次静态变形模量与一次静态变形模量的 比值E ̄2/E 可在一定程度上模拟列车运营中反复 加卸载路基的反应特性.但K30、Ev2都是静载条件 下测试的数据.此外,Ev2检测仪器完全不需要改动, 只要按照K30检测规程进行加载,所测出的值就是 K30的值. 动态弹性模量Evd采用的是动荷载,能够在更 大程度上模拟列车运营荷载对路基的作用,且该检 测方法对压实后路基力学性态的评价更加有用,测 试更便捷.另外Evd还适用于混凝土构件的测试,对 于掺加水泥的过渡段等测试比其他两种方法都更加 真实,但该方法与K30一样没有二次加载.由于测试 值受到塑性变形的影响,测试中应特别注意清除测 试面浮土,否则测试数据可能偏于保守. 总之,3项力学指标相似度非常大,仅在荷载性 质、试验程序、加荷终止条件方面有所不同,为进行 相互替代提供了基础. 2 Evd、Ev2和K30相关性分析 在某客运专线和京沪高速铁路3标段施工中对 Evd、Ev2和K30进行了大量测试.对实测数据进行相 关性分析,可作为探讨三者相互替代性的重要依据. 第1期 朱浩波等:高速铁路路基质量检测指标K3【)、E 、Evd的相关性分析 2.1 Ev2和K30的相关性 图4中Ev2和K3o的一元线性回归相关系数为 0.927,相关性反而相对考虑填料的情况高.利用回 2.1.1不同填料时Ev2和K3o的相关性 考虑填料类别,分别对路基基床表层级配碎石 填料、基床底层及底层以下A、B组填料的Ev2和 K加实测数据进行一元线性相关性分析,得出K30一 E 的相关性曲线如图3所示.其中A、B组填料的分 类标准和特性参考相关文献[5]. 归得出的公式,取规范中Ev2的限值,计算得出N30, 并与规范中无砟轨道路基规定的K3o值进行比较, 结果见表1. 、 表1 K30回归分析值与标准值对比表 Tab.1 Contrast table between regression analysis values and standard values of K3O K3o/(MPa/m) 由表1可见,用回归公式计算得出的K3o值接 近规范值,其中K 。的计算值偏小,尤其A、B组填 料偏小明显.其原因除与测试方法有关外,与所用回 归公式没有考虑填料类型有关,测试用细粒土较多 (a)级配碎石 300 250 一 凸一 200 l50 lO0 50 0 也是其中重要原因.但综合图3和图4及表1的结 果,还是能够充分说明规范中Ev2和K 3(】对路基压实 质量的控制标准相当. 2.2 Evd与E 2和K30的相关性 K3o/(MPa/m) (b)A、B组填料 2.2.1不同填料时Evd与Ev2和K30的相关性 图3不同填料K3o-Ev2的相关性曲线 Fig.3 K30一Ev2 correlation curve of different filling 考虑不同填料时,分别对路基基床表层的级配 碎石填料和基床底层A、B组填料压实控制指标中 £vd与E v2、K30的实测数据进行一元线性相关性分 析,得出相关性曲线如图5~图8所示. 800 由图3可知,不同填料的K3o—Ev2相关系数是 不同的,这一结论与文献[5]一致.回归后得出的级 配碎石填料和A、B组填料的相关系数分别为0.923 和0.916,相关性较好. 2.1.2不考虑填料的Ev2和K3o相关性 级配碎石和A、B组土填料的Ev2和K30相关性 专600 邑400 200 0 40 较好,从简化监测数量和提高施工效率的目的出发, 在不考虑填料分类的情况下,将路基基床表层级配 碎石、基床底层及底层以下A、B填料的127组实测 Ev2和K30数据进行回归分析,得出Ev2和K30的相 关性曲线如图4所示. 700 600 500 400 300 8O 120 Evd/MPa 160 200 图5基床表层E -K30的相关性曲线 Fig.5 Eva—K30 correlation curve of surface layer of subgrade bed 200 l00 O 图6 基床表层Evd-Ev2的相关性曲线 图4不考虑填料情况下K30.Ev2的相关曲线 Fig.4 K3o—Ev2 correlation curve without distinction of fillings Fig.6 Eva—Ev2 correlation curve of surface layer of subgrade bed 由图5~图8所示的回归曲线可以看出,动态 北450 一g,Bd]苫 400 350 300 京交通大学学报 第35卷 日 ∈N A、B组填料的K30、E v2、Evd数据,在不考虑填料种 类的情况下作回归分析,得出的相关性曲线如图9 250 200 和图10所示. l5O l00 50 0 罢 曼 图7基床底层E砌-K30的相关性曲线 Fig.7 Eva—K3o correlation curve of bottomlayer of subgrade bed 300 图9不考虑填料情况下Evd.K3o的相关性曲线 250 Fig.9 Eva—K3o correlation curve without 2OO 15O distinction of fillings l00 50 O 图8基床底层E砌-Ev2的相关性曲线 iFg.8 Eva—Ev2 correlation curve of obttomlayer of subgrade bed 变形模量Evd与静态平板试验得出的Ev2和K30在 图10不考虑填料情况下E E 2的相关性曲线 不同填料部位和不同填料类别时其相关性有所差 Fig.10 Eva—Ev2 correlation curve without 异,但进行一元线性回归分析时得出的相关系数均 distinction of fillings 较高,说明Evd与Ev2和K30相关性较好,分析结论 图9和图10表明,在不考虑填料情况下,Evd与 与文献[6]的研究结论一致. Ev2和K30的相关性较高,利用回归得出的公式,取规 2.2.2不考虑填料时Evd与Ev2和K3o的相关性 范中Evd的限值,计算得出的Ev2和K30与规范中无砟 综合基床表层级配碎石、基床底层及底层以下 轨道路基规定的Ev2和K30值比较,结果见表2. 表2 Ev2和K30回归值和标准值对比表 Tab.2 Contrast table between regression analysis values and standard values of K30、Ev2 计算结果表明,利用回归公式计算得出的Ev2、 3结论与建议 K30与规范中的限值之问偏差非常小,其中A、B组 填料部分计算得出的K 较小,除有测试方法的原 1)3种测试方法中,Evd的测试更接近于对运营 因外,与回归数据中改良细粒土和砂类土所占比例 动荷载作用下受荷特性的模拟,且测试简便快捷. 较大、碎石土比例较小有关.总的数据结果表明,规 E 与K30相比,测试难易程度相当,但前者所测试 范中Evd与Ev2和K30对路基压实质量的控制标准 的数据较为真实可靠.3项力学指标具有较高的相 相当,且Evd较之Ev2和K30测试方法方便、快捷,并 关性,用相互间的回归公式推算的指标值,与规范的 能真正反映动应力对路基的真实作用情况.因此,对 值接近,各指标对路基压实质量的控制标准相当,相 Evd的测试可以作为路基压实质量控制的主要力学 差较小. 指标,减少或替代对Ev2和K30指标的监测,能有效 2)由于Ev2和K30相关性好,在二者之间进行比 提高施工效率l 71. 选时,建议取消或大幅度减少K30的检测指标.另外 也可考虑将K3o和Ev2合并,实现一次测试获得2个 第1期 朱浩波等:高速铁路路基质量检测指标K30、Ev2、Evd的相关性分析 数据,从而减少1项测试,但由于2种试验加载方面 的区别,须进行试验对比,建立相应的标准. 3)由于Evd测试便捷得多,且最能反映路基在 运营中的动载反应特征,如果能够通过大量试验建 立E d与其他2项指标问确切的量化关系,将使施 工检测工作量减少、施工效率提高.特别是对于过渡 段等狭小部位,用Evd替代其他2项测试,可解决该 类部位检测困难的难题. [3]柳墩利.铁道路基压实际标准的研究[D].北京:中国铁 道科学研究院,2004. 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