一种基于动量的填筑工程压实质量连续检测方法

本发明属于土木工程智能建造，可用于压实质量在线检测，特别涉及一种基于动量的填筑工程压实质量连续检测方法。

背景技术：

1、填筑材料压实质量是填筑工程施工的重要指标，按照检测方式的不同，检测装备与技术可分为直接法和间接法。直接法基于抽样检测，只能反映某些点的压实状况，不能反映整个工作面的压实质量，且属于有损检测。

2、间接法间接反映填筑料填筑质量，克服了直接法的上述缺陷，是目前的主要研究方向，典型例如连续压实控制技术、碾压机集成压实监控技术和智能压实技术，相应提出的压实质量连续检测指标主要有cmv、mdp、ks、evib和thd等。但是，间接法的检测精度低，且检测装备昂贵。

3、在专利cn115162309a中，提出了一种接触式碾压机集成压实动量检测系统与方法，利用振动传感器获取碾压机振动轮与土体碾压层相互作用时产生的竖向振动信号，对该竖向振动信号进行滤波和速度峰值捕捉，计算得到振动轮的极限压实动量，进而计算出动量压实值。利用该动量压实值反映当前填筑碾压区域的实时压实度值，并结合碾压机位置，生成现场填筑碾压作业时的碾压区域时空压实度指标分布图。能够同时适用不同类型填筑料压实质量连续压实检测与填筑工程连续压实质量控制。

4、但是，在该专利中，其动量压实值ip通过单周期内的竖向振动动量的峰值pc与碾压试验确定的合格压实振动动量pq的比值获取，即：

5、但对于确定的某种填筑料来说，一方面，pq是固定值，因此动量压实值ip的大小仅由pc决定，由于土的性质复杂性以及各向异性，显然，在同一条带单独用单个周期的峰值表征土体压实度，其误差必然会比较大。

6、另一方面，pq需通过大量的现场碾压试验才能确定，这就明显不利于改善现场碾压施工作业效率。

7、另外，计算ip时并未针对填筑料种类进行校准，这也会影响ip在不同种类填筑料的压实质量的表征效果。

8、因此，有必要针对该专利的上述缺点，对填筑工程压实质量的连续检测方法做出进一步的改进。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术尤其是专利cn115162309a所存在的缺点，本发明的目的在于提供一种基于动量的填筑工程压实质量连续检测方法，以期进一步改善动量型压实质量连续检测指标的表征精度和表征效果。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种基于动量的填筑工程压实质量连续检测方法，包括如下步骤：

4、步骤1，采集碾压机的振动轮与土体碾压层相互作用时产生的竖向振动信号，同时采集与碾压位置相关的空间位置信息；

5、步骤2，对所述竖向振动信号，捕捉其每个周期内的速度峰值，计算每个周期内振动轮的极限压实动量，进而计算动量型压实质量连续检测指标即动量压实值mcv；mcv的计算公式如下：

6、

7、其中，k表示填筑材料的校准系数；表示所述竖向振动信号在n个周期内的极限压实动量的平均值；

8、

9、

10、表示第i个周期的极限压实动量，从竖向振动动量p(t)获取，p(t)＝mv(t)，i＝1,2,…,n，m为振动轮的质量，v(t)是振动轮的竖向振动速度；表示第i个周期内振动轮与土体碾压层接触过程中振动轮的竖向最大速度，即单个周期内的v(t)峰值；

11、步骤3，结合所述空间位置信息，生成碾压区域时空压实质量分布图。

12、与现有填筑工程压实质量检测装备与技术相比，本发明具有接触式、连续、实时、精确、离散性小、成本低等特点，同时适用不同类型填筑料压实质量连续压实检测与填筑工程连续压实质量控制，并可实时对碾压层压实质量进行全作业面施工区域检测，通过反馈控制碾压机振动轮的压实作业参数也很容易实现智能连续压实功能，可将与填筑碾压施工过程有关的信息实时存取供现场碾压机驾驶员和监理使用，也可与远程监控中心集成供远程管理人员和业主使用，不仅可以提高施工效率，也使得工程建造经济性和工程建设精细化管理得到保障。

13、1)根据本发明动量压实值mcv计算公式可知，对于某种填筑料来说，动量压实值mcv是由n个周期内极限压实动量的平均值和校准系数确定的，相较于专利cn115162309a，可有效改善动量型压实质量连续检测指标的表征精度和表征效果。

14、2)根据本发明动量压实值mcv计算公式可知，计算动量压实值mcv时针对填筑料种类进行了校准，对比专利cn115162309a，将改善动量型压实质量连续检测指标的表征效果。

技术特征：

1.一种基于动量的填筑工程压实质量连续检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述基于动量的填筑工程压实质量连续检测方法，其特征在于，所述竖向振动信号为竖向加速度信号或竖向速度信号，通过固设于固定支架上振动传感器(1)采集所述竖向振动信号，所述固定支架与碾压机的振动轮直接连接。

3.根据权利要求2所述基于动量的填筑工程压实质量连续检测方法，其特征在于，所述步骤2捕捉竖向振动信号每个周期内的速度峰值的方法如下：

4.根据权利要求3所述基于动量的填筑工程压实质量连续检测方法，其特征在于，所述自适应波峰检测算法的步骤如下：

5.根据权利要求3所述基于动量的填筑工程压实质量连续检测方法，其特征在于，所述填筑材料的校准系数k为常系数，根据填筑材料粒径分布范围进行确定，粒径分布范围较小的取小值，粒径分布范围较大的取大值。

6.根据权利要求1所述基于动量的填筑工程压实质量连续检测方法，其特征在于，当mcv值高于常规点抽样方法测量结果与mcv对应值时，判定当前填筑区域压实质量达标，否则判定为不合格，不合格区域及时反馈给驾驶员进行补充碾压作业或辅助改善压实质量操作。

7.根据权利要求1所述基于动量的填筑工程压实质量连续检测方法，其特征在于，将动量压实值mcv和碾压机的工作参数作为智能决策模型的输入，将填筑材料压实过程优化作为多阶段决策问题，从整体最优角度对填筑材料压实过程进行全局动态优化，优化目标为单位长度铺层从当前压实质量碾压至目标压实质量时间最短，输出为最优碾压方案，包括还需要的碾压遍数以及每一遍的振动压实参数，并将最优碾压方案实时反馈至无人碾压系统执行碾压作业，由此通过感知、决策和控制形成闭环智能碾压系统。

8.根据权利要求1所述基于动量的填筑工程压实质量连续检测方法，其特征在于，融合多机协同作业控制方法通过内置反馈控制模块实现智能碾压机群协同高效碾压作业。

9.根据权利要求1所述基于动量的填筑工程压实质量连续检测方法，其特征在于，所述步骤3，根据碾压区域时空压实质量分布图，结合压实轨迹、行车速度和碾压遍数形成2d、3d云图。

10.根据权利要求1所述基于动量的填筑工程压实质量连续检测方法，其特征在于，所述形成2d、3d云图的具体方法为：

技术总结
一种基于动量的填筑工程压实质量连续检测方法，采集碾压机的振动轮与土体碾压层相互作用时产生的竖向振动信号，捕捉其每个周期内的速度峰值，计算每个周期内振动轮的极限压实动量，进而计算动量型压实质量连续检测指标即动量压实值MCV，k表示填筑材料的校准系数；表示所述竖向振动信号在N个周期内的极限压实动量的平均值；结合空间位置信息，生成碾压区域时空压实质量分布图。本发明具有精确、连续、实时、离散性小、成本低等特点，与智能决策、机群协同功能融合可实现智能碾压机群协同作业。

技术研发人员：张庆龙,杨贤,朱燕文
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12