CN108717082B - 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 - Google Patents
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Abstract
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，包括的步骤是：利用常规点抽样检测方法测量得到现场试坑点试验结果；建立并选取合适的土石料压实质量评估模型；计算当前碾压施工作业面上每个网格处的压实质量；再结合空间插值方法，得到当前碾压施工全工作面任意位置处的压实质量；进一步地，根据压实质量控制准则，分析填筑碾压施工区域质量合格或不合格区域，计算当前碾压施工区域的压实质量的合格率；及时反馈指导现场施工，并实施补救措施，用以控制施工质量。本发明在不破坏土石方工程填筑体的前提下，可以简单、高效、连续、精确、全面地评估土石方工程填筑用土石料的填筑质量，以便于及时反馈控制其填筑质量。
Description
技术领域
本发明属于土石方填筑施工质量控制技术领域，可用于土石方填筑质量连续评估，特别涉及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。
背景技术
填筑期间的压实质量评估对于土石方工程比如土石坝工程的施工质量控制是关键环节之一，其对基础设施的安全和稳定运行具有决定性影响。填筑材料如土、骨料或沥青混合物的压实质量常规上通过现场某些离散点的密度、含水量、强度或模量的抽样检测进行评估。灌砂法、电石法、直接加热法、核子密度仪法和灌水法是目前被用于检测填筑料密度的常规检测方法。对于含水量，常规检测方法主要包含核子密度仪法、灌砂法和直接加热法。而动态圆锥贯入仪法和克莱格冲击土壤测试法是常规的填筑料强度检测方法。就填筑料模量来说，轻量弯沉仪法、土壤刚度计法和平板载荷法为常用的常规检测方法。然而常规方法有明显的缺点，如点抽样检测、有损检测、检测效率低、检测费用高、对于操作人员要求高等。因此，压实质量常规控制方法并不能有效反映整个填筑碾压作业区域的压实状态，也无法满足土石方工程快速机械化施工需求。
随着RICM(roller-integrated compaction monitoring)、IC(intelligentcompaction)技术、GPR(ground-penetrating radar)方法、瑞利波方法和其他检测检测方法的出现，常规检测方法存在的问题得到部分解决。RICM技术一般被用于土石方工程压实质量控制(QC)/质量保证(QA)，且当前主要被用于公路施工中。与压实状态相关的RICM指标值(RICMV)从安装在振动轮上的传感器获取的振动数据中计算得出，RICMV可被用来表征填筑材料如细粒土、粗粒土和沥青混合物的实时压实状态。若干RICMVs目前可被用来表征填筑料的压实质量，包含Geodynamic公司采用的CMV(compaction meter value)、Ammann公司采用的ks和ACE***(Ammann compaction expert)、Caterpillar公司采用的MDP(machinedrive power)和Bomag公司采用的OMEGA和BVC(Bomag variocontrol)***。此外，White等提出了采用Fvib作为路面层的压实振动模量，Rinehart等指出THD(total harmonicdistortion)是评估土的压实状态的一种高敏感性指标。通过对填筑施工参数(碾压遍数、行车速度、振动状态和压实厚度)的实时监控，Liu等采用RICM技术监控评估土石坝和混凝土面板堆石坝的压实质量。结合AFC(automatic feedback control)技术和RICM，若干研究者已经提出采用IC技术来评估土石方填筑施工质量，其已被广泛应用于欧洲、日本和美国的公路工程中。另外，Karray等利用MASW(multichannel analysis of surface waves)方法评估Péribonka大坝坝基的深层压实情况，结果表明面波法在岩石探测方面有独一无二的应用潜力。Chiang等利用应力波方法检测和评估回填土的压实度。Shangguan等利用GPR技术监控沥青路面的压实状态。Austin等利用NIMRS(near-infrared and microwaveresonance sensing)技术监控沥青路面的压实质量。Tan等采用FBGS(fiber bragggrating sensing)技术研究了沥青路面的压实质量控制问题。
在国内，相关研究主要集中在道路路基上料的压实质量实时监测装置研制方面。张润利、居彩梅开发的振动压实度检测仪，杨济安开发的车载压实度检测装置，以及刘泽东等开发的路基压实度检测仪器等。上述装置基本原理都是监测碾压机振动轮的运动性能(如速度、振幅、频率等)，通过分析振动轮的运动性能与压实度之间的关系，建立基于振动轮运动性分析的压实度表征指标，进而来估计路基土料的压实度。邓学欣等提出通过检测振动轮振动加速度间接反映土壤压实状况的压实度自动检测原理，并开发了响应检测***。缪林昌和邱钰利用面波及面波的频谱分析(SASW)技术对地基土性进行了研究分析。李小勇和许金凯提出了用新型水囊式容积测定仪路基压实密度的检测方法。范云和汪英珍开展了填土压实质量检测及机载压实集成***应用研究。刘丽萍和王东耀开展了土石混合料压实质量控制方法研究。徐光辉等提出了以连续测试路基结构抗力变化信息为特色的动力学监控方法，开发了路基压实质量连续动态监控技术。李少波等提出了应用剪切波速评价土石混填路基孔隙率的新方法，提出以孔隙率为压实质量指标的控制标准。为了实现刚性路面面板脱空和路基压实质量的快速无损检测，刘会勋等提出了以瞬态锤击为特色的动态检测技术。武雅丽、马学良、孙祖望等研究了基于能量平衡的振荡压路机压实自动控制技术。李斌等研制开发了南水北调中线一期工程高填方段碾压施工质量实时监控***，并在工程实践中得到应用。吴斌平等开发了龙开口碾压混凝土坝浇筑碾压施工质量实时监控***并在该工程中得到应用。刘东海等研制开发了堆石坝压实质量实时监测***，并对堆石坝压实质量进行了实时监测与快速评估。此外，钟登华等开发了土石坝实时碾压质量监控***和碾压混凝土坝实时施工质量监控***，应用碾压遍数、基于加速度谐波信号计算得到的压实度指标值表征压实质量，并通过多元回归模型，预测整个坝面或碾压施工区域的压实度情况。
以上国内外最新的研究成果表明，尽管上述新技术、新方法近些年来已经被广泛应用于实际工程中，这些技术和方法在土石方填筑质量评估方面尤其是在堆石料的压实质量评估方面仍有若干缺点，如精确性低、不便于使用、压实状态的解释比较复杂、明显的离散性、结果中存在较大的错误、容易受填筑材料因素影响等。此外，尽管压实参数如碾压遍数、行车速度、压实层厚度对于土石方填筑质量控制尤其是堆石料的压实质量控制已经进行了部分研究，但是压实参数并非压实质量的直接表征量，材料的非均匀性(如含水量和级配)也会导致压实参数的不能令人满意的控制效果。综上所述，土石方填筑材料的压实质量不仅受到施工过程参数的影响，而且还受到填筑材料性质(如级配、含水量等)的影响，因而仅仅通过基于振动轮运动性能分析的压实度表征指标，而不考虑碾压过程参数，以及土石方填筑材料性质的影响，来评估填筑材料的压实质量是片面的。为了解决上述问题，张庆龙等提出了集成声波检测技术对土石方填筑碾压质量尤其是堆石料的压实质量进行精确有效的检测，而对于土石方填筑碾压质量的连续评估仍需进一步研究。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供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，该评估方法基于碾压施工参数、基于集成声波检测技术的压实质量实时表征指标、并考虑土石方填筑材料性质，可以用于土石方工程填筑质量的实时有效评估，尤其是土石坝坝体填筑过程中堆石料的压实质量评估，作为土石方工程填筑施工过程中填筑质量实时连续评估的一种有效工具，本发明在不破坏土石方工程填筑体的前提下，可以简单、高效、连续、精确、全面地评估土石方工程填筑料尤其是土石料的填筑质量，以便于及时反馈控制其填筑质量。本发明基于集成声波检测技术对土石料的压实质量进行高效、无损、全工作面连续评估，基于集成声波检测技术开发的压实质量机载声波检测***对碾压机振动压实过程中土石料中发出的声信号进行采集并利用机载计算机对该信号进行频谱分析，继而得到表征土石料压实质量的连续声压实指标值(SCV，soundcompaction value)，然后基于统计学回归分析方法对SCV与碾压施工参数、常规检测方法测量得到的土石料压实质量进行相关性分析，进而建立并选用合适的土石料压实度与连续压实指标(SCV)的关系模型，再结合空间插值方法实现对填筑施工过程中全工作面的压实质量进行评估，这样就可以有效解决现有土石方工程填筑质量评估技术和方法方面，尤其是土石坝填筑质量评估方面存在的精确性低、低效、不便于使用、压实状态的解释比较复杂、明显的离散性、结果中存在较大的错误、容易受填筑材料因素影响、不考虑碾压过程参数以及土石方填筑材料性质的影响对填筑材料的压实质量进行片面评估等问题，实现对用于土石方工程填筑用的土石料压实质量实时、连续、全工作面评估。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
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，利用常规点抽样检测法测得的现场试坑点试验结果，包括含水量w，级配p及压实质量，压实质量是压实度K或干密度ρ，并利用采集的对应试坑点位置处的碾压施工参数，碾压施工参数是行车速度v、压实厚度h、振动频率f、碾压遍数n，以及利用集成声波检测技术采集的试坑点处的压实效果指标SCV，建立土石料压实质量与碾压施工参数、压实效果指标即土石料含水量、级配的一元或多元线性、非线性回归模型，根据对几种回归模型精确性的分析及对模型应用高效方便的需求，选取合适的回归模型作为压实质量评估模型；在此基础上，利用实时采集当前施工作业面的碾压施工参数(v,h,f,n)和实时采集的当前施工作业面的压实效果指标SCV，以及利用常规点抽样检测法测得的土石料含水量和级配，计算当前施工作业面上每个网格处的压实质量；接着，再利用空间插值方法，得到当前施工作业面任意位置处的压实质量；进一步地，根据压实质量控制准则，分析质量合格或不合格区域，计算当前施工作业面的压实质量的合格率，并将其与空间位置信息在显示器上显示为碾压施工作业全工作面时空压实质量分布图；据此，及时反馈现场施工，用以控制施工质量。
所述常规点抽样检测方法可以为灌水法、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等。
所述步骤进一步细化为：
(1)利用土石方压实监控***，实时采集碾压施工参数，包括行车速度v、压实厚度h、振动频率f和碾压遍数n，及由RTK-GPS技术得到的碾压机实时空间位置信息；
(2)利用安装在碾压机上的压实质量机载声波检测***，实时采集土石料压实效果指标SCV及其相应的空间位置信息；
(3)利用常规点抽样检测法测得现场试坑点及室内试验的结果信息，包括试坑点的坐标、含水量w、级配p及压实质量，压实质量指标为压实度K或干密度ρ；
(4)利用步骤(1)和(2)采集的信息，确定每个试坑点处的碾压施工参数和压实效果指标，以及该试坑点的土石料名称、含水量、级配和压实质量，构建各个土石料试坑点的样本数据；
(5)分析土石料压实质量与碾压施工参数、压实效果指标的相关性，以确定压实质量回归模型的变量；
(6)建立一元或多元线性、非线性土石料压实质量回归模型，根据对几种回归模型精确性的分析及对模型应用高效方便的需求，选取合适的回归模型作为压实质量评估模型；
(7)确定当前施工作业面，开始碾压施工作业过程实时监控。
(8)利用安装在碾压机上的土石方压实监控***和建立在合理位置处的远程监控平台，实时采集当前施工作业面的碾压施工参数(v,h,f,n)及其对应的实时空间位置信息；
(9)利用安装在碾压机上的压实质量机载声波检测***，实时采集当前施工作业面碾压施工过程中的压实效果指标SCV及其对应的空间位置信息；
(10)将当前施工面进行网格化处理，利用步骤(8)和步骤(9)采集的存储在远场监控平台数据库中的信息，确定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；
(11)利用如步骤(3)采集当前施工作业面上土石料的名称、土石料的料性，确定当前施工作业面上每个网格处的土石料的料性，即确定当前受碾压施工作业的土石料的含水量w和级配p；
(12)根据步骤(6)建立的回归模型，以及步骤(10)和步骤(11)确定的每个网格处的碾压施工参数、压实效果指标值和土石料的料性，可评估当前施工作业面上每个网格处的压实质量，压实质量指标包括压实度K或干密度ρ；
(13)采用压实质量空间插值方法，进行压实质量空间插值，得到当前施工作业面任意位置处的压实质量值，输出压实质量云图；
(14)根据步骤(13)得到的任意位置处的压实质量，并根据设定的压实质量控制标准，分析质量合格或不合格区域，并计算全工作面压实质量的合格率；用于反馈指导现场施工，以便及时对不合格区域采取补救措施。
步骤(6)具体为：根据步骤(5)确定的模型变量，以及各个试坑点的样本数据，分别建立压实质量与碾压施工参数、压实效果指标SCV及土石方填筑材料性质的一元或多元线性、非线性回归模型，即土石料压实质量评估模型：Z＝F(n,v,h,f,SCV,p,w)，碾压施工参数包括：行车速度、压实厚度、振动频率、碾压遍数，填筑材料性质包括含水量v、级配p，Z为土石料的压实质量，压实质量为压实度K或干密度ρ；F(·)为回归函数，可通过回归分析方法确定。
和现有土石方工程填筑质量评估技术和方法相比，本发明提出了一种适用于土石方工程填筑料尤其是土石坝工程粒径分布较广的堆石料的、基于碾压施工参数和压实效果实时监测的、并考虑材料性质的土石料压实质量连续评估方法，实现土石料压实质量的实时、连续、全面评估。本发明可克服利用有限点抽样检测施工作业面压实质量的片面性，可实现施工全作业面任意位置处压实质量的评估；可实现土石料压实质量的快速高效评估，避免常规检测方法对现场施工带来的拖延作用，以及室内试验结果难于及时反馈指导施工的不利之处；可为土石方工程填筑施工质量控制提供新的解决方案，为确保工程施工质量乃至工程安全提供有力保障。
附图说明
图1所示为一种基于集成声波检测技术的土石料压实质量连续评估流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提供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，利用常规点抽样检测方法(如灌水法)测量现场试坑点试验结果，包括含水量w、级配p和压实质量(压实度K或干密度ρ)，并利用利用安装在碾压机上的土石方压实监控***和建立在合理位置处的远程监控平台采集的对应试坑点位置处的碾压施工参数(行车速度v、压实厚度h、振动频率f、碾压遍数n)，以及利用安装在碾压机上的压实质量机载声波检测***采集的试坑点处的压实效果指标SCV，建立土石料的压实质量与碾压施工参数、压实效果指标及土石料含水量、级配的一元或多元线性、非线性回归模型，根据对几种回归模型精确性的分析及对模型应用高效方便的需求，选取合适的回归模型作为压实质量评估模型；在此基础上，利用土石方压实监控***实时采集当前碾压施工作业面的碾压施工参数(v,h,f,n)和土石料压实质量机载声波检测***实时采集的当前碾压施工作业面的压实效果指标SCV，以及利用常规点抽样检测方法(如灌水法)测量得到的土石料含水量和级配，计算当前填筑施工作业面上每个网格处的压实质量；接着，再结合空间插值方法，可以得到当前碾压施工全工作面任意位置处的压实质量；进一步地，可以根据压实质量控制准则，分析质量合格或不合格区域，并计算当前填筑施工全工作面的压实质量的合格率；据此，可以及时反馈指导现场施工，用以控制施工质量。该方法具体步骤如下：
(1)利用土石方压实监控***，实时采集碾压施工参数，包括行车速度v、压实厚度h、振动频率f和碾压遍数n，及其对应的空间位置信息，并将上述数据由无线传输***传输至远程监控平台实时显示并同时存储于远程监控平台的数据库服务器中。
(2)利用安装在碾压机上的土石料压实质量机载声波检测***，实时采集土石料压实效果指标SCV及其对应的空间位置信息，并将上述数据由无线传输***传输至远程监控平台实时显示并同时存储于远程监控平台的数据库服务器中。
(3)利用常规点抽样检测方法(如灌水法)测量采样试坑点现场及室内试验的结果信息，包括试坑点坐标、土石料名称、含水量w、级配p以及压实质量(压实度K或干密度ρ)，并将这些数据利用无线传输***传送至远程数据服务器。
(4)利用步骤(1)和步骤(2)采集的信息，确定每个试坑点处的碾压施工参数和压实效果指标，以及该试坑点的土石料名称、含水量、级配和压实质量，构建各个试坑点处的样本数据。
(5)分析土石料压实质量与碾压施工参数、压实效果指标的相关性，以确定压实质量回归模型的变量。
(6)土石料压实质量回归模型(评估模型)建立：根据步骤(5)确定的模型变量，以及各采样试坑点处的样本数据，分别建立土石料压实质量(压实度K或干密度ρ)与碾压施工参数(行车速度v、压实厚度h、振动频率f、碾压遍数n)，压实效果指标SCV及土石料的材料性质(含水量w、级配p)的一元或多元线性、非线性回归模型，根据对几种回归模型精确性的分析及对模型应用高效方便的需求，选取合适的回归模型作为压实质量评估模型即建立土石料压实质量评估模型。
(7)确定当前碾压施工作业面，开始碾压过程监控。
(8)利用安装在碾压机上的土石方压实监控***，实时采集当前碾压施工作业面的碾压施工参数(v,h,f,n)及其对应的空间位置信息，并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)利用安装在碾压机上的压实质量机载声波检测***，实时采集当前碾压施工作业面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)将当前施工作业面网格化处理，利用步骤(8)和步骤(9)采集的存储在远场监控平台的数据库服务器中的信息，确定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。
(11)利用如步骤(3)采集当前碾压施工作业面的土石料名称、土石料的材料性质(包括含水量w、级配p)确定当前碾压施工作业面上每个网格处的土石料的材料性质(包括含水量w、级配p)。
(12)根据步骤(6)建立的模型，以及步骤(10)和步骤(11)确定的每个网格处的碾压施工参数、压实效果指标值和土石料的材料性质，可评估当前碾压施工作业面上每个网格处的压实质量(压实度K或干密度ρ)。
(13)采用压实质量空间插值方法，进行压实质量空间插值，可得到当前碾压施工作业面上任意位置处的压实质量，输出压实质量云图，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)根据步骤(13)得到的任意位置处的压实质量，并根据设定的压实质看控制标准，分析质量合格或不合格区域，并计算全工作面压实质量的合格率。因此，可用于反馈指导现场碾压施工作业，便于及时发现压实质量不合格区域并及时采取补救措施。
下面结合本发明的流程图对基于集成声波检测技术的土石料压实质量连续评估方法的实施做出详细说明。该方法具体步骤如下：
(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***，按一定时间间隔(如2s)，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等碾压施工参数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。
(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***，按一定时间间隔(如2s)，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。这里，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(压实度K或干密度ρ)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(如灌水法)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(压实度K或干密度ρ)，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，可以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(压实度K或干密度ρ)，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
根据采集到的足够多的试坑点样本数据，分析不同土石料的压实质量(压实度K或干密度ρ)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(压实质量评估模型)
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(压实度K或干密度ρ)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(含水量w、级配p)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(压实度K或干密度ρ)，F(·)为回归函数，可通过回归分析方法确定。此外，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(压实质量评估模型)。
以某水库工程粘土心墙土石坝的坝壳料(砂砾石料)为例，其压实质量可用干密度ρ来反映；且考虑到按设计要求在实际碾压过程中压实厚度h、行车速度v、振动频率f基本不发生变化，而经过含水量w与压实质量相关性分析得出非相关的结论，故可在回归模型中不考虑变量，在该工程中，一般碾压遍数达到设计要求8遍时利用常规抽样点方法(如灌水法)对现场填筑料压实质量(干密度ρ)进行检测。由此，该工程中坝壳料的压实质看评估模型可写为：
其中，F0(·)为坝壳料(砂砾石料)压实质量(干密度ρ)的回归函数，可通过回归分析方法确定，该模型需通过显著性检验。
分别是压实效果指标SCV、填筑料级配p的归一化值，
根据对几种回归模型精确性的分析及对模型应用高效方便的需求，选取合适的回归模型作为压实质量评估模型。
(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***和土石料压实质量机载声波检测***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***，按一定时间间隔(如2s)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***，按照一定时间间隔(如2s)，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)中的采样间隔长的(如2s)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(如划分为1m×1m的小网格)，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(如灌水法)，采集当前碾压施工作业面填筑料的材料性质(包含含水量w、级配p)。通常碾压施工作业面点抽样检测方法会取多个试坑点，因此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，且假定碾压施工作业面上任意网格处的含水量w、级配p均相同。
(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(压实度K或干密度ρ)。
(13)压实质量空间插值
考虑到网格在整个碾压施工作业面上是离散的(如每个网格为1m×1m大小)，为了实现压实质量在全工作面上任意位置处的赋值，必须进行压实质看空间插值，这里选用空间插值方法(如Kriging插值法)进行压实质量空间插值。进而可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(施工现场工程质量控制要求)，如砂砾石料的干密度ρ≥ρd，其中ρd为压实质量合格标准值，进而可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；而全工作面压实质看的合格率r则可按下式表示：
其中，r为碾压施工全工作面压实质量的合格率，SD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(压实度K或干密度ρ)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。
Claims (2)
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***，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***，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***和土石料压实质量机载声波检测***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***，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***，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，SD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。
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