[发明专利]基于土体刚度的堆石坝料压实质量检测方法

说明书

本发明公开了一种基于土体刚度的堆石坝料压实质量检测方法，包括以下步骤：结合堆石坝料的碾压特性，建立能够在堆石坝料上应用的“碾压机‑土体”振动系统三自由度动力学分析模型，得出土体参数与振动系统加速度的关系；对测得的振动轮加速度信号数据取绝对值，并进行峰值挑选和滑动平均，得到振动轮加速度信号平均幅值a_2m；通过参数敏感性分析，可假定土体阻尼c_s始终为碾压初始状态的阻尼值，运用得出的加速度平均幅值a_2m和土体参数与加速度关系，快速计算得出土体刚度来反映振动压实过程中堆石坝料的压实质量。本发明方法能够运用于压实质量现场控制，黏土心墙等细料检测，且在堆石料、砂砾石料等粗粒料上也具有较好的检测效果。

技术领域

本发明涉及堆石坝料质量检测领域，特别是一种基于土体刚度的堆石坝料压实质量检测方法。

背景技术

岩土材料的压实质量是铁路与公路路基、机场跑道及水利堤坝施工质量管理中的重要内容。国内外最早在道路工程领域开展压实质量实时检测技术的研究，在20世纪80年代左右提出了连续压实控制CCC(Continuous Compaction Control)理念，形成了ACT(Advanced Compaction Technology)检测技术。该技术将碾轮作为一个动态加载对象，通过在振动碾压机的碾轮上安装相应的传感器，实时测量分析碾压过程中碾轮的动态振动信号来获得岩土材料压实状况。压实质量检测指标的选取是ACT技术的关键，国内外分别提出和改进了不同的检测指标。

在国外，瑞典的Geodynamik公司与Dynapac公司采用碾压振动加速度频域分析的二次谐波分量幅值与基频幅值的比值CMV(Compaction Meter Value)作为反应坝料压实质量情况的监测指标，验证了CMV与地基反力和碾压土体物理特性密切相关；Rinehart和Mooney提出了总谐波失真THD(Total Harmonic Distortion)是评价土料压实状态的高敏感性指标，THD越大，土体刚度越大，土层越坚硬；Caterpillar公司采用碾压净功率指标MDP(Machine Drive Power)来表征碾轮滚动阻力，进而判断土体硬度，在公路交通方面得到广泛运用；瑞士Ammann公司的Anderegg等人采用表征土体刚性的K_B指标在路基岩土材料上检测其压实程度效果较好；德国的Bomag公司由力学模型和软件算法分析计算出材料的动态模量E_vib，来表征土体的压实状况，并进行了相关应用试验与推广。

在国内，天津大学钟登华、刘东海和崔博等人提出了以实时监测的压实监测值CV(Compaction Value)作为土石坝心墙料压实状态的表征指标，建立了CV与相关碾压参数的多元回归模型，研发了土石坝压实状态实时监测仪；西南交通大学徐光辉等人采用动力学路基结构反力指标振动压实值VCV(Vibratory Compaction Value)，在路基连续压实质量检测中取得了良好的试验效果；同济大学凌建明等人在花岗岩残积路基料上的试验表明加速度峰值AA(Acceleration Amplitude)与路基填料的压实程度存在一定的相关性。

由以上研究内容可见，目前国内外对压实质量的检测方法以及仪器主要集中于路基工程领域，由于堆石坝填筑料的粒径和级配较为分散，其中含有较多大粒径(部分粒径已达到1m左右)、坚硬且有较多棱角的块石，其碾压特性与路基工程中的土料差异明显，故在公路和铁路领域广泛应用的相关压实质量检测指标和方法不能直接作为大坝堆石料压实质量控制的指标。国内水电工程中逐渐应用的大坝填筑施工过程监控系统已经实现了对振动碾压机和坝料碾压参数的实时监测和控制，但由于其并没有对坝料实际的压实质量进行检测，因此在堆石坝料压实质量的实时检测和控制方面仍需进一步研究。

目前在大型堆石坝填筑料的碾压过程中，坝料压实质量的常规检测方法主要为试坑检测法，该方法存在相当大的缺陷，表现如下：