一种变参数智能调节高铁路基填料振动压实方法及系统技术方案

一种变参数智能调节路基填料振动压实方法及系统，包括在获取室内振动压实试验连续变形沉降数据的基础上，实时反馈填料干密度，进而分析填料的固有频率，实现振动参数的智能调节，建立高铁填料振动压实智能联机系统。本发明专利技术解决了传统的振动压实过程中振动参数固定调节，缺少实时调节振动参数的方法以及传统室内振动压实试验中，无法实时监测干密度，且工作量大、试验效率较低等问题。本发明专利技术实现了实时干密度的测试，且动态生成压密曲线，实现了实时压实性能分析；在测试过程中实现了实时调节振动参数，有效避免了目前室内振动压实需设置多组试验进行最大干密度测试，试验干密度与现场振动压路机相比偏低的问题。现场振动压路机相比偏低的问题。现场振动压路机相比偏低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种变参数智能调节高铁路基填料振动压实方法及系统


[0001]本专利技术涉及振动压实
，特别涉及路基填料智能压实、智能建造
具体是一种变参数智能调节高铁路基填料振动压实方法及其系统。

技术介绍

[0002]路基长期承担轨道与列车荷载，是极为重要的基础结构，高速铁路、高等级公路、机场场坪等都对填料的填筑质量和填筑效率提出了严格的要求。路基压实质量检测的物理指标—压实度，是由现场实测干密度与室内击实试验所得最大干密度所得。然而“重锤击实”法机理与现场振动碾压机理区别较大，锤击易造成填料颗粒破碎、击实不均匀，易造成部分填料的室内试验干密度小于现场干密度，出现压实度大于1的不正常现象，其原因在于目前现场振动压路机与室内重锤击实测试方法不匹配造成。
[0003]“工欲善其事必先利其器”。然而，目前国内外室内振动压实设备种类繁多，参照标准不一，限制了室内振动压实方法的推广应用。现阶段市场上振动压实设备存在以下问题（1）室内振动压实试验均是基于固定振动参数压实工艺，但发现填料干密度并不是随着外部能量增大而增大，多余的能量会导致颗粒破碎、设备损耗严重。即振动参数固定调节，缺少实时调节振动参数的方法；（2）补充：目前测试方法设置多组不同频率、振幅试验，确定最大干密度。
[0004]现有技术，中国专利申请：申请号；CN2020109406478，公开号：CN112067500A，公开一种铁路粗粒土填料振动压实实验装置及实验方法，重点在于振动反馈加速度与密度的关系分析方法。
[0005]根据施工现场的填料类型制备粗粒土填料试样；进行振动实验，记录填料干密度随振动时间的变化情况，采集振动压实过程中加速度随振动时间的变化情况；获取试样加速度幅值以及频谱特性，建立填料干密度的变化与加速度频谱谐波之间的对应关系；在实际压路机施工过程中，根据对应关系，由测量获得的加速度频谱变化获得填料压实度变化。本专利技术采用连续测距的方式，分析振动压实参数下填料的密度连续变化；采用振动加速度采集的方式，分析振动压实参数下填料的加速度幅值、频谱分析，为填料最优压实参数提供依据；联合密度变化、加速度变化的数据快速实时分析，为现场施工提供依据。
[0006]申请号；CN2020102104458，公开号：CN111089698A，公开一种铁路路基填料振动压实试验方法，制备覆盖各典型含水率的土样；测试针对当前土样压实最快的最优振动频率；重点在于基于室内试验与现场振动压路机振动参数关系，分析不同含水率填料的最大干密度。
[0007]测试针对当前土样压实最快的最佳静重质量和偏心块质量组合；以最优振动频率、最佳静重质量和偏心块质量组合设置振动压实仪器，分析土样的振动压实参数，与现场压实参数进行比对，选定振动参数，对所有含水率的土样进行压实试验，测试干密度，获取土样干密度最大的土样对应的含水率为最优含水率；输出最优振动参数，最佳静重质量和偏心块质量组合，最优含水率以及最大干密度。本专利技术所提出的振动压实方法可匹配现场
振动压实参数，对填料振动与现场一致压实参数下的干密度，指导现场施工。
[0008]申请号；CN2013100477938，公开号：CN103061236A，公开一种铁路路基连续压实质量监测与控制系统，其组成包括：单片机，其特征是：所述的单片机分别与铁电存储器、A/D转换器、彩色液晶显示电路、GPS模块、GPRS模块、时钟芯片、电可擦可编程只读存储器、SD卡、USB接口电路、键盘电路、方波转换电路连接，所述的A/D转换器与电压转换电路、信号调理电路连接，所述的方波转换电路与所述的信号调理电路连接。
[0009]申请号；CN201910247572，公开号：CN109918843A，公开一种种基于离散元方法获取无粘性路基土振动压实值的方法。本专利技术的方法包括：(1)实地调研及试样采集分析；(2)无粘性路基土离散元模型构建；(3)压轮离散元模型构建；(4)压轮竖向位移
‑
时间曲线获取；(5)压轮竖向加速度
‑
时间曲线计算；(6)CMV值计算。
[0010]然而，上述现有技术无法实时监测干密度，且工作量大，花费大量人力，易受人为因素的干扰，存在较大的误差、试验效率较低等问题。其原因在于压实过程无法对压实参数进行实时调节，因此现阶段需要对振动压实设备的设计思路进行一个整体性的改变，以提高试验效率、增加压实性能评估，匹配“智能建造”大背景。

技术实现思路

[0011]有鉴于此，为了解决
技术介绍
中的问题，本专利技术提出了一种变参数智能调节路基填料振动压实方法，该方法能实时调节振动参数、实时监测干密度并形成压密曲线，可有效提高压实质量和压实效率及压实智能化水平，其技术方案如下：一种变参数智能调节路基填料振动压实方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：在获取沉降数据的基础上，实时测试填料干密度；步骤2：基于填料测试的变形、振动反馈，计算最优振动参数；步骤3：通过变频器控制系统中的PLC模块，采用Modbus通信方式，实现对变频器工作参数的远程设定和调整，实现智能调节参数；步骤4：高铁填料振动压实智能联机系统建立。
[0012]优选为：所述步骤1中的实时测试填料干密度包括以下步骤：在振动压实仪上布设位移传感器，实时采集沉降数据；在获取沉降数据的基础上，实现沉降和干密度的实时转换；基于压实时间与所对应的干密度，形成压密曲线；基于压密曲线，开展压实性能分析。
[0013]优选为：所述位移传感器采用丝孔安装方式，布设在振动压实设备框架位置，出线方式为电缆侧出，实时采集激振头的沉降数据。
[0014]优选为：沉降和干密度实时转换方法具体计算如下：计算初始密度 (1)式中，—填料总质量，—填料初始总体积，—压实筒面积；—填料初始厚度；计算次振动压实后的密度
(2)式中：——次振动压实后体积；——次压实筒面积；——次振动压实后填料的厚度；——沉降率，即沉降量与填料厚度的比值，；设填料的总质量不变，且因压实而引起面积的增减可忽略不计，则(3)由上式结合（2）、（3）可得（4）根据上述公式，如果初密度已知，只要测定沉降量，就可以立即算出次振动压实后的。对次振动压实后的密度；设为压实结束后的密度，利用沉降量与沉降率的关系，按式（4）可得：（5）式中，S
e
为振动结束的总沉降；由式5可得，将其代入式4可得：（6）根据上式，只要测试出初始阶段干密度，其他情况下只要测出沉降量即可计算出对应的密度。该智能压实设备中可通过位移计实时采集土体沉降，自动输出全压实过程干密度值，取压实后的干密度作为极值干密度。
[0015]优选为：所述压密曲线，开展压实性能分析依靠密实能量CEI和“工后沉降能量”TDI这两个指标来量化填料的在压实阶段的压实性能，具体计算公式如下：以压实次数为横坐标，压实度为纵坐标绘制压密曲线，压密曲线符合为指数曲线，其方程为：式中，a,b为拟合参数，N表示振动次数，y表示压实度。
[0016](7)(8)式中，为密实能量,为工后沉降能量。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变参数智能调节高铁路基填料振动压实方法，其特征在于：包括以下步骤：1)在获取沉降数据的基础上，实时测试填料干密度；2)基于所测试的填料固有频率，确定最优振动参数；3)通过变频器控制系统中的PLC模块，采用Modbus通信方式，实现对变频器工作参数的远程设定和调整，实现智能调节参数；4)高铁填料振动压实智能联机系统建立。2.根据权利要求1所述的一种变参数智能调节高铁路基填料振动压实方法，其特征在于：所述步骤1)中的实时测试填料干密度包括以下步骤：（1）在振动压实仪上布设位移传感器，实时采集沉降数据；（2）在获取沉降数据的基础上，实现压实沉降变形和填料干密度的实时转换；（3）基于压实时间与所对应的干密度，形成压密曲线；（4）基于压密曲线，开展压实性能分析。3.根据权利要求2所述的变参数智能调节高铁路基填料振动压实方法，其特征在于：所述位移传感器采用丝孔安装方式，布设在振动压实设备框架位置，出线方式为电缆侧出，实时采集激振头的沉降数据。4.根据权利要求2所述的变参数智能调节高铁路基填料振动压实方法，其特征在于：所述的步骤（2）中：沉降和干密度实时转换方法具体计算如下：计算初始密度(1)式中，—填料总质量，—填料初始总体积，—压实筒面积；—填料初始厚度；计算次振动压实后的密度次振动压实后的密度(2)式中：——次振动压实后体积；——次压实筒面积；——次振动压实后填料的厚度；——沉降率，即沉降量与填料厚度的比值，；设填料的总质量不变，且因压实而引起面积的增减可忽略不计，则(3)由上式结合（2）、（3）可得第N次压实时的干密度：（4）如果初密度已知，只要测定沉降量，就可以立即算出次振动压实后的；对次振动压实后的密度；设为压实结束后的密度，利用沉降量与沉降率的关系，按式（4）可得：
（5）式中，S
e
为振动结束的总沉降；（6）根据上式，只要测试出初始阶段干密度，其他阶段只要测出沉降量即可计算出对应的密度；该智能压实设备中可通过位移计实时采集土体沉降，自动输出全压实过程干密度值，取压实后的干密度作为极值干密度。5.根据权利要求2所述的变参数智能调节高铁路基填料振动压实方法，其特征在于：所述压密曲线开展...

【专利技术属性】
技术研发人员：尧俊凯，叶阳升，蔡德钩，闫宏业，安再展，谢康，朱宏伟，李竹庆，苏珂，邓逆涛，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：