加州承載比（美國）

加州承載比是用規定尺寸的貫入桿，以一定的速率壓入試樣內，測得試樣在規定貫入量時的貫入阻力，將其與碎石的標準貫入阻力相比得到的比值。由美國加州公路局首先提出，是用於評定路基土和路面材料的強度指標。在國外多採用 CBR 作為路面材料和路基土的設計參數。

基本介紹

• 中文名：加州承載比
• 外文名：California Bearing Ratio(CBR)
• 學科：土力學
• 最先提出：美國加州公路局
• 作用：修築公路時土壤的結構承載力
• 影響因素：土質、浸水、擊實次數

簡介

加州承載比（California bearing ratio，縮寫為CBR）是一種用來評估道路基層材料機械強度的滲透測試。它是在二戰前由加州公路局研發的。該試驗的方法是測量用一標準面積的壓頭貫入土壤樣品的壓力。測出這個壓力後，除以標準壓力，即以相同貫入度壓進標準碎石材料所需的壓力，便得到CBR值。CBR法是世界上使用最多的一種方法，優點在於通過簡單的室內試驗即可確定CBR值。所謂 CBR 值，是指試料貫入量達2.5 mm 或 5 mm 時，單位壓力對標準碎石壓入相同貫入量時標準荷載強度（7 MPa 或10.5 MPa）的比值，用百分數表示。CBR值用來評估修築公路時土壤的結構承載力。還可用來評估鋪設機場跑道時的土壤承載力。CBR值越高，土壤表面越硬。被開墾的農田的CBR約為3，草皮或濕黏土的CBR約為4.75，潮濕沙土的CBR則可能達到10。高質量碎石的CBR超過80。標準壓力是依據加州碎石灰岩，它的CBR為100。可以通過以下公式計算：

其中P為測試壓力，為標準壓力。我國現行瀝青混凝土路面設計規範，對路面、路基的設計參數採用回彈模量指標。CBR指標及CBR試驗被列入了《公路路基設計規範》( JTJ013 -95)、《公路路基施工技術規範》 ( JTJ033-95)及 《公路土工試驗規程》 ( JTJ051 -93)、《公路路基路面現場測試規程》 ( JTJ059 -95) 中， 成為路基填料選擇的依據。 我國 CBR 試驗的有關標準主要是參考美國ASTMD1883 -78標準和 AASHTO -74 規程編制的。

試驗儀器

夯實試驗設備： 包括標準夯實試驗或改良式夯實試驗設備。CBR 試驗儀：內徑 15.2 cm，高度 12.7 cm 之試樣夯模6組、延伸環、墊塊、多孔底鈑、 膨脹延伸器、膨脹架、貫入桿、量測軸向變位之測微表，以及負載容量5 t以上、精度0.1kg量測貫入阻抗之壓力衡圈等。其他： 鋼尺、 水槽、 調土設備、 電子秤等。

CBR試驗的作用機理

莫爾-強度破壞理論認為土的破壞是剪下破壞，因此一旦土體內任一平面的剪應力達到了土的抗剪強度，土就發生破壞，而任一平面的抗剪強度τ只是該面上法向應力σ的函式。在外荷和自重作用下，在地基內部將產生剪應力和相應的變形，當作用在基礎上的荷載超過地基的抗剪強度時，地基就會產生剪下破壞，這符合庫侖強度定律。也就是說土的抗剪下力由內聚力和內摩擦力組成，其中內聚力實際是土壤之間的連線力，是阻止土壤顆粒發生相對移動的主要力，當剪力超過內聚力後內摩擦力將開始起阻止作用。當剪力超過兩者之和時，土體就發生破壞。由此可知 CBR 試驗貫入過程是試件中的部分土體與整體之間產生相對位移時在剪下面上所產生的抗剪下力的表現，它反映出的強度就是土的局部抗剪強度，因此可以通過對土樣進行貫入試驗得到CBR值來評價土壤抗剪強度，從而間接得到地基的局部抗剪強度。因此，D193 -93中的潛在強度實質就是土壤的局部抗剪強度，也就是相應的路基的局部抗剪強度。由於剛性路面和柔性路面受力不同，剛性路面是將路面荷載通過整個水泥混凝土塊體整體施加到路基上，而柔性路面則是路面荷載能局部的施加在路基上，也就是說有可能會出現局部剪下破壞的情況，所以 D193 -93 中規定 CBR 試驗列入柔性路面設計的一部分，這是符合實際情況的。

CBR試驗影響因素

根據 D193 -93 《CBR 標準試驗方法》 的規定， CBR 試驗是用於評估粘性材料的潛在強度， 也就是說試驗的對象主要是粘性材料，水浸泡是試驗的基本條件，壓實度不同也會影響CBR 的值，同時還需要對材料的粒徑進行限制。土體的抗剪強度主要取決於土壤的成分、外形尺寸和粗糙度，與其含水量關係不大。而粘土主要由淤泥質亞粘土組成，其抗剪強度主要是內聚力承擔，而內聚力取決於土壤的粘性和滲透性，這也就與含水量有了密切的關係。而粉土的粒徑和粘性介於砂土和粘土之間，其抗剪強度的組成也在兩者之間。可見CBR 值與土質的粘性成反比，粘性越大，CBR值越小。為了尋找路基在長期泡水時土體結構不發生明顯破壞的技術依據，表征材料的浸水特性， 在 CBR 試驗中規定浸水96小時。當浸水後的試件發生剪下移動時，並不是土體顆粒之間發生摩擦作用，而是通過顆粒周圍的水層相互摩擦。由於水層具有潤滑作用，因此水層越厚摩擦力就越小，也就是說吸水量越多其摩擦力就越小。因此以粘性土為主的土壤浸水試驗對 CBR 值有很大影響。通過浸水試驗得到的材料的這種特性對於地下水豐富或多雨地區的路基水穩性具有重要的指導作用。土質不同，膨脹量也不同，膨脹量越小的土質，其CBR 值越大；土質不同，浸水後CBR 值的降低程度也有差異，隨著土中粘性成分的增多，降低的相對值會增大。不同的擊實次數對應的是不同的壓實度，因此CBR 值可以從側面反映路基按規定的壓實度成型後的施工不均勻沉降情況。當擊實98次時，同一土樣的CBR值的變異係數比較小，也就是土樣的承載能力較均勻，在受到局部荷載壓入時其變形差異較小。在擊實 50次和 30 次的情況下，同一土樣的 CBR 值的變異係數明顯增大，反映了土樣在受局部荷載時不均勻沉降差較大，這樣就易造成路基因不均勻沉降差過大而導致路面的破壞。