土壤压实的系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种±壤压实方法和系统，W及设及一种压实机漉。
【背景技术】
[0002] 术语"冲击压实机"或者"冲击式娠压机"通常表示±壤压实装置，该装置包括非 圆形形状的一个/两个压实机滚筒，当在±壤表面上被拖行/驱动时，压实机滚筒在±壤表 面上产生一系列周期式冲击（参见图1)。运些周期式冲击使±壤变得紧密，运导致±壤被 压紧且定向成更密集和有效的颗粒布置，降低了±壤的孔隙率并防止进一步压实和剪切破 环。冲击压实机的压实机滚筒中的每一个都在其外围具有一系列间隔开的凸起点，运种凸 起点每一个跟随有压实表面。当冲击压实机在±壤表面上例如通过拖拉机被拖行时，压实 机滚筒在每个凸起点上上升，然后在该压实机滚筒通过该点时向前且向下下降，因此，随动 的压实表面将冲击施加到±壤表面（参见图2)。压实机滚筒的功能因此是在该压实机滚筒 在每一个凸起点上上升时存储势能，然后将运种能量作为冲击传递。
[0003] 为了达到需要的压实度，预定数量的通过通常由冲击式压实机施加到工作场所。 在已经执行预定数量的通过之后，±壤测试在隔离的分离位置处执行，W便建立是否已经 获得需要的压实度。虽然运些±壤测试仅在经历压实的总区域的非常小比率的区域上被 执行（通常不多于被压实的区域的十万分之一），但是测试结果被推断W指示±壤：达到需 要的压实度；或仍然需要冲击式压实机的进一步通过；或者已经超过需要的压实度。因此， 在场所的实际部分仍然不充分地压实时，该实验通常会错误地假定该场所已经被充分地压 实。较差的压实±壤会导致道路、铁路线、飞机场跑道、或者±壤在今后需要被搬运的其它 结构代价很高地过早破坏。
[0004] 冲击式压实机已经表明即使在±壤表面下方的相当深的位置处，实现高水平的± 壤压实工作也是良好的。运允许场所上的±壤强度的一致性获得较大的改进，提供了整个 场所被無平W无陷落或者接近无陷落。然而，由于一些区域会比其它区域更早达到无陷落， 所W难W确定何时无陷落已经在整个工地上被实现，从而产生大面积工地上的不足压实或 者多余压实。一旦已经实现无陷落，则不同的±壤类型会具有不同的弹性，并且因此重要的 是测量运些弹性W保证获得的上壤强度一致。
[0005] 可W示出在冲击过程中冲击式压实机的滚筒穿入±壤的量与±壤强度直接有关。 大穿透测量将与低±壤强度相互关联，而小穿透测量将与高±壤强度相互关联。一旦±壤 不再进一步陷落，获得的穿透测量将保持恒定，表示出获得的上壤的任何变形都是弹性的。 当±壤的形状出现临时改变时出现弹性变形，在临时改变时当施加的应力（压实机滚筒） 被移除时±壤的形状被完全恢复。±壤对卸载的响应是即时的。当±壤的形状具有永久改 变时（当移除施加的应力时±壤的形状不会恢复）出现塑性变形。当在冲击期间没有再出 现塑性变形时，运表示冲击式压实机已经到达其压实能力的限制并且±壤强度不能被更进 一步地改善。可^说±壤反作用力已经达到与通过下降压实机滚筒而施加的压力均衡的形 式。
[0006] 压实机滚筒在其行进的地面上（由于其形状导致）具有的效果在图3中被图解地 示出，其中地面形成正弦曲线图案。图3中的上部正弦波显示了第一次通过时形成的图案， 其中穿透深度可W大至150mm或更多。中间波和下部波显示正弦波的幅度如何随着冲击式 压实机完成更多次通过和地面变得更坚硬而降低。然而，冲击式压实机不会每次将冲击传 递到相同点，并且每一次通过的正弦曲线图案将要因此重叠。
[0007] 即使±壤密度通常不是用于确定地面是否被良好地压实的最相关的工程特性，± 壤密度也被建筑业广泛使用，W规定、估算、测量和控制±壤压实。运种实践在很久W前就 被采用，因为可W从利用诸如当今通常使用的核子密度计的装置进行的测量中容易地确定 上壌酱度。
[0008] 用于测量±壤强度的当前方法相对缓慢、人工密集和/或缺乏精确度。施工现场 通常在样品标准之下，运导致不充分的压实未被检测出，或者对于任何问题的成本有效校 正来说被反馈得太晚。
[0009] 本发明的目的是提供至少缓和上述的一些问题的方法。
【发明内容】
[0010] 根据发明，提供了一种获得±壤的±壤强度的指示的方法，压实机漉在所述±壤 上移动，所述方法包括W下步骤：
[0011] 当压实机漉在±壤表面上移动时，确定压实机漉的滚筒穿透到±壤中并压入±壤 的深度。
[0012] 重要的是记住本说明书的目的，当诸如"测量"、"计算和"确定"的术语参照具体值 /量使用时，该术语不是必须表示实际的具体值/量，而是还可W表示其估算值。
[0013] 术语"压实机漉"应该被解释为包括通常所说的冲击式压实机或者冲击式压路机。
[0014] 压实机漉可W是冲击式压实机。
[0015] 压实机漉通常包括通过传送周期性冲击压实地面的至少一个滚筒/漉，其中压实 机漉在地面上移动。为了清楚起见，术语"滚筒"将在本文中代替"漉"使用。
[0016] 压实机漉的滚筒穿透到±壤中并压入±壤的深度可W称为冲程深度。
[0017] ±壤强度的测量用于确定±壤的强度是多少，±壤能够承载的负载如何，±壤是 否在一些预先限定的规范内被压实。本发明提供了可用于确定、估算±壤强度或者提供± 壤强度的指示的不同但相互关联的方法或者测量技术。±壤强度的指示可W通过W下方式 来获得：
[0018] 仅使用冲程深度（如上所述）；
[0019] 使用冲程深度连同/协同与所述压实机漉的滚筒在±壤上移动时该滚筒的位移 有关的动态数据，并使动态数据与指示基于具体动态数据的±壤强度的尺度相关；或者
[0020] 使用冲程深度测量/确定W下测量/估算中的一个（或更多）：
[0021] 冲击式压实机在操作期间在±壤上移动的该±壤的承载能力；
[0022] 冲击式压实机在操作期间在±壤上移动的该±壤的通常所说的K值；
[0023] 冲击式压实机在操作期间在±壤上移动的该±壤的±壤模数；或者
[0024] 在冲击期间通过±壤吸收的能量。
[00巧]上述的承载能力、K值、±壤模数和能量是用于冲击压实领域中的公知术语，并可 W用于提供±壤强度的指示。承载能力、K值、±壤模数和能量（上述的）的测量/估算可W被称为±壤强度的直接测量。
[0026] 所述方法因此可W包括W下步骤：
[0027] 测量/确定操作期间冲击式压实机在±壤上移动的该±壤的承载能力；
[0028] 测量/确定操作期间冲击式压实机在±壤上移动的该±壤的所谓K值；
[0029]测量/确定操作期间冲击式压实机在±壤上移动的该±壤的±壤模数；或者
[0030] 测量/确定冲击期间由±壤吸收的能量。
[0031] 确定滚筒穿透到±壤中并压入±壤的深度（冲程深度）的步骤可W包括测量冲击 式压实机的滚筒或者冲击式压实机的安装结构与基准/参考点之间的相对位移量，其中冲 击式压实机的安装结构将滚筒可移动地安装至冲击式压实机的底盘结构。
[0032] 所述基准/参考点可W是底盘结构或者冲击式压实机的不受滚筒相对于底盘结 构的移动影响的部分（即相对于底盘结构固定的部分）。
[0033] 确定滚筒穿透到±壤中并压入±壤的深度的步骤可W包括测量冲击式压实机的 轮轴组件或者拉杆和底盘结构之间的距离，其中滚筒安装在轮轴组件上，轮轴组件通过所 述拉杆安装至底盘结构，其中轮轴组件和拉杆形成为所述安装结构的一部分。
[0034] 所述距离可W是垂直距离。距离的测量可W通过距离测量装置进行。
[0035] 距离测量装置可W包括：
[0036] 激光传感器、红外传感器或者超声波传感器中的至少一个；
[0037] 线性电位计讯/或
[0038] 线性编码器。
[0039] 距离测量装置可W包括两个激光传感器、红外传感器和/或超声波传感器。
[0040] 冲击式压实机的安装结构可W包括一个或多个较接/枢转连接部，其中所述冲击 式压实机的滚筒安装在所述安装结构上，并且所述安装结构能够使所述滚筒可移动地安装 至冲击式压实机的底盘结构，所述滚筒通过所述一个或多个较接/枢转连接部连接到所述 冲击式压实机的底盘结构，而所述方法可W包括监控较接/枢转连接部中的一个或者每一 个的两个较接部件之间的相对角位移。
[0041] 冲击式压实机可W包括底盘结构、拉杆、可旋转地安装至拉杆的非圆形形状的至 少一个冲击滚筒、和连杆（W下简称"下降连杆"），所述拉杆通过下降连杆连接到底盘结 构，其中所述下降连杆枢转地/较接地连接至位于间隔开位置处的底盘结构和拉杆，其中 所述下降连杆和拉杆形成为滚筒安装结构的一部分，其中所述方法可W包括W下步骤：
[0042] 测量所述拉杆和所述下降连杆之间的相对角位移；和/或所述下降连杆和所述底 盘结构之间的相对角位移，并且角位移的变化指示所述冲击滚筒和所述底盘结构之间的相 对位移量，进而指示所述压实机漉的滚筒穿透到±壤中并压入±壤的深度。
[0043] 所述方法可W包括使用下降连杆和拉杆的已知长度连同根据测量相对角位移 (一个或多个）获得的数据，W便获得所述冲击滚筒和所述底盘结构之间的相对位移量的 指示。
[0044]相对角位移的测量可W通过回转仪、惯性测量单元（W下简称"IMU")、光学流量 传感器和/或旋转编码器进行。
[0045] 在可选实施例中，确定滚筒穿透到±壤中并压入±壤的深度的步骤可W包括：
[0046] 测量气动活塞气缸装置的气缸中的压力，所述气动活塞气缸装置可操作地连接在 冲击式压实机的安装结构和所述底盘结构之间，其中所述压实机漉的滚筒安装在所述安装 结构上，并且该安装结构使滚筒可移动地安装至冲击式压实机的底盘结构；和
[0047] 由测量的压力推导滚筒和底盘结构之间的相对位移量的指示。
[0048] 在可选实施例中，确定所述滚筒穿透到±壤中并压下±壤的深度的步骤可W包 括：
[0049] 测量冲击期间压实机漉的滚筒所受到的加速度的量（即速度变化）；和
[0050] 由测量的加速度推导滚筒和冲击式压实机的底盘结构之间的相对位移量的指示， 其中滚筒可移动地安装到所述底盘结构。
[0051] 由测量的加速度推导相对位移量的指示的步骤可W包括使从测量所述加速度获 得的数据关于时间二次积分，W便确定位移的量。
[0052] 加速度可W是垂直加速度。
[0053] 所述方法可W包括提取从滚筒加速度的测量获得的数据的垂直分量，W便推导滚 筒和底盘结构之间的相对垂直位移量的指示。
[0054] 加速度的测量可W通过加速计进行。加速计可W安装在滚筒上或者冲击式压实机 的安装结构上，滚筒安装在所述安装结构上，并且安装结构使滚筒可移动地安装至冲击式 压实机的底盘结构。
[00巧]确定滚筒穿透到±壤中并压入±壤的深度的步骤可W连续/持续（即实时）执 行。更具体地，所述方法可W包括当冲击式压实机在±壤的上表面上并沿着该上表面移动 时，连续/持续发送指示上壤强度的信号至处理器。
[0056] 当所述冲击式压实机在±壤表面上移动时确定所述冲击式压实机的滚筒穿透到 ±壤中并压入±壤的深度的步骤可W包括：
[0057] 从安装在所述冲击式压实机的滚筒上或者安装结构上的IMU获得数据，其中滚筒 安装在所述安装结构上且安装结构使所述滚筒可移动地安装至所述冲击式压实机的底盘 结构讯
[0058] 使用所述数据确定穿透深度。
[0059] 当冲击式压实机在±壤上移动时确定冲击式压实机的滚筒穿透到±壤中并压入 ±壤的深度的步骤可W包括：
[0060] 确定从IMU获得的加速度数据的垂直分量。
[0061] 所述方法可W包括使加速度数据的垂直分量关于时间二次积分。
[0062] 当冲击式压实机在±壤上移动时确定冲击式压实机的滚筒穿透到±壤中并压入 ±壤的深度的步骤可W包括通过使用两个RTKGNSS(实时动态全球卫星导航系统）装置测 量底盘结构上的点的垂直位置和滚筒或者滚筒安装结构上的点的垂直位置，该RTKGNSS装 置安装在运些点处；和计算通过两个装置测量的两个垂直位置之间的差值。可选地，虽然可 能降低准确性，但是简单的GI^或者等效装置可W用于代替RTKGNSS装置。
[0063] 所述方法可W包括W下步骤：
[0064] 计算在冲击期间通过冲击式压实机的滚筒施加至±壤的力的量；和
[0065] 计算所述滚筒和所述±壤之间的接触面积。