一种心墙堆石坝土料含水率快速检测方法技术

本发明专利技术公开了一种心墙堆石坝土料含水率快速检测方法：(1)利用心墙堆石坝土料含水率快速检测仪器对土料含水率进行检测，时域反射仪获得电磁波传播时间；(2)检测人员利用掌上电脑上述信息发送至数据处理服务器；(3)数据处理服务器对接收到的数据进行计算获得土料含水率，并和设定的含水率标准进行对比分析；(4)数据处理服务器将检测结果推送到检测人员的掌上电脑，若土料含水率不符合设计标准，数据处理服务器给现场土料质量负责人员的掌上电脑推送报警通知。本发明专利技术能实现了心墙堆石坝土料含水率的快速检测、及时反馈，既提高了土料含水率的检测效率，也有利于土料质量负责人员针对土料含水率不合格区域进行及时处理。

【技术实现步骤摘要】
一种心墙堆石坝土料含水率快速检测方法
本专利技术涉及水利工程中心墙堆石坝大坝填筑土料料源质量测定领域，特别涉及一种心墙堆石坝土料含水率快速检测方法。
技术介绍
国内心墙堆石坝建设规模越来越大，已经达到300米级，土料需求量也随之变大。对于心墙堆石坝填筑质量，心墙堆石坝土料含水率是一个非常关键的控制指标。心墙堆石坝土料含水率不合格在施工过程中容易造成碾压土料的剪切破坏、压实度检测取样合格率偏低、层间结合不良等问题，无法有效控制工程质量。由于质量原因导致暂停正常施工并进行返工处理，会严重影响大坝的施工进度。因此，心墙堆石坝土料含水率检测是心墙堆石坝施工过程中的一个重要环节。目前，心墙堆石坝土料含水率检测仍主要采用较为传统的烘干称质量法，完成一次检测需要10小时以上，太过于耗时，效率低下，给现场检测带来了极大的不便。广大学者针对土料含水率快速检测方法，进行了相关研究。中国专利CN103267702A公开了一种基于烘干称质量法专利技术的土样含水率快速检测仪，先利用红外线灯管加热，再微波加热，相对于传统烘干方法节省了较多烘干时间，但是所专利技术仪器体积较大，操作较为繁琐；中国专利CN105116016A基于电阻法，考虑到土壤中孔隙水的导电率，将含水土壤等效为电阻，建立含水率快速检测电路，但是其测量范围有限，精度不高；中国专利CN104897734A基于范德堡理论(VDP理论)利用四探针法计算含水土层的电导率，通过土层电导率和含水率的对应关系，确定各点位含水率，但是随时间推移探针灵敏度会有所减弱，影响测量结果；中国专利CN104297270A基于CT扫描得到红黏土试样的CT值与含水率和干密度的关系式，可对土壤含水率进行检测，但是由于该方法存在一定的辐射，用于现场检测会对人体产生一定的危害；中国专利CN104390932A基于红外差谱技术针对木材提出了含水率快速检测的方法，但是由于土料变异性影响，误差大，在土料含水率检测上适应性不强。通过土壤介电特性测量土壤含水率的介电法是近20年来新发展起来的一种测量方法，在测量的实时性与精度上都较具优势，而且在使用操作上更加方便灵活，可适用于不同用途的土壤水分测量，是目前国内外广泛使用的一种土壤水分测量方法。目前，国内市场上基于介电法研发的土壤含水率传感器主要有时域反射法(TDR)和频域反射法(FDR)两种。采用频域反射法(FDR)测量土壤含水率需要考虑土壤质地、温度和容重等影响，考虑因素较多。时域反射法(TDR)是基于电磁波在不同介质中传播速度不同的原理，根据高频电磁波在土壤中发射波和反射波间的时间差来测定土壤含水率，其优点是测量速度快、操作简便、精确度高，并可连续测量，测量数据易于处理。目前，该方法主要应用于农业和生态领域，由于心墙堆石坝土料具有独特的制备工艺，在土壤特性方面与普通土壤具有较大差异，该方法在心墙堆石坝土料含水率检测领域还未曾应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中的不足，针对心墙堆石坝土料含水率检测，提供一种基于时域反射法(TDR)，快速、精确、高效的心墙堆石坝土料含水率快速检测方法。本专利技术方法构建了从数据采集、数据发送、数据处理、信息反馈一整套的系统流程。利用本专利技术方法，能够对土料的含水率进行准确、快速测量，并对不符合心墙堆石坝土料含水率控制标准的土料区进行报警，实现了心墙堆石坝土料含水率的快速检测、及时反馈，既提高了土料含水率的检测效率，也有利于土料质量负责人员针对土料含水率不合格区域进行及时处理，保证心墙堆石坝土料质量。本专利技术所采用的技术方案是：一种心墙堆石坝土料含水率快速检测方法，包括心墙堆石坝土料含水率快速检测仪器、以及通过无线网络相连接的掌上电脑和数据处理服务器，所述心墙堆石坝土料含水率快速检测仪器包括通过同轴电缆相连接的探头和时域反射仪，所述探头包括PVC管和探针，所述同轴电缆上、靠近所述探头处，设置有供其插拔组装和拆卸的串口。对心墙堆石坝土料含水率的检测方法包括以下步骤：(1)利用心墙堆石坝土料含水率快速检测仪器对土料含水率进行检测，时域反射仪获得电磁波传播时间；(2)检测人员利用掌上电脑将步骤(1)采集到的电磁波传播时间发送至数据处理服务器；(3)数据处理服务器对接收到的数据进行计算获得土料含水率，并和设定的含水率标准进行对比分析；(4)数据处理服务器将检测结果推送到检测人员的掌上电脑，若步骤(3)中计算得到的土料含水率不符合设计标准，数据处理服务器给现场土料质量负责人员的掌上电脑推送报警通知。步骤(3)中，数据处理服务器对接收到的数据进行计算，并和设定的含水率标准进行对比分析，具体步骤为：a.根据电磁波传播时间，计算土料介电常数：Ka＝(cT/2L)2其中，Ka为土壤的表观介电常数；c为真空中电磁波的速度(m/s)；T为电磁波传播时间(s)；L为探针长度(m)；b.根据时域反射仪测量土料含水率公式，计算土料含水率：其中：ω为土料含水率；c.将步骤b计算得到的含水率ω和设定的含水率标准集[ω下，ω上]进行合格分析：其中：ω下为设定的含水率标准下限，ω上为设定的含水率标准上限。步骤(3)中，设定的含水率标准由设计单位根据编号为SL274-2001的《碾压式土石坝设计规范》进行现场实验确定，获得设定的含水率标准集[ω下，ω上]。步骤(4)中，步骤(3)中计算得到的土料含水率不符合设计标准，即其中，ω为步骤(3)计算得到的土料含水率，[ω下，ω上]为设定的含水率标准集。本专利技术的有益效果是：1.本专利技术提出了心墙堆石坝土料含水率快速检测的方法，操作简便快捷、测量精度高，克服了传统烘干称质量法时耗长、效率低等问题；2.本专利技术在实现土料含水率准确、快速测量的同时，可对不符合心墙堆石坝土料含水率控制标准的土料区进行报警，向现场土料质量负责人的掌上电脑推送报警通知，实现了心墙堆石坝土料含水率的快速检测、及时反馈，既提高了土料含水率的检测效率，也有利于土料质量负责人员针对土料含水率不合格区域进行及时处理，保证心墙堆石坝土料质量。附图说明图1：本专利技术心墙堆石坝土料含水率快速检测仪器结构示意图；图2：本专利技术心墙堆石坝土料含水率快速检测方法数据分析处理流程图。附图标注：1、时域反射仪；2、同轴电缆；3、PVC管；4、探针；5、串口；6、掌上电脑；7、数据处理服务器；8、掌上电脑。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的描述。本专利技术的理论基础是利用时域反射法检测土壤介电特性来反映心墙堆石坝土料含水率。如附图1所示，一种心墙堆石坝土料含水率快速检测方法，包括心墙堆石坝土料含水率快速检测仪器、以及通过无线网络相连接的掌上电脑6、8和数据处理服务器7。所述心墙堆石坝土料含水率快速检测仪器包括通过同轴电缆2相连接的探头和时域反射仪1。所述探头采用CS605型三针式探针，包括PVC(聚氯乙烯，Polyvinylchloride)管3和探针4；探针4长度30cm，探针4间距2.25cm，直径0.476cm；PVC管3长度35cm，直径11cm；PVC管3和探针4相互组合，其中一端两者持平，探针4处于PVC管3正中心。所述同轴电缆2采用4m长的50Ω同轴电缆，所述同轴电缆2上、靠近所述探头处(距离所述探头约10cm处)，设置有供其插拔组装和拆卸的串口5。如附图2所示，对心本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种心墙堆石坝土料含水率快速检测方法，其特征在于：包括心墙堆石坝土料含水率快速检测仪器、以及通过无线网络相连接的掌上电脑和数据处理服务器，所述心墙堆石坝土料含水率快速检测仪器包括通过同轴电缆相连接的探头和时域反射仪，所述探头包括PVC管和探针；对心墙堆石坝土料含水率的检测方法包括以下步骤：(1)利用心墙堆石坝土料含水率快速检测仪器对土料含水率进行检测，时域反射仪获得电磁波传播时间；(2)检测人员利用掌上电脑将步骤(1)采集到的电磁波传播时间发送至数据处理服务器；(3)数据处理服务器对接收到的数据进行计算获得土料含水率，并和设定的含水率标准进行对比分析；(4)数据处理服务器将检测结果推送到检测人员的掌上电脑，若步骤(3)中计算得到的土料含水率不符合设计标准，数据处理服务器给现场土料质量负责人员的掌上电脑推送报警通知。

【技术特征摘要】
1.一种心墙堆石坝土料含水率快速检测方法，其特征在于：包括心墙堆石坝土料含水率快速检测仪器、以及通过无线网络相连接的掌上电脑和数据处理服务器，所述心墙堆石坝土料含水率快速检测仪器包括通过同轴电缆相连接的探头和时域反射仪，所述探头包括PVC管和探针；对心墙堆石坝土料含水率的检测方法包括以下步骤：(1)利用心墙堆石坝土料含水率快速检测仪器对土料含水率进行检测，时域反射仪获得电磁波传播时间；(2)检测人员利用掌上电脑将步骤(1)采集到的电磁波传播时间发送至数据处理服务器；(3)数据处理服务器对接收到的数据进行计算获得土料含水率，并和设定的含水率标准进行对比分析；(4)数据处理服务器将检测结果推送到检测人员的掌上电脑，若步骤(3)中计算得到的土料含水率不符合设计标准，数据处理服务器给现场土料质量负责人员的掌上电脑推送报警通知。2.根据权利要求1所述的心墙堆石坝土料含水率快速检测方法，其特征在于：步骤(3)中，数据处理服务器对接收到的数据进行计算，并和设定的含水率标准进行对比分析，具体步骤为：a.根据电磁波传播时间，计算土料介电常数：Ka＝(cT/2L)2其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：任炳昱，钟登华，闫玉亮，王飞，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12