[发明专利]一种快速实时评价土石料填筑压实质量的无损方法及其评价装置

说明书

技术领域

本发明属于水利土木工程技术领域，涉及土石料填筑质量评价问题，特别涉及采用重型振动辗压实技术的土石料的快速实时无损的评价方法及其评价装置。

背景技术

随着大型振动辗的出现，使得压实的土石料具有较高的强度和变形模量，促进了现代碾压式高土石坝的飞速发展。但如何方便快速地对土石料的密实程度进行无损检测与评价筑坝材料的密实程度，却始终不尽如人意。

现阶段粘土或者砾质粘土均采用压实度进行控制，粗粒料用相对密度指标控制。在应用过程中需要不断的通过挖坑测试碾压过程中的干密度，进行压实评价，精度较低且对施工干扰过大。若采用一定碾压遍数进行控制土石料压实质量的好坏，则显得过于笼统和粗糙。基于土石料（土石体）压实质量的无损检测和控制技术成为进一步发展压实技术发展的瓶颈，诸多学者对此进行了专门的研究，一直致力于寻找一种快速无损有效的评价方法。1974年Heinz Thurner博士研究了通过碾压机械上安置加速度传感器来检测土石料压实状态，研究结果表明第一谐波振幅激振频率下的振幅比、压实效果与土石料刚度密切相关。Geodynamik公司研制以CMV值进行控制的土石料的压实状态，Bomag公司研制以可以反映出连续压实能量Omega值的检测系统，后续提出表征土石料动态模量的参数——振动模量。Ammann公司基于上述成果将土石料的刚度参数作为评价指标，碾压过程中土石料刚度的连续测定，视为土石压实质量控制的重大突破。然而土石料的刚度取决于加载面积，对于弹性材料来说，不同加载面积测得的结果不同。因此，刚度不能准确表征土石料的特性，且振动辗测得土石料刚度与现场碾压土石料间的关系相当复杂。振动辗和土石料的相互作用表现出高度非线性。振动辗测得的刚度与土石料厚度有关，并且还有可能与土石料下垫材料的性能有关，与激振力和激振频率有关。

发明内容

本发明针对上述问题的不足，提出一种快速实时评价土石料压实质量的无损方法，该方法能够快速准确而且便捷无损地确定被碾压土石料的密实程度。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案如下：一种快速实时评价土石料填筑压实质量的无损方法，包括以下步骤:第一步、在任一型号的振动碾通过振动轮碾压待测土石料过程中，根据振动碾相关参数计算振动碾传递到被辗压待测土石料的连续压力F；第二步、通过拾振传感器计算振动轮的位移                                                ，所述振动轮的位移的方向与振动轮和待测土石料接触中心的法线方向相同，根据第一步中得出的连续压力F和振动轮的位移计算一个振动周期内振动轮传递到被辗压待测土石料的连续压实能量；第三步、建立压实质量评价指标的等效评判准则：预设作为评价压实指标的压实指标阈值；为满足规定密实度要求的土石料与该相同型号的振动碾对应的压实能量；评判时：当待测土石料的连续压实能量稳定且小于等于压实指标阈值时，则说明待测土石料的碾压层已经密实，满足规定的密实度要求，停止振动碾压。

优选的：在第一步中，在振动辗压过程中，振动辗传递到被压实土石料的连续压力为：，式中为振动轮的质量；为振动轮的加速度；为振动轮内部偏心块的质量；为偏心块的偏心距；为偏心块转动的角频率；代表振动辗激振力的大小；为振动辗除振动轮外部框架的重量；为重力加速度。

优选的：在第二步中的计算方法为，由于连续压力和振动轮的位移Z之间的关系近似为椭圆曲线，则以该椭圆的圆心作为原点，以振动轮的位移作为轴，以连续压力作为轴建立直角坐标系，则与所围成的面积为振动辗传给被压实土石料的有效压实能量，令，式中：A为坐标为()的点， 、 分别为A点、B点到原点O的线段长度，且 与相垂直；根据B的切线斜率和 的斜率一致，可得到B的横坐标满足，则根据相似三角形的相似特性，一个振动周期内振动辗传给碾压层连续能量可以表示为：。

优选的：所述压实指标阈值和振动辗的选型方法为：第一步、通过选取某一型号的振动碾碾压土石料，且实时监测计算振动辗有效连续压实能量值；第二步、通过检测该压实的土石料粗粒料的相对密度，细土料的压实度，判断其是否达到满足规定的密实度要求；第三步、振动辗的选型，若满足规定的密实度要求，则该值为该型号的振动碾碾的压实指标阈值；若该被碾压土石料无法满足密实程度要求，说明振动辗的压实功能对于该土石料而言偏小，需选用更大的压实功能的振动辗或者调整振动辗的振动压实参数（振动频率和振幅），再通过上述第一、第二步确定振动辗的压实指标阈值。