[科普中国]-加州承载比（美国）

加州承载比是用规定尺寸的贯入杆，以一定的速率压入试样内，测得试样在规定贯入量时的贯入阻力，将其与碎石的标准贯入阻力相比得到的比值。由美国加州公路局首先提出，是用于评定路基土和路面材料的强度指标。在国外多采用 CBR 作为路面材料和路基土的设计参数。

简介加州承载比（California bearing ratio，缩写为CBR）是一种用来评估道路基层材料机械强度的渗透测试。它是在二战前由加州公路局研发的。该试验的方法是测量用一标准面积的压头贯入土壤样品的压力。测出这个压力后，除以标准压力，即以相同贯入度压进标准碎石材料所需的压力，便得到CBR值。CBR法是世界上使用最多的一种方法，优点在于通过简单的室内试验即可确定CBR值1。所谓 CBR 值，是指试料贯入量达2.5 mm 或 5 mm 时，单位压力对标准碎石压入相同贯入量时标准荷载强度（7 MPa 或10.5 MPa）的比值，用百分数表示。CBR值用来评估修筑公路时土壤的结构承载力。还可用来评估铺设机场跑道时的土壤承载力。CBR值越高，土壤表面越硬。被开垦的农田的CBR约为3，草皮或湿黏土的CBR约为4.75，潮湿沙土的CBR则可能达到10。高质量碎石的CBR超过80。标准压力是依据加州碎石灰岩，它的CBR为100。可以通过以下公式计算：

其中P为测试压力，为标准压力。我国现行沥青混凝土路面设计规范，对路面、路基的设计参数采用回弹模量指标。CBR指标及CBR试验被列入了《公路路基设计规范》( JTJ013 -95)、《公路路基施工技术规范》 ( JTJ033-95)及 《公路土工试验规程》 ( JTJ051 -93)、《公路路基路面现场测试规程》 ( JTJ059 -95) 中， 成为路基填料选择的依据。 我国 CBR 试验的有关标准主要是参考美国ASTMD1883 -78标准和 AASHTO -74 规程编制的。

试验仪器夯实试验设备： 包括标准夯实试验或改良式夯实试验设备。CBR 试验仪：内径 15.2 cm，高度 12.7 cm 之试样夯模6组、延伸环、垫块、多孔底钣、 膨胀延伸器、膨胀架、贯入杆、量测轴向变位之测微表，以及负载容量5 t以上、精度0.1kg量测贯入阻抗之压力衡圈等。其他： 钢尺、 水槽、 调土设备、 电子秤等。

CBR试验的作用机理莫尔-强度破坏理论认为土的破坏是剪切破坏，因此一旦土体内任一平面的剪应力达到了土的抗剪强度，土就发生破坏，而任一平面的抗剪强度τ只是该面上法向应力σ的函数。在外荷和自重作用下，在地基内部将产生剪应力和相应的变形，当作用在基础上的荷载超过地基的抗剪强度时，地基就会产生剪切破坏，这符合库仑强度定律。也就是说土的抗剪切力由内聚力和内摩擦力组成，其中内聚力实际是土壤之间的连接力，是阻止土壤颗粒发生相对移动的主要力，当剪力超过内聚力后内摩擦力将开始起阻止作用。当剪力超过两者之和时，土体就发生破坏。由此可知 CBR 试验贯入过程是试件中的部分土体与整体之间产生相对位移时在剪切面上所产生的抗剪切力的表现，它反映出的强度就是土的局部抗剪强度，因此可以通过对土样进行贯入试验得到CBR值来评价土壤抗剪强度，从而间接得到地基的局部抗剪强度。因此，D193 -93中的潜在强度实质就是土壤的局部抗剪强度，也就是相应的路基的局部抗剪强度。由于刚性路面和柔性路面受力不同，刚性路面是将路面荷载通过整个水泥混凝土块体整体施加到路基上，而柔性路面则是路面荷载能局部的施加在路基上，也就是说有可能会出现局部剪切破坏的情况，所以 D193 -93 中规定 CBR 试验列入柔性路面设计的一部分，这是符合实际情况的2。

CBR试验影响因素根据 D193 -93 《CBR 标准试验方法》 的规定， CBR 试验是用于评估粘性材料的潜在强度， 也就是说试验的对象主要是粘性材料，水浸泡是试验的基本条件，压实度不同也会影响CBR 的值，同时还需要对材料的粒径进行限制。土体的抗剪强度主要取决于土壤的成分、外形尺寸和粗糙度，与其含水量关系不大。而粘土主要由淤泥质亚粘土组成，其抗剪强度主要是内聚力承担，而内聚力取决于土壤的粘性和渗透性，这也就与含水量有了密切的关系。而粉土的粒径和粘性介于砂土和粘土之间，其抗剪强度的组成也在两者之间。可见CBR 值与土质的粘性成反比，粘性越大，CBR值越小。为了寻找路基在长期泡水时土体结构不发生明显破坏的技术依据，表征材料的浸水特性， 在 CBR 试验中规定浸水96小时。当浸水后的试件发生剪切移动时，并不是土体颗粒之间发生摩擦作用，而是通过颗粒周围的水层相互摩擦。由于水层具有润滑作用，因此水层越厚摩擦力就越小，也就是说吸水量越多其摩擦力就越小。因此以粘性土为主的土壤浸水试验对 CBR 值有很大影响。通过浸水试验得到的材料的这种特性对于地下水丰富或多雨地区的路基水稳性具有重要的指导作用。土质不同，膨胀量也不同，膨胀量越小的土质，其CBR 值越大；土质不同，浸水后CBR 值的降低程度也有差异，随着土中粘性成分的增多，降低的相对值会增大。不同的击实次数对应的是不同的压实度，因此CBR 值可以从侧面反映路基按规定的压实度成型后的施工不均匀沉降情况。当击实98次时，同一土样的CBR值的变异系数比较小，也就是土样的承载能力较均匀，在受到局部荷载压入时其变形差异较小。在击实 50次和 30 次的情况下，同一土样的 CBR 值的变异系数明显增大，反映了土样在受局部荷载时不均匀沉降差较大，这样就易造成路基因不均匀沉降差过大而导致路面的破坏。

本词条内容贡献者为:

耿彩芳 - 副教授 - 中国矿业大学