[发明专利]一种基于集成声波检测技术的土石料压实质量连续评估方法

权利要求书

1.一种基于集成声波检测技术的土石料压实质量连续评估方法，用于土石坝坝体填筑过程中堆石料的压实质量评估，步骤如下：

(1)实时采集碾压施工参数(v，h，f，n)

通过安装在碾压机上的土石方压实质量监控系统，按设定时间间隔，实时采集土石方填筑料压实过程中的行车速度v、压实厚度h、振动频率f和碾压遍数n及对应的空间位置信息，并将结果发送至远程监控平台并同时存储于远程监控平台的数据库服务器中，所述压实质量为压实度K或干密度ρ；

(2)实时采集土石料压实效果指标SCV

利用安装在碾压机上的土石料压实质量机载声波检测系统，按设定时间间隔，实时采集土石料碾压过程中的压实效果指标SCV及其对应的空间位置信息，并将结果发送至远程监控平台并同时存储于远程监控平台的数据库服务器中，压实效果指标SCV定义为：

SCV＝k·A₂

其中，k是压实材料的标定系数，A₂表示声场时域信号经过滤波、频谱分析和对数处理之后的有效声波频谱的二次谐波分量，声波信号由安装在振动轮机架下方位置处的声场拾音器实时测得，SCV是能反映土石料压实质量的间接表征指标；且SCV越大，土石料的压实质量越好；

(3)现场点抽样检测方法试验信息采集

在碾压施工作业面上，利用常规点抽样检测方法采集试坑点现场及室内试验结果信息，包括土石料名称、含水量w以及级配p和压实质量，并将结果发送至远程监控平台并同时存储于远程监控平台的数据库服务器中，并结合RTK-GPS技术获取试坑点空间位置信息；

(4)确定试坑点处的碾压施工参数和压实效果指标

利用步骤(1)和步骤(2)实时采集的碾压施工参数、压实效果指标SCV及其相应的空间位置信息，并根据各个试坑点的坐标，确定每个试坑点处的碾压施工参数(v，h，f，n)和压实效果指标SCV，以及该试坑点处的土石料含水量w、级配p及压实质量，由此构成不同位置处的土石料试坑点样本数据；

(5)分析土石料压实质量与碾压施工参数、压实效果指标之间的相关性

根据采集到的试坑点样本数据，分析不同土石料的压实质量与碾压施工参数、压实效果指标的相关性，根据相关性强弱关系，确定压实质量回归模型的变量；

(6)建立土石料压实质量回归模型

根据相关性分析确定的回归模型的变量，以及各个土石料试坑点处的样本数据，分别建立不同采样点土石料压实质量与碾压施工参数(v，h，f，n)、压实效果指标SCV以及土石料的材料性质的回归模型，即土石料压实质量的评估模型，建立的模型如下：

Z1＝F(SCV) (1)

Z2＝F(v，h，f，n，SCV，w，p) (2)

Z3＝F(v²，h²，f²，n²，SCV，w²，p²) (3)

其中，式(1)～(3)分别表示一元、多元线性或非线性压实质量评估模型，Z1、Z2、Z3表示土石料的压实质量，F(·)为回归函数，通过回归分析方法确定，该模型需通过显著性检验才可使用，否则需采用更多的样本数据，来建立可通过显著性检验的回归模型；

(7)确定当前碾压施工作业面，开始碾压施工过程监控

根据土石方工程施工进度，确定下一个施工作业面，以及碾压施工该作业面的安装有土石方压实监控系统和土石料压实质量机载声波检测系统的碾压机；接着，开始碾压施工，同时开始碾压过程监控；

(8)实时采集当前碾压施工作业面的碾压施工参数

利用安装在碾压机上的土石方压实监控系统，按设定时间间隔实时采集碾压机的空间位置信息以及碾压过程中的碾压施工参数(v，h，f，n)，并将结果发送至远程监控平台并同时存储于远程监控平台的数据库服务器中；

(9)实时采集当前碾压施工作业面的压实效果指标

利用安装在碾压机上的土石料压实质量机载声波检测系统，按照设定时间间隔，实时采集碾压过程中的压实效果指标SCV及其对应的空间位置信息，并将结果发送至远程监控平台并同时存储于远程监控平台的数据库服务器中；

(10)确定碾压施工作业面上每个网格处的碾压施工参数和压实效果指标

取步骤(8)和步骤(9)中的采样间隔长度作为采样精度，以确定该时间间隔下碾压机行车距离，将当前碾压施工作业面网格化处理，利用步骤(8)和步骤(9)采集的现场碾压数据，按空间位置信息，给每个网格赋值，以确定每个网格的碾压施工参数(v，h，f，n)和压实效果指标SCV；

其中，压实厚度h、碾压遍数n、压实效果指标SCV均为该网格处碾压机按设计要求最后一遍碾压时采集的值；行车速度v取碾压机多次经过该网格的平均值；若某个网格中包含多个采样值时，则取多个采集值的平均值作为该网格的赋值；

(11)确定当前碾压施工作业面填筑料的材料性质

根据碾压结束后的现场点抽样检测试验，采集当前碾压施工作业面填筑料的材料性质，当前碾压施工作业面的填筑料含水量w、级配p取多个试坑点试验结果的均值；

(12)当前碾压施工作业面上每个网格处压实质量评估

根据步骤(6)建立的压实质量评估模型，以及步骤(10)和步骤(11)确定的每个网格处的碾压施工参数、压实效果指标SCV值，就算当前碾压施工作业面上每个网格处的压实质量；

(13)压实质量空间插值

选用空间插值方法进行压实质量空间插值，得到当前碾压施工作业面上任意位置处的压实质量值，再利用ArcGIS软件和GS+软件输出全工作面的压实质量云图，并将结果发送至远程监控平台并同时存储于远程监控平台的数据库服务器中；

(14)全工作面压实质量分析和施工反馈控制

根据步骤(13)得到的任意位置处的压实质量，结合设定的压实质量控制标准，分析压实质量合格或不合格区域，并利用云图形式标识处不合格区域；而全工作面压实质量的合格率r按下式表示：

其中，r为碾压施工全工作面压实质量的合格率，S_D为压实质量云图中碾压施工区域压实质量表征指标SCV或压实质量大于合格值的区域面积，S为整个碾压施工区域的面积，r越大，说明碾压作业面在填筑施工过程中的压实质量控制的越好，进而，根据上述结果，反馈指导现场施工，及时对不合格区域采取补救措施。

2.根据权利要求1所述基于集成声波检测技术的土石料压实质量连续评估方法，其特征在于，所述常规点抽样检测方法为灌水法、灌砂法、环刀法、核子密度仪法、圆锥贯入仪法、弯沉仪法、土壤刚度计法或平板载荷法。