专利名称：一种压实度测试方法及基于该方法的压实度测试仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种路基压实度测试技术，尤其涉及一种压实度测试方法及基于该方法的压 实度测试仪。
背景技术：
近年来，随着高速公路在西部的快速发展，在山区及丘陵地区的高速公路建设中，经常 遇到大方量的土石混填路基填筑，这种土石混合填筑的压实质量的好坏将直接影响路基的沉 降变形和稳定性，因此在施工过程中必须严格控制填筑路基的压实度。我国公路路基压实度 检测的传统方法有灌砂法、核子测定法、环刀法等，这些方法仅适用于填筑集料粒径小、厚 度较薄的土质路基现场压实度检测。对于土石混填路基，由于其填料的粒度变化大、含水量 又很不均匀，从而使得采用现有的压实度测试方法受到相当的限制。因而如何有效检测土石 混填路基的压实度并适时修正压实方案已成为目前厚层土石混填路基修筑技术中亟待解决的 关键问题。
发明内容
一种压实度测试方法，该方法包括如下歩骤1)现场数据采集；2)数据分析处理；3) 计算最密实状态下横波波速；4)计算最密实状态下含水量；5)计算压实度。
上述歩骤中的歩骤l)现场数据采集包括采集振动信号；采集土石比"；采集现场含水 量《;采集岩石干密度^w;其中，振动信号的采集方法为[l]布置测点；[2]敲击震源； [3]采集数据。
振动信号的采集方法中步骤[l]:在待测路基表面设置2-6个传感器，各个传感器在一 条直线上，各个传感器间的道间距为0.5-5m，传感器的信号线连接到压实度测试仪；步骤[2] 设置锤击震源，锤击震源与最近的传感器间的偏移距为0.5-5m;采用带外触发锤击震源的方 式进行锤击；歩骤[3]同时压实度测试仪采集数据。
所述的压实度测试方法中的歩骤2)数据分析处理为将采集到的振动信号利用简化剥 层法分析获取不同深度介质层横波波速F"
所述的压实度测试方法中的歩骤3)包括通过室内击实实验和波速测试实验测定填料 土体的最大波速和填料岩块的波速，然后按照下式计算出F，
<formula>formula see original document page 4</formula>
其中K^为土体的最大波速(m/S);
K为填料岩块的波速(m/s);
"为土石比；
为最密实状态下介质的横波波速(m/s);
所述的压实度测试方法中的步骤4)包括通过室内击实实验测定填料土体的最佳含水 量、最大干密度，然后按照下式计算出^":
,、 A^"
其中W^为土体的最佳含水量(y。)；
为土体的最大干密度(kg/m3); 为岩石的干密度(kg/m3); "为土石比；
为最密实状态下介质的含水量(%);
所述的压实度测试方法中的步骤5)包括将步骤2)、 3)、 4)中求得的^、 F，、 ^"代
入下式计算出压实度K:
r、， 1 +气
其中[，为最密实状态下介质的横波波速(m/s); w为现场采集的介质含水量(%); Fs为现场测试的横波波速(m/s); ^"'为最密实状态下介质的含水量(%); K为压实度。
基于上述压实度测试方法的压实度测试仪，它包括单片机控制器、浮点放大采样保持
A/D转换器、高/低通滤波器、限波器、前置放大A/D转换器、现场布线检査器、数据存储器、 计算机；前置放大A/D转换器的输入端与传感器的信号线通信连接，前置放大A/D转换器的 输出端与现场布线检査器、限波器输入端通信连接，限波器输出端与高/低通滤波器输入端通 信连接，高/低通滤波器输出端与浮点放大采样保持A/D转换器输入端通信连接；浮点放大采 样保持A/D转换器输出端与数据存储器通信连接，数据存储器保存经处理后的采样信号，并 将保存的数据输入计算机进行计算，各个器件都分别与单片机控制器通信连接。
其中，计算机内顺次设置有可完成压实度测试方法中的步骤1)、 2)、 3)、 4)、 5)的五 个功能模块现场数据采集模块、现场数据分析处理模块、横波波速计算模块、含水量计算 模块、压实度计算模块。
本发明的有益技术效果是能有效检测土石混填路基的压实度并适时修正压实方案，压
实度测试仪轻便、省电、结构紧凑，操作简单、处理速度快、适用范围广。
附图l，测点及震源布置附图2，压实度测试仪方框附图3，地层模型构成综合成果附图4，单个测点压实度测试仪操作界面附图5，多测点批量计算压实度测试仪操作界面
传感器l、锤击震源2。
具体实施例方式
本发明源于重庆市重点交通课题《公路土石混填路基压实度快速波动检测技术研究》。在 课题研究中，项目组通过研究土石复合介质的波动传播特性，建立了岩土复合介质物理力学 参数与弹性波传播参数的相关模型，从而通过岩土复合介质中的弹性波测试技术反演岩土复 合介质参数，在此基础上开发了地基压实度波动检测实用技术；为了进一步将波动测试技术 加以推广与应用，并最终建立地基压实度检测评定标准，项目组首次成功研制开发了压实度 检测仪，该仪器主要用于的路基、地基密实度检测。
压实度测试方法包括如下步骤1)现场数据采集；2)数据分析处理；3)计算最密实状 态下横波波速；4)计算最密实状态下含水量；5)计算压实度。
附图1为现场数据采集的一个具体实施例。
参见附图l，在待测路基表面设置2-6个传感器l，各个传感器1在一条直线上，各个传 感器1间的道间距为0.5-5m，传感器的信号线连接到压实度测试仪；设置锤击震源2，锤击 震源2与最近的传感器1间的偏移距为0. 5-5m;采用带外触发锤击震源2的方式进行锤击， 压实度测试仪的外触发信号控制锤击，可采用开关触发，也可断线或接通触发；同时压实度 测试仪采集数据；将采集到的振动信号利用简化剥层法分析获取不同深度介质层横波波速「、；
采集土石比"、现场含水量^、岩石干密度^^等数据，作好记录留待后续步骤进行处
理；
2)通过室内击实实验和波速测试实验测定填料土体的最大波速和填料岩块的波速，然后 按照下式计算出^，
其中^""为土体的最大波速(m/s);
7,为填料岩块的波速(m/s); "为土石比；
"，为最密实状态下介质的横波波速(m/s); 3)通过室内击实实验测定填料土体的最佳含水量、最大干密度，然后按照下式计算出" :
<ym =-
其中6^为土体的最佳含水量(。/。)；
A^'为土体的最大干密度(kg/m3);
^"&为岩石的干密度(kg/ni3);
"为土石比；
为最密实状态下介质的含水量(%); 将上述步骤中求得的^、 F，、 代入下式计算出压实度K:
其中「，为最密实状态下介质的横波波速(m/s); w为现场采集的介质含水量(%); ^为现场测试的横波波速(m/s);
为最密实状态下介质的含水量(%); K为压实度。
根据上述的压实度测试方法，将其数据处理和计算的过程编写为计算机程序灌入计算机 中，该计算机就构成了压实度测试仪的核心。
该压实度测试仪的基本器件包括单片机控制器、浮点放大采样保持A/D转换器、高/
低通滤波器、限波器、前置放大A/D转换器、现场布线检査器、数据存储器、计算机；
参见附图2，各个器件间的连接关系如下前置放大A/D转换器的输入端与传感器的信 号线通信连接，前置放大A/D转换器的输出端与现场布线检査器、限波器输入端通信连接， 限波器输出端与高/低通滤波器输入端通信连接，高/低通滤波器输出端与浮点放大采样保持 A/D转换器输入端通信连接；浮点放大采样保持A/D转换器输出端与数据存储器通信连接，
数据存储器保存经处理后的采样信号，并将保存的数据输入计算机进行计算，各个器件都分 别与单片机控制器通信连接。
该压实度测试仪工作过程为敲击震源，同时向单片机控制器发出外触发信号，单片机 控制器命令现场布线检査器检测前置放大A/D转换器的输出信号，检查线路有没有断线或短 接；检査线路正常后，前置放大A/D转换器的输出信号经"限波器-高/低通滤波器-浮点放大 采样保持A/D转换器"处理后送入数据存储器保存，并将保存的数据输入计算机进行计算； 单片机控制器控制各个器件的开启/关断等工作状态。
计算机内顺次设置有可完成压实度测试方法中的步骤1)、 2)、 3)、 4)、 5)的五个功能 模块现场数据采集模块、现场数据分析处理模块、横波波速计算模块、含水量计算模块、 压实度计算模块。
其中，横波波速计算模块也叫Z-V Inversion深度速度域反演模块，反演根据的频散数 据来自ZVF格式文件，可以直接由磁盘文件载入，也可以由X-F Stack距离频率域叠加页面 转来。
模型参数包括层数、该层厚度(H)及剪切波速(Vs)。初始模型的设定由人工在频散数 据的显示图形上用光标自上而下逐层选择确定。初始模型设定后当即显出初始的拟合度 CFitness)。
改进拟合程度可选择人工和自动两种方式:人工拟合时调试选定层的厚度或波速参数， 同时参照对比立即显示的模型正演频散数据和拟合度，还可以插入新层或删除选定层。采用 自动拟合方式时可以对选定的单独一层的参数进行自动优化，也可以对全部模型参数作自动 优化。
拟合满意后将反演模型参数置入频散数据文件，可以ZVF格式或文本格式存盘，同时构 成综合成果图像，见附图3。
压实度计算模块又可分为数据编辑器模块和压实度检测模块，参见附图5，可进行多个 测点压实度检测的批量计算，参见附图4，也可进行单个测点压实度的适时计算，计算结果 可存为txt文件和excel文件。
该压实度测试仪可达到的具体性能参数如下
(1) 模拟道数6道
(2) 采样率50fe、 100fc、 200fe、 50C^s; 1 ms、 2 ms
(3) 采样点数512、 1024、 2048、 4096
(4) 前放增益100倍(40dB) ，IO倍(20 dB)， 1倍可选
(5) A/D转换:浮点24位
(6) 各种滤波器
陷波50Hz，衰减40 dB
高通0. lHz、 4. 4Hz、 35Hz、 70Hz，陡度每倍频程18dB
低通125Hz、 250Hz、 500Hz、 lKHz、 2KHz，陡度每倍频程18dB
(7) 串音抑制〉80dB
(8) 频率响应0. 1Hz—2000Hz
(9) 噪音全频状态下为
(10) 延时0—9999ms
(11) 幅度一致性1%(12) 相位一致性0.5ms
(13) 信号增强功能，可通过多次震源激发将信号增强，以提高信噪比
(14) 触发内、外触发可用锤击开关触发，也可断线或接通触发
(15) 时钟年度计时钟，文件记录的时间随数参数存入文件
(16) 电源12V士10。/。蓄电池供电
(17) 整机耗电小于3安培(LCD在非超高亮度下)
(18) 仪器使用环境温度-5°C +45°C
(19) 仪器储藏温度-20。C 60。C
权利要求
1.一种压实度测试方法，其特征在于该方法包括如下步骤1)现场数据采集；2)数据分析处理；3)计算最密实状态下横波波速；4)计算最密实状态下含水量；5)计算压实度。
2、 根据权利要求1所述的一种压实度测试方法，其特征在于现场数据采集包括采集 振动信号；采集土石比"；采集现场含水量W;采集岩石干密度A^。
3、 根据权利要求2所述的一种压实度测试方法，其特征在于振动信号的采集方法为 [l]布置测点；[2]敲击震源；[3]采集数据。
4、 根据权利要求3所述的一种压实度测试方法，其特征在于步骤[l]:在待测路基表面设置2-6个传感器(1)，各个传感器(1)在一条直线上，各个传感器(1)间的道间距为 0.5-5m，传感器的信号线连接到压实度测试仪；步骤[2]设置锤击震源(2)，锤击震源(2) 与最近的传感器(1)间的偏移距为0.5-5m;采用带外触发锤击震源(2)的方式进行锤击； 步骤[3]同时压实度测试仪采集数据。
5、 根据权利要求1所述的一种压实度测试方法，其特征在于所述的数据分析处理为将采集到的振动信号利用简化剥层法分析获取不同深度介质层横波波速K 。
6、 根据权利要求1所述的一种压实度测试方法，其特征在于所述的歩骤3)包括通 过室内击实实验和波速测试实验测定填料土体的最大波速和填料岩块的波速，然后按照下式 计算出r，<formula>formula see original document page 2</formula>"K扁十「爐其中F^为土体的最大波速(m/S);J^，,为填料岩块的波速(m/s); "为土石比；K，为最密实状态下介质的横波波速(m/s)。
7、 根据权利要求1所述的一种压实度测试方法，其特征在于所述的歩骤4)包括通 过室内击实实验测定填料土体的最佳含水量、最大干密度，然后按照下式计算出W。,,、 Wm,pm,其中气,,为土体的最佳含水量(%);为土体的最大干密度(kg/m3); A^为岩石的干密度(kg/m'i); w为土石比；w 为最密实状态下介质的含水量(%); 8、根据权利要求1所述的一种压实度测试方法，其特征在于所述的步骤5)包括将 步骤2)、 3)、 4)中求得的F" F，、 ft^代入下式计算出压实度,卞，，+ <其中K，为最密实状态下介质的横波波速(m/S); 0>为现场采集的介质含水量(%);Fs为现场测试的横波波速(ni/s);6^为最密实状态下介质的含水量(%); f为压实度。
8.
9、 一种基于压实度测试方法的压实度测试仪，其特征在于它包括单片机控制器、浮点放大采样保持A/D转换器、高/低通滤波器、限波器、前置放大A/D转换器、现场布线检查 器、数据存储器、计算机；甜置放大A/D转换器的输入端与传感器的信号线通信连接，前置 放人A/D转换器的输出端与现场布线检查器、限波器输入端通信连接，限波器输出端与高/ 低通滤波器输入端通信连接，高/低通滤波器输出端与浮点放大采样保持A/D转换器输入端通 信连接；浮点放大采样保持A/D转换器输出端与数据存储器通信连接，数据存储器保存经处 理后的采样信号，并将保存的数据输入计算机进行计算，各个器件都分别与单片机控制器通 信连接。
10、 根据权利要求9所述的一种基于压实度测试方法的压实度测试仪，其特征在于计 算机内顺次设置有可完成压实度测试方法中的步骤1)、 2)、 3)、 4)、 5)的五个功能模块 现场数据采集模块、现场数据分析处理模块、横波波速计算模块、含水量计算模块、压实度 计算模块。
全文摘要
本发明公开了一种压实度测试方法，该方法包括如下步骤1)现场数据采集；2)数据分析处理；3)计算最密实状态下横波波速；4)计算最密实状态下含水量；5)计算压实度；本发明还公开了基于上述方法的压实度测试仪，它包括单片机控制器、浮点放大采样保持A/D转换器、高/低通滤波器、限波器、前置放大A/D转换器、现场布线检查器、数据存储器、计算机；本发明的有益技术效果是该仪器轻便、省电、结构紧凑，操作简单、处理速度快、适用范围广。
文档编号G01N29/34GK101368933SQ200810069770
公开日2009年2月18日 申请日期2008年5月30日 优先权日2008年5月30日
发明者茂 丁, 周寅伦, 勇 李, 建 李, 林军志, 王振国, 王桂梅, 红 蒙, 赵明阶, 黄卫东 申请人:重庆交通大学