一种基于动量的填筑工程压实质量连续检测方法技术

一种基于动量的填筑工程压实质量连续检测方法，采集碾压机的振动轮与土体碾压层相互作用时产生的竖向振动信号，捕捉其每个周期内的速度峰值，计算每个周期内振动轮的极限压实动量，进而计算动量型压实质量连续检测指标即动量压实值MCV，k表示填筑材料的校准系数；表示所述竖向振动信号在N个周期内的极限压实动量的平均值；结合空间位置信息，生成碾压区域时空压实质量分布图。本发明专利技术具有精确、连续、实时、离散性小、成本低等特点，与智能决策、机群协同功能融合可实现智能碾压机群协同作业。碾压机群协同作业。碾压机群协同作业。

【技术实现步骤摘要】
一种基于动量的填筑工程压实质量连续检测方法


[0001]本专利技术属于土木工程智能建造
，可用于压实质量在线检测，特别涉及一种基于动量的填筑工程压实质量连续检测方法。

技术介绍

[0002]填筑材料压实质量是填筑工程施工的重要指标，按照检测方式的不同，检测装备与技术可分为直接法和间接法。直接法基于抽样检测，只能反映某些点的压实状况，不能反映整个工作面的压实质量，且属于有损检测。
[0003]间接法间接反映填筑料填筑质量，克服了直接法的上述缺陷，是目前的主要研究方向，典型例如连续压实控制技术、碾压机集成压实监控技术和智能压实技术，相应提出的压实质量连续检测指标主要有CMV、MDP、K
s
、E
vib
和THD等。但是，间接法的检测精度低，且检测装备昂贵。
[0004]在专利CN115162309A中，提出了一种接触式碾压机集成压实动量检测系统与方法，利用振动传感器获取碾压机振动轮与土体碾压层相互作用时产生的竖向振动信号，对该竖向振动信号进行滤波和速度峰值捕捉，计算得到振动轮的极限压实动量，进而计算出动量压实值。利用该动量压实值反映当前填筑碾压区域的实时压实度值，并结合碾压机位置，生成现场填筑碾压作业时的碾压区域时空压实度指标分布图。能够同时适用不同类型填筑料压实质量连续压实检测与填筑工程连续压实质量控制。
[0005]但是，在该专利中，其动量压实值I
p
通过单周期内的竖向振动动量的峰值P
c
与碾压试验确定的合格压实振动动量P
q
的比值获取，即：
[0006]但对于确定的某种填筑料来说，一方面，P
q
是固定值，因此动量压实值I
p
的大小仅由P
c
决定，由于土的性质复杂性以及各向异性，显然，在同一条带单独用单个周期的峰值表征土体压实度，其误差必然会比较大。
[0007]另一方面，P
q
需通过大量的现场碾压试验才能确定，这就明显不利于改善现场碾压施工作业效率。
[0008]另外，计算I
p
时并未针对填筑料种类进行校准，这也会影响I
p
在不同种类填筑料的压实质量的表征效果。
[0009]因此，有必要针对该专利的上述缺点，对填筑工程压实质量的连续检测方法做出进一步的改进。

技术实现思路

[0010]为了克服上述现有技术尤其是专利CN115162309A所存在的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于动量的填筑工程压实质量连续检测方法，以期进一步改善动量型压实质量连续检测指标的表征精度和表征效果。
[0011]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0012]一种基于动量的填筑工程压实质量连续检测方法，包括如下步骤：
[0013]步骤1，采集碾压机的振动轮与土体碾压层相互作用时产生的竖向振动信号，同时采集与碾压位置相关的空间位置信息；
[0014]步骤2，对所述竖向振动信号，捕捉其每个周期内的速度峰值，计算每个周期内振动轮的极限压实动量，进而计算动量型压实质量连续检测指标即动量压实值MCV；MCV的计算公式如下：
[0015][0016]其中，k表示填筑材料的校准系数；表示所述竖向振动信号在N个周期内的极限压实动量的平均值；
[0017][0018][0019]表示第i个周期的极限压实动量，从竖向振动动量P(t)获取，P(t)＝mv(t)，i＝1,2,
…
,N，m为振动轮的质量，v(t)是振动轮的竖向振动速度；表示第i个周期内振动轮与土体碾压层接触过程中振动轮的竖向最大速度，即单个周期内的v(t)峰值；
[0020]步骤3，结合所述空间位置信息，生成碾压区域时空压实质量分布图。
[0021]与现有填筑工程压实质量检测装备与技术相比，本专利技术具有接触式、连续、实时、精确、离散性小、成本低等特点，同时适用不同类型填筑料压实质量连续压实检测与填筑工程连续压实质量控制，并可实时对碾压层压实质量进行全作业面施工区域检测，通过反馈控制碾压机振动轮的压实作业参数也很容易实现智能连续压实功能，可将与填筑碾压施工过程有关的信息实时存取供现场碾压机驾驶员和监理使用，也可与远程监控中心集成供远程管理人员和业主使用，不仅可以提高施工效率，也使得工程建造经济性和工程建设精细化管理得到保障。
[0022]1)根据本专利技术动量压实值MCV计算公式可知，对于某种填筑料来说，动量压实值MCV是由N个周期内极限压实动量的平均值和校准系数确定的，相较于专利CN115162309A，可有效改善动量型压实质量连续检测指标的表征精度和表征效果。
[0023]2)根据本专利技术动量压实值MCV计算公式可知，计算动量压实值MCV时针对填筑料种类进行了校准，对比专利CN115162309A，将改善动量型压实质量连续检测指标的表征效果。
附图说明
[0024]图1为本专利技术的硬件架构示意图。
[0025]图2是本专利技术MCV与碾压遍数的关系示意图。
[0026]图3是本专利技术MCV与压实度的相关关系示意图。
[0027]图4是对比例中I
p
与碾压遍数的关系示意图。
[0028]图5是对比例中I
p
与压实度的相关关系示意图。
具体实施方式
[0029]下面结合该检测系统与方法原理和实施例，对本专利技术做进一步详细描述。以下实施例和附图用于说明本专利技术所提基于动量的填筑工程压实质量连续检测方法具体实施过程，但不是用来限定本专利技术的范围。
[0030]本专利技术为一种基于动量的填筑工程压实质量连续检测方法，用于碾压机，实施现场碾压施工作业，也可为其它类似的设备。其步骤如下：
[0031]步骤1，采集碾压机的振动轮与土体碾压层相互作用时产生的竖向振动信号，同时采集与碾压位置相关的空间位置信息；
[0032]步骤2，对该竖向振动信号，捕捉其每个周期内的速度峰值，计算每个周期内振动轮的极限压实动量，进而计算动量型压实质量连续检测指标即动量压实值MCV；
[0033]步骤3，结合空间位置信息，生成碾压区域时空压实质量分布图。
[0034]与专利CN115162309A相同或相似，如图1所示，图中虚线框示出了检测系统10，其主要包括振动传感器1、数据采集仪2、工控机3、GPS/BDS接收机4、机载显示器5以及供电系统9。图中还示出了振动轮6、机架7和碾压机8。碾压机碾压填筑层时，本专利技术利用振动传感器1实时采集碾压机振动轮与填筑层相互作用时产生的竖向振动信号，利用GPS/BDS接收机4实时采集碾压机的当前空间位置信息，并对这些信号进行信号调理处理，通过数据线传输至工控机3进一步分析处理，得出实时动量型压实质量连续检测指标即动量压实值MCV，并将其与空间位置信息在机载显示器5上显示为碾压区域时空压实质量分布图。
[0035]其中，振动传感器1用于获取碾本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于动量的填筑工程压实质量连续检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，采集碾压机的振动轮与土体碾压层相互作用时产生的竖向振动信号，同时采集与碾压位置相关的空间位置信息；步骤2，对所述竖向振动信号，捕捉其每个周期内的速度峰值，计算每个周期内振动轮的极限压实动量，进而计算动量型压实质量连续检测指标即动量压实值MCV；MCV的计算公式如下：其中，k表示填筑材料的校准系数；表示所述竖向振动信号在N个周期内的极限压实动量的平均值；实动量的平均值；实动量的平均值；表示第i个周期的极限压实动量，从竖向振动动量P(t)获取，P(t)＝mv(t)，i＝1,2,
…
,N，m为振动轮的质量，v(t)是振动轮的竖向振动速度；表示第i个周期内振动轮与土体碾压层接触过程中振动轮的竖向最大速度，即单个周期内的v(t)峰值；步骤3，结合所述空间位置信息，生成碾压区域时空压实质量分布图。2.根据权利要求1所述基于动量的填筑工程压实质量连续检测方法，其特征在于，所述竖向振动信号为竖向加速度信号或竖向速度信号，通过固设于固定支架上振动传感器(1)采集所述竖向振动信号，所述固定支架与碾压机的振动轮直接连接。3.根据权利要求2所述基于动量的填筑工程压实质量连续检测方法，其特征在于，所述步骤2捕捉竖向振动信号每个周期内的速度峰值的方法如下：1)若固设于固定支架上振动传感器(1)为速度传感器，则基于自适应波峰检测算法，根据振动轮静止、静碾、振碾三种状态对应的速度幅值的差异，利用相应的阈值区间判别运动状态，进而根据运动状态确定相应的邻域窗口大小，进行邻域内比较，实现不同运动状态下的自适应速度峰值捕捉；2)若固设于固定支架上振动传感器(1)为加速度传感器，则先对实时采集的加速度信号进行滤波，然后进行积分变换求得速度信号值，再基于自适应波峰检测算法，对每个周期的速度峰值进行捕捉即可。4.根据权利要求3所述基于动量的填筑工程压实质量连续检测方法，其特征在于，所述自适应波峰检测算法的步骤如下：(1)实时采集竖向速度信号，然后进行滤波处理，接着利用滑动窗口查找速度潜在峰值，限制速度阈值进行初次判断，将状态划分成空闲和运动两类，峰值小于Am/s为空闲状态，不进行计数；峰值在区间[B m/s，Cm/s]，判断为静碾；潜在峰值大于D m/s，判断为振碾，进行下一步判断；其中所述滑动窗口大小为M个周期，M为偶数；(2)计算潜在峰值与前一峰值时间差，利用不同的时间阈值进行二...

【专利技术属性】
技术研发人员：张庆龙，杨贤，朱燕文，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：