摘要: 本文提出了一种崭新的现场快速测试岩土材料力学特性的技术，即落球检测技术。（落球检测技术）。该技术可以非常迅速简便地直接测试岩土材料的变形模量E 、内部摩擦角φ 或粘聚力c ，从而为堆石坝的稳定和变形分析提供了直接可靠的参数。同时，通过标定，测试得到变形模量E 与干密度之间具有很好的相关关系，据此能间接地求出填筑材料的压实度和相对密度，满足现行的质量控制体系。
关键词: 堆石坝，落球技术，变形模量，强度
1 概要
坝体填筑是堆石坝施工中的重点，是制约工期和决定坝体稳定与运行安全的关键工序，也是质量控制的重要环节与关键内容。工程上一般通过碾压来提高坝体的压实度，通过现场检测试验来控制碾压质量。现场检测试验也是坝体填筑施工质量控制的重要手段，通常是通过灌水试坑法，环刀法，核子水分仪等传统的手段来测试填土的压实度或含水量。
但是检测的真正目的是判断填土的工程力学性质，而不仅仅是测试填土的干密度或含水量，这一点常常在土方工程施工中容易被忽略。相较干密度和含水量而言，填土材料的粘聚力c、内摩擦角φ以及变形模量E 能更直观的反映填土材料的工程力学性质。但如何能在现场直接测量材料的c、φ值以及E ，这是工程界长期以来一直努力探索的问题。
本文作者经过长达十余年的研究，开发出的本项技术则可以很好地解决这个难题。
2 填筑质量控制中常规测试手段
在堆石坝中压实度的常用检测方法中，灌砂法或环刀法的优点是造价低，其结果可作为检验检定的裁决依据；缺点是检测比较费时费力，难以满足大规模现代化机械化施工需要。核子密度仪法优点是快速便捷，可作为全面施工质量统计学管理，人为影响因素较小；缺点是在不同土质情况需分别作一次现场标定，含水量测量精度偏低。
然而，这类方法得到的指标（干密度等）均为间接指标，本身不能直接反映材料或结构的变形和强度特性，必须通过标定试验加以换算。当材料发生变化时，一般需要重新标定。同时，室内实验的条件与现场条件往往有较大的差异。
关于堆石坝填筑材料的力学特性的现场检测手段，目前最常用的是平板载荷试验，该方法能测出材料的变形模量E 。但该方法的测试需要反力装置，费时费力。值得说明的是，现场测试填筑材料的强度指标c、φ则是一件非常困难的事情。虽然有现场直接剪切、动力触探、十字板剪切试验等方法，但在堆石坝中都会受到各种局限。
因此，对于岩土材料的强度特性，一般都是以干密度为间接指标，通过与室内实验的对比来确定。但是，室内的试验对象在材料的粒径和压实度等方面与现场施工时差异很大，即使对相同密度的材料，碾压条件不同，岩土材料的力学特性也会发生变化。因此，用干密度来推测材料强度的方法存在着很大的局限性。
3 落球检测技术
3.1 落球技术简介
落球检测技术[1]就是一种快速准确地测试岩土材料的强度及刚性特性的技术和装置。采用一种内藏有传感器的半球形刚性下落装置，通过对岩土材料的落下冲击，产生信号，经过信号放大器将信号放大后通过A/D 转换卡将信号传入带有专用软件笔记本电脑，通过笔记本电脑对信号的采集与解析，岩土材料的刚性指标和强度指标就能够被解析出来。
3.2 检测原理概要
落球检测技术的首先是基于Hertz 冲击理论[2]，在分析球状碰撞体的基础上建立了材料变形特性的测试方法。同时，在Vesic 的空洞扩张理论[3]的基础上，我们建立了岩土材料的强度特性测试理论。根据该理论，我们不仅可以测出材料的c 或φ，还可以求出测试深度范围，为施工管理提供明确的信息。
