考虑下垫面影响的高填方压实质量实时评价方法技术

本发明专利技术属于高填方工程施工质量控制领域，为实现不同下垫面或边界约束条件下对填方压实质量的全面、实时评价，本发明专利技术，考虑下垫面影响的高填方压实质量实时评价方法，首先利用压实过程实时监控装置采集下层和上层的碾压参数，同时，利用PDA采集上层的现场试坑试验结果，包括反映料性的含水率w、级配P和压实质量参数压实度D或干密度ρ或孔隙率e；然后，建立压实质量与碾压参数、料性参数和下垫面的回归模型，即考虑下垫面影响的填方压实质量评价模型；最后，基于所述模型，利用实时采集的碾压参数、碾轮加速度信号和料性参数，计算施工仓面上对应位置的压实质量。本发明专利技术主要应用于高填方工程施工质量控制场合。

【技术实现步骤摘要】
考虑下垫面影响的高填方压实质量实时评价方法
本专利技术涉及高填方工程(如路基、土石坝等)施工质量控制领域，尤其是涉及不同下垫面条件下填方压实质量的实时评价方法。
技术介绍
在土石坝、高填方路基等填方工程中，由于地质条件多变或材料摊铺不均匀引起的下垫面不均匀是普遍存在的。如在土石坝施工中，紧邻两侧岸坡的条带的下垫面部分为坚硬的山体，与正常压实后的下垫面相比其刚度更大，导致在同一仓面下不均匀下垫面的形成；或在使用粒径较大的填料时，材料摊铺不均匀导致较大的石块集中在某一区域，形成不均匀的下垫面。目前常用的压实质量频域实时监测指标原理均为通过振动压路机振动轮的加速度信号畸变程度大小来反映压实度的变化。已有研究表明，振动压路机的振动波传播深度一般在1.2米左右[1-3]，而填方工程中的土石填料铺层厚度多在0.3～0.8米，故由振动加速度信号得到的压实质量监测指标理论上不仅反映了当前碾压层的压实质量，同时也受到了其下垫面或边界条件的影响。当下垫面或边界条件不均匀时，基于碾轮加速度信号的压实指标将无法准确反映铺筑层填方的压实质量。因此，实现在不均匀下垫面或边界条件下的填方工程压实质量快速、准确、实时的评价，对于保证下垫面不均匀时填方工程的施工质量具有重要意义。目前，随着压实质量实时监测技术的应用，国内外学者对基于频域监测指标的压实质量实时监测方法展开了一系列研究。在道路压实上，徐光辉[12]等采用动力学监控技术，以路基结构抗力作为指标来评价压实状态的变化，实现了路基压实连续实时的质量监控。刘东海[10]等定义了压实监测值CV，并将其作为压实监测指标提出了路基压实质量的评估模型和路基施工全工作面的压实质量快速评估方法。针对土石坝施工中的压实质量评价，基于高心墙堆石坝过程实时监控系统[5,6]，LiuD[7]等建立了压实度与碾压参数、坝料性质之间的多元回归方程，并提出了以CV为压实指标的土石坝压实质量在线评估方法[9]。然而，上述研究并没有考虑压路机振动波的传播深度大于填料铺层厚度的客观情况，忽略了不均匀下垫面条件对填方压实质量的影响，当遇到不均匀下垫面或边界条件时，上述方法对当前填筑层的压实质量评估将产生较大误差。考虑到不均匀下垫面的影响，窦鹏[1]利用有限元方法对高铁路基刚度不均匀条件下压实指标进行模拟，并对模拟结果进行反演分析，得到更为准确的目标压实值。ZhuX[2]和HuW[4]等分别针对土质路基和沥青路面，验证了当前碾压层压实指标CMV与其下垫面压实指标的相关性。以上研究表明，下垫面对准确进行压实指标计算和压实质量的评价有着重要影响。同时，已有研究[13,14]表明，碾压参数(行车速度、碾压遍数、压实厚度等)和填料性质(含水率、级配等)对压实指标和压实质量有着显著影响，而上述研究忽略了以上影响因素对压实质量评价的影响，其对压实质量的评估是不全面的。参考文献：[1]窦鹏.高铁路基连续压实质量检测指标相关性校检试验研究[D].中南大学，2014.[2]ZhuX,BaiS,XueG,etal.Assessmentofcompactionqualityofmulti-layerpavementstructurebasedonintelligentcompactiontechnology[J].ConstructionandBuildingMaterials,2018,161:316-329.[3]MooneyMA,FacasNW.ExtractionofLayerPropertiesfromIntelligentCompactionData[R].NCHRP-IDEAProgramProjectFinalReport,2013.[4]HuW,HuangB,ShuX,etal.Utilisingintelligentcompactionmetervaluestoevaluateconstructionqualityofasphaltpavementlayers[J].RoadMaterialsandPavementDesign,2016,18(4):1-12.[5]钟登华，刘东海，张社荣，等.心墙堆石坝施工质量实时监控方法[P]，中国：CN101582198,200911-18.[6]钟登华，刘磊，刘东海等.心墙堆石坝碾压过程信息自动采集装置[P]，中国：CN101577043,2009-11-11.[7]LiuD,SunJ,ZhongD,etal.CompactionQualityControlofEarth-RockDamConstructionUsingReal-TimeFieldOperationData[J].JournalofConstructionEngineeringandManagement,2012,138(9):1085-1094.[8]刘东海，林敏，刘磊.碾压过程中土石和沥青混凝土坝料刚度实时监测装置[P]，中国：CN105915594A,2016-08-31.[9]刘东海，李子龙.土石坝坝料压实质量在线评估方法[P]，中国专利：CN103015391A，2013-04-03.[10]刘东海,巩树涛,魏宏云.基于实时监测的高等级公路路基压实质量快速评估[J].土木工程学报,2014(11):138-144.[11]刘东海，刘志磊，冯友文.堆石坝料压实监测指标影响因素及适用性分析[J].水力发电学报，2019,38(06):1-10.[12]徐光辉，高辉，王哲人.路基压实质量连续动态监控技术[J].中国公路学报，2007(03):17-22.[13]李子龙.碾压过程实时监测下堆石坝料压实质量评估方法及其应用[D].天津大学，2013.[14]刘东海,李子龙,王爱国.堆石料压实质量实时监测指标与碾压参数的相关性分析[J].天津大学学报(自然科学与工程技术版),2013,46(4):361-366.
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术旨在提出一种考虑下垫面刚度不均匀对压实监测指标影响的、基于碾压参数和压实质量实时监测指标的填方工程的压实质量实时评价方法，从而避免不同下垫面或边界约束条件对实时监测指标准确性的影响，实现不同下垫面或边界约束条件下对填方压实质量的全面、实时评价。为此，本专利技术采取的技术方案是，考虑下垫面影响的高填方压实质量实时评价方法。首先利用压实过程实时监控装置采集下层和上层的碾压参数，包括行进速度v、压实厚度h、激振力输出状态J、碾压遍数n；利用压实效果实时监测装置分别采集上层和下层的碾轮加速度信号并根据降噪后加速度信号计算压实监测指标C；同时，利用PDA采集上层的现场试坑试验结果，包括反映料性的含水率w、级配P和压实质量参数压实度D或干密度ρ或孔隙率e；然后，建立压实质量与碾压参数、料性参数和下垫面的回归模型，即考虑下垫面影响的填方压实质量评价模型；最后，基于所述模型，利用实时采集的碾压参数、碾轮加速度信号和料性参数，计算施工仓面上对应位置的压实质量，进一步通过空间插值方法得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑下垫面影响的高填方压实质量实时评价方法，其特征是，首先利用压实过程实时监控装置采集下层和上层的碾压参数，包括行进速度v、压实厚度h、激振力输出状态J、碾压遍数n；利用压实效果实时监测装置分别采集上层和下层的碾轮加速度信号并根据降噪后加速度信号计算压实监测指标C；同时，利用PDA采集上层的现场试坑试验结果，包括反映料性的含水率w、级配P和压实质量参数压实度D或干密度ρ或孔隙率e；然后，建立压实质量与碾压参数、料性参数和下垫面的回归模型，即考虑下垫面影响的填方压实质量评价模型；最后，基于所述模型，利用实时采集的碾压参数、碾轮加速度信号和料性参数，计算施工仓面上对应位置的压实质量，进一步通过空间插值方法得到仓面任意位置的压实质量，并根据压实质量控制标准分析质量不达标区域，及时反馈，控制施工质量。/n

【技术特征摘要】
1.一种考虑下垫面影响的高填方压实质量实时评价方法，其特征是，首先利用压实过程实时监控装置采集下层和上层的碾压参数，包括行进速度v、压实厚度h、激振力输出状态J、碾压遍数n；利用压实效果实时监测装置分别采集上层和下层的碾轮加速度信号并根据降噪后加速度信号计算压实监测指标C；同时，利用PDA采集上层的现场试坑试验结果，包括反映料性的含水率w、级配P和压实质量参数压实度D或干密度ρ或孔隙率e；然后，建立压实质量与碾压参数、料性参数和下垫面的回归模型，即考虑下垫面影响的填方压实质量评价模型；最后，基于所述模型，利用实时采集的碾压参数、碾轮加速度信号和料性参数，计算施工仓面上对应位置的压实质量，进一步通过空间插值方法得到仓面任意位置的压实质量，并根据压实质量控制标准分析质量不达标区域，及时反馈，控制施工质量。


2.如权利要求1所述的考虑下垫面影响的高填方压实质量实时评价方法，其特征是，具体步骤如下：
1)数据采集与信号去噪
(1)对下层填料进行碾压，利用碾压遍数利用碾压过程实时监控装置，实时采集下层碾压参数及其相应的坐标，并将数据发送并储存值远程数据库服务器，碾压参数包括下层行进速度v下、下层压实厚度h下、下层激振力输出状态J下和下层碾压遍数n下；
(2)利用安装在碾压机上的压实效果实时监测装置，实时采集碾轮的加速度信号，并由压实效果实时监测装置中的卫星定位装置实时定位获取对应的坐标，并将时间、坐标与对应的加速度信号发送至远程数据库服务器中；
(3)为了减小噪声对压实指标计算的影响，选用小波阈值法对每个时间段采样得到的加速度信号进行去噪，选择小波、并对信号进行多尺度小波变换，采用启发式阈值计算方法计算阈值并进行软阈值处理，得到降噪后的加速度信号，对去噪后的信号进行快速傅里叶变换FFT(FastFourierTransformation)，计算下层对应碾压位置点的压实指标C下；
(4)对上层填料进行碾压，并类似步骤(1)、(2)、(3)，得到上层碾压参数：上层行进速度v上、上层压实厚度h上、上层激振力输出状态J上、上层碾压遍数n上、上层压实指标C上及其对应的坐标；
(5)利用个人数字终端PDA(PersonDigitalAssistant)设备采集上层的试坑点位置及室内试验的结果，并将数据存储发送至远程数据库服务器，包括试坑点坐标、含水率w上、级配P上和压实质量参数：压实度D或干密度ρ或孔隙率e；
2)考虑下垫面影响...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘东海，李欣，杨文，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12