落球式岩土力学特性测试仪技术源于日本.docx

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落球式岩土力学特性测试仪技术源于日本

SCIT-PID-SEH-2014-02

落球式岩土力学特性测试仪

《SEH-FBT-B》

（LQYTJC2.1）

2014-02-08初稿

2014-07-15修订

2014-11-07修订

四川升拓检测技术有限责任公司

一．产品描述1

1.产品概要1

2.测试对象1

3.检测技术现状2

二．仪器参数2

三．仪器特点3

四．发明专利3

五．测试原理介绍3

六．产品功能6

七．产品配置7

八．部分工程案例7

落球式岩土力学特性测试仪

《SEH-FBT-B》

1．产品描述

1.产品概要

本仪器针对公路、铁路、水利、机场、桥梁、建筑等工程领域开发，可有效应用于设计、施工等各个阶段；仪器遵照现行规范要求，针对材料的强度、变形等力学特性，提供快速测试方法，有效解决不均匀变形问题。

可快速测试岩土材料的变形模量、强度指标、地基系数K30、CBR、弯沉值、干密度、压实度等各种指标。

2.测试对象

粘土、粉土、砂土、砂砾石及水泥稳定土等各种岩土材料

3.检测技术现状

在填方工程中，岩土材料力学特性（包括刚性特性及强度特性）是其最为重要的力学指标。

同时，由于岩土材料的力学特性受到很多因素的影响，如材料种类，级配，含水量，密度，碾压方式等，长期以来一直寻求一种能够现场测试岩土材料力学特性的简便可靠的方法。

特别是近年来，随着高速铁路，高速道路的迅猛发展，对填方工程的质量要求日益严格。

我们从1999年起，与海内外合作伙伴一道，开发了以落球式材料力学特性测试技术（简称“落球检测技术”）为核心的岩土材料力学特性的现场测试技术。

该技术不仅可以快速、简便地测出材料的刚性（如压缩模量、回弹模量、地基系数等），而且可以同时测出材料的强度指标（如内部摩擦角

等、水泥稳定土的抗压强度等），具有极其广阔的应用领域。

我们具有相关技术的全部知识产权，并申请和获得了多项国家发明专利，产品出口到日本等海外。

2．仪器参数

1.平台：

小型一体化平台

2.操作系统：

windows

3.工作温度：

-10～50℃

4.工作电压：

12V，连续工作8小时以上（电池可更换）

5.存储量：

本机自带硬盘60G，可扩展

6.采样精度：

浮点插值补偿至24位

7.最大采集频率：

500KHz,可调

8.最小采样间隔：

2us，可调

9.最大采集点数：

20,000个,可调

10.显示/分辨率：

液晶显示1280*800

11.噪声处理：

平滑/LPF/BPF/HPF/合成增幅，采用消减冲击弹性波激振残留信号以识别反射波信号的方法

12.统计处理：

各种平均、偏差处理以及异常信号的自动抽取

13.信号处理：

积分处理、频谱分析、相关分析、积算处理

14.图形处理：

等值线快速成像

15.变形指标测试内容：

压缩时弹性模量、回弹时弹性模量

16.变形指标测试测试方法：

基于Hertz冲击理论

17.其他换算指标测试内容：

K30、CBR、弯沉、干密度、压实度等

18.其他换算指标测试方法：

根据压缩时弹性模量进行换算（理论或经验）

19.测试深度范围：

0.1-0.3m左右

20.数据采集：

支持触控、无线双操控，以及单点、连续双模采样

21.支持GPS定位（选配）

22.支持GPS定位（选配）

3．仪器特点

✓功能强大：

一机多能，测试内容丰富；满足各种现行施工设计规范；

✓性能可靠：

完善的理论体系；精度高、重复性好；标准程序化操作，全自动解析，无人为干扰；统计处理，更科学直观；

✓操作简单：

无需系统培训；无需重型机械；

✓快速便捷：

测试前无需平整地面；每分钟5-6测点；较诸传统方法，效率提高数百倍；

✓直观反映：

直接测试强度指标和变形模量，更直观反映材料的力学特性；

✓适用范围广，不受施工场地制约；

✓操作作简便：

触摸屏与遥控操作双重选择，也可一人测试，效率高。

四．发明专利

1）接触時間による地盤材料の変形特性の測定技術，特許第3491263号；

2）采用加速度传感器来提高便携式弯沉仪（H-FWD）测试精度的方法，ZLA200510021852.X；

3）落球式岩土材料力学特性的现场测试方法和装置，ZL200810087044.7。

五．测试原理介绍

变形模量：

是基于Hertz冲击理论，即当球体以一定的速度碰撞测象材料时，材料越坚硬，回弹越快，接触时间越短。

因此，通过测试接触时间，即可反算材料的变形模量；

塑性修正：

由于岩土类材料具有明显的塑性性质，其压缩和回弹时的变形模量之间具有较大的差异。

因此，我们通过分离压缩过程和回弹过程，从而分别推算出材料的压缩变形模量E，和回弹变形模量Eur。

强度指标测试原理

Vesic空洞扩张理论的概念：

当物体压入岩土材料内部时，会对周围土体挤压并形成塑性区。

因此，通过分析压入力、塑性区的大小，即可推算材料的强度指标。

Vesic空洞扩张理论的概念图

Vesic空洞扩张理论在落球技术中的概念：

由于粘聚力C和内摩擦角

成对出现，因此假定其中之一，就可测试另外一个指标。

空洞扩张理论在落球技术中的概念图

其他指标测试原理

通过测试的压缩和回弹时的变形模量，可以换算其他多个指标：

·通过对同种土质、同样施工条件下的标定，可以推算土质材料的物理指标（干密度

、压实度Dc、相对密度Dr）；

·结合弹性理论，在压缩时变形模量的基础上，计算测试对象的地基系数K30；

·根据日本地盤工学ハンドブック规定，在压缩时变形模量的基础上，可推算测试对象的CBR值；

·根据《公路路面基层施工规范》规定，在回弹时变形模量的基础上，可推算测试对象的弯沉值。

六．产品功能

类别

参数

噪声处理

平滑/LPF/BPF/HPF/合成增幅

统计处理

各种平均、偏差处理以及异常信号的自动抽取

信号处理

积分处理、频谱分析、相关分析、积算处理

图形处理

等值线快速成像

变形指标测试

测试内容

压缩时弹性模量、回弹时弹性模量

测试方法

基于Hertz冲击理论

其他换算指标

测试内容

K30、CBR、弯沉、干密度、压实度等

测试方法

根据压缩时弹性模量进行换算（理论或经验）

测试深度范围

0.1-0.3m左右

七．产品配置

落球式岩土力学特性测试仪SEH-FBT-B

序号

部件名称

规格型号

数量

备注

一、仪器主体

仪器主机

PC-B-01

1台

含充电器

仪器主机箱

1个

二、落球系统

法兰把手

1.1m

1个

球冠

13kg

1个

砝码

6.1kg

1个

加速度传感器

S21C

1个

三

工具

1套

四

遥控笔

无线采集

1套

五

GPS模块

1套

选配

六

软件系统

1套

七

附件

1套

八

备品

1套

八．部分工程案例

1.部分案例一览表

落球工程案例一览表

序号

项目名称

委托单位

测试对象

测试内容

测试地点

测试时间

模量

压实度

K30

CBR

弯沉

材料的动态特性测试

東京電力株式会社

发电所开挖

★

神流川開閉所

1999.01

CSG2次挡水墙

日本国建設省土木研究所

填坝

★

久婦須川ダム

2000.01

反滤材料的动态特性的测试

東京電力株式会社

填坝

★

神流川上部ダム

2000.04

CSG试验施工

日本国建設省土木研究所

填坝

★

川辺川ダム

2000.06

反滤材料的动态特性的测试

日本国建設省土木研究所

填坝

★

摺上川ダム

2000.09

改良材料的劣化程度调查

水資源開発機構

填坝

★

長柄ダム

2001.01

大型模型试验

東設土木コンサルタント

填坝

★

上日川ダム

2005.01

沥青铺装特性

国際航業株式会社

跑道模拟场

★

野比試験所

2005.09

加筋土特性试验

鹿島建設

加筋土

★

静岡空港

2006.05

验证试验

公路局

改良地基

★

中国湖北襄樊

2006.06

特性、验证试验

鹿島建設

改良土

★

T隧道

2007.03

特性、验证试验

日本国立环境研究所

矿渣

★

Y废弃物处理场

2007.04

特性、验证试验

鹿島建設

道路填土

★

I铁路路基

2007.04

特性、验证试验

鹿島建設

砾石填土

★

O住宅地基

2007.06

特性、验证试验

鹿島建設

堆石材料

★

G大坝

2007.06

特性、验证试验

鹿島建設

反滤材料

★

Y大坝

2007.07

验证试验

公路局

道路填土

★

中国四川自贡

2007.07

路基工程

河南高发公司（连霍高速郑洛段）项目部

★

沈阳

2009.07

落球式填土材料力学特性测试技术研究

山西省公路局

公路路基

★

山西

2010.09

路基试验

大同大学

★

大同

路基工程

西昌质检站

★

西昌

2011.12

填方工程

日本升拓

★

日本

2012.03

泡沫混凝土回弹模量

天津市市政公路工程质量监督站

★

天津

2012.04

路基检测

沈阳建筑大学

★

沈阳

2012.05

弯沉对比试验

青岛市政

★

青岛

2012.06

路基工程

杭州交通质量监督局

★

沈阳

2012.07

郑州大学岩土试验场地落球测试密实度等

郑州大学

★

河南·郑州

2013.10

路基弹模、均匀性、弯沉检测

杭州交通局

★

浙江·杭州

2013.10

室内进行岩土力学落球售后

南昌工程大学

★

江西·南昌

2014.03

落球设备售后

中原工学院

★

河南·郑州

2014.06

2.工程案例实图片

山西208国道落球实验

四川省道S305线富荣段

湖北襄樊，现场实验

天津质检站，现场检测

绵阳房屋地基检测，现场实验

胆沢大坝、静冈机场、南武线

坝材料碾压效果确认

浙江省302国道富阳段，现场检测

神流川上部大坝

坝材料碾压效果确认

久婦須川大坝、川辺川大坝

材料动态特性、施工品质

摺上川大坝

材料动态特性、施工品质

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