回弹模量在不同试验条件下的变化

主要试验对象是具有典型性及代表性的塔克拉玛干沙漠腹地风积沙样品及古尔班通古特沙漠腹地风积沙样品。在对其进行回弹模量研究时进行的试验主要为不同的风积沙不同的含水量条件下的回弹模量试验，结果见表3-1。

表3-1　风积沙回弹模量试验成果表（一）

注：表中含水量栏下的左栏为回弹模量，单位为MPa；右栏为风积沙密度，单位为g／cm3。

试验按照《公路土工试验规程》中强度仪法的有关规定，将预压压力也就是最大压力定为250kPa（比规程规定的p=100～200kPa略高一些）。

进行该项试验的目的主要是为了了解对比不同承载板直径对风积沙回弹模量测定结果的影响。

试验结果表明，风积沙回弹模量试验数据与野外测定的风积沙回弹模量相比，明显偏低，见表3-1中塔克拉玛干沙漠腹地风积沙及古尔班通古特沙漠腹地风积沙样品在含水量为0时的回弹模量（是在承载板上最大压应力为250kPa时取得的）。为了能进一步发现问题的关键所在，故在随后的试验中增加了试验级数及其最大压应力，结果见表3-2。表3-2中，塔克拉玛干沙漠腹地风积沙及古尔班通古特沙漠腹地风积沙样品在含水量为0时的回弹模量是在承载板上最大压应力为250～310kPa时取得的，而在其他含水量条件下的回弹模量则是在承载板上最大压应力为620kPa时取得的。而在表3-3及图3-2中，最大压应力可达3324kPa。由此可见承载板上最大压应力不同而对试验结果的影响。

表3-2　风积沙回弹模量试验成果表（二）

注：表中含水量栏下的左栏为回弹模量，单位为MPa；右栏为风积沙密度，单位为g／cm3。

表3-3　古尔班通古特沙漠腹地风积沙样压应力与回弹模量试验成果表(www.xing528.com)

（续表）

注：古尔班通古特沙漠腹地风积沙样进行试验时的含水量为8.5%，密度为1.794g／cm3，压实度为92.96%。

对上述试验结果分析如下：

图3-2　古尔班通古特沙漠腹地风积沙样压应力与回弹变形关系曲线

（1）风积沙回弹模量室内试验数据波动性较大，不同试验序次所得的试验数据相差经常会超过规程所规定的不应超过的5%。究其原因，其一是击实成型时风积沙的密度控制不能做到很精确，常会有一定的误差，这种误差的存在常与风积沙的散粒状结构有关，散粒状结构的风积沙在外力作用下进行重新排列时并不是每次都能达到一致的相嵌效果；其二也是更为重要的，是散粒状结构的风积沙即使在密度达到相等时，也会在结构上有其不一致性，如粉黏粒充填沙粒间孔隙的位置及数量等，导致风积沙的回弹模量具有天然的波动性。

（2）试验所得干燥状态风积沙的回弹模量要比湿润状态风积沙的回弹模量低一些。但通过野外测定发现，在相同的压实度时，干燥状态风积沙的回弹模量并不比湿润状态风积沙的回弹模量低。由此看来，之所以出现上述情况，主要还是与试验方法或类型有关。野外测定所用的承载板直径很大，达30cm，而在室内进行此项试验时承载板直径只有5cm。已有的研究成果表明，当承载板（受力面积）面积较小时，在沙体中产生的剪应力容易相互贯通，导致沙体中很快就出现剪切破坏的情况；风积沙干燥时，内聚力很低，更容易受此因素影响，因而在室内测定其回弹模量时，其值也不高。而当承载板（受力面积）面积较大时，在沙体中产生的剪应力不容易相互贯通，因而也就不容易导致沙体中很快就出现剪切破坏的情况，试验结果也更能反映其真实情况。有鉴于此，在测定风积沙回弹模量时，更应用大承载板（野外）测定所得的数据。

（3）大量的试验表明，风积沙的单位压力与回弹变形的关系曲线并不是一直线，而是与图3-2相似的曲线。之所以出现这样的情况，是因为风积沙在一次次加载过程中会逐渐被压密（与其总变形相比，其回弹变形一般不到总变形的50%），而风积沙的强度性质，包括回弹模量在内，都与风积沙的密度（压实度）呈明显的正相关关系，故而会出现随着荷载逐渐增大，风积沙回弹模量也逐渐增大的现象。只有当风积沙的密度（压实度）达到很高时，风积沙压密的增幅减少，导致风积沙的回弹模量不再随荷载的增大而增大。正因为如此，《公路土工试验规程》中的强度仪法及承载板法所规定的试验方法，对粉土或黏土等是合适的；但对风积沙来说，就不太合适了。主要原因是风积沙具有较高的强度，并具有在加载过程中易被压密的性质。对于这样的风积沙，若规定其最大压力在200kPa以下，试验所得的回弹模量数据将明显偏低（与野外测定的数据相比）。当然，从表3-3也可看出，若不限定最大压力，则风积沙的回弹模量可在很大的范围内变化，如从55.2kPa到194.2kPa不等。如此大的范围内变化，会使试验变得毫无意义。规程中限定的最大压力过小，却又不能不限定最大压力。那么最大压力到底是多少才好呢？这一问题比较复杂，真要很好地将其解决，还需做大量的研究性试验，而这并不是在研究资金十分紧张的情况下能做到的。不过，将室内试验与野外试验相对比，发现最大压应力为1000kPa时，室内试验与野外试验的数据相接近。

（4）以上研究表明，风积沙的回弹模量与承载板大小有明显的关系。当承载板直径较小时，如室内回弹模量试验所采用的直径5cm，其试验数据与野外测定（承载板直径为30cm）的回弹模量有较大差异。有鉴于此，考虑到野外测定所用较大的承载板更符合公路路基的受力情况，故在实际工作中，涉及风积沙回弹模量时，应采用在野外用大承载板测定的数据；至于在室内用小承载板测定的数据则最好不要采用。