专利名称：附加质量法数字量板求取堆石体密度的方法
技术领域：
本发明涉及附加质量法数字量板求取堆石体密度的方法，具体是在堆石体上依据一组基础测点的附加质量法测试和坑测法测试的对比值建立数据样本集并设立平面坐标系，对建立的数据样本集进行三角网格化和等值线追踪得到数字量板，而在同一堆石体的不同点位上利用建立的数字量板来计算堆石体密度的方法，属于勘探地球物理技术领域。
背景技术：
堆石坝工程的压实干密度是工程质量控制的一个重要指标。对于最大粒径等于和小于300mm粗堆石土的密度测试方法，水利部《土工试验规程》(SL237-1999)、地矿部《土工试验规程》(DT-拟)提出了灌水法和灌沙法，试坑尺寸(直径和深度)规定为介质最大粒径的3 5倍。《碾压式土石坝施工规范》(DL/T5U9-2001)中规定堆石料密度试验，宜采用灌水法，试坑的直径不小于最大粒径的2 3倍，最大不超过2m，试坑深度为碾压层厚度，也可以辅以面波法、沉降法。显然(DL/T5129-2001)规范规定的试坑尺寸比《土工试验规程》 规定的要小许多。从保证测试精度角度而言，应用是大粒径大试坑；从工程施工角度而言， 试坑不宜过大；检测要求与施工要求有一定的矛盾。因此，长期以来许多工程技术人员试图寻求一种准确、快捷的方法解决这一问题。据了解，从大约20世纪70年代以来，就提出了 10余种堆石土密度检测方法，实践证明，对于超大粒径堆石土而言，比较有希望的方法还是动力参数法。即通过测定堆石土的动力参数(弹性模量、地基刚度、弹性波速度、泊松比) 而测定密度的方法，因为理论研究证明动力参数与介质密度有密切的关系。附加质量法则是测定地基刚度及参振质量的简捷有效方法。中国专利ZL96117338.6公开了一种堆石体密度测定的附加质量法，它属于早期求取堆石体密度的方法是率定系数法，该方法需要在试验阶段通过大量的测点，对附加质量法和坑测法进行率定建立率定系数矩阵，需对各种不同岩性坝料、不同级配、不同施工参数都要进行率定。在填筑阶段，则通过建立的率定系数矩阵结合附加质量法测试参数代入密度计算公式中反算求取测点的密度值。该方法的缺点是①需要大量的对比测点才能建立完整的率定系数矩阵；②由于坝料的复杂性和施工参数的多样性，这种率定的方法往往会导致率定系数之间产生冲突，即某种坝料和施工参数的率定系数反而应用于另一种坝料和施工参数的测试结果中计算才合适或都不合适；③反算求取附加质量法测试的密度值只能通过点对点的对应关系。
发明内容
针对附加质量法利用率定系数法计算堆石体密度存在的问题，本发明的目的在于提供一种附加质量法利用数字量板计算堆石体密度的方法，为实现上述目的，本发明的技术解决方案为一种附加质量法利用数字量板求取堆石体密度的方法，在堆石体上依据一组基础测点的附加质量法测试和坑测法测试的对比值建立平面坐标系，对建立的数据样本集进行三角网格化和等值线追踪得到数字量板，而在同一堆石体的不同点位上利用建立的数字量板来计算堆石体密度，其具体步骤如下一建立附加质量法数字量板①在堆石体上任意选取一组基础测点，并在每个测点上分别进行a)在测点由附加质量块和堆石体组成的参振体系，利用附加质量法测试得到参振体的参振质量M。 、地基动刚度Ktl ；b)采用坑测法进行挖坑、取样、称重、量体积得到坑测的湿密度As、干密度Ah及含水率ηQ ；C)计算参振体的参振体积V。
= M0o / 、参振体的自振角频率呌―2 = M0u / K0 ；②以每个测点的参振体的参振体积V。 和含水率％为参数组成数据样本集(Ktl, ω0-2,ν0ο, η。)，再将样本集(Κ。，ω0-2,νθο> n0)中ωQ_2乘以经验放大倍数n得到样本集(K。，
nX ω0_2，ν0。’ ηο).③修正样本集(KQ，nX ω0-2,ν0<), η。)精度，得到新的样本集(K1, 广，叉，，η .④以地基动刚度K1为纵坐标、以参振体的自振角频率ω「2为横坐标，建立平面坐标系，将样本集(K1, ω ^2, V0i，Πι)绘制于坐标系中；⑤对坐标系中的样本集进行三角网格化和等值线追踪，得到基础测点的参振体积 V。,和含水率H1的等值线图；⑥对参振体积等值线图和含水率等值线图进行网格化覆盖，实现附加质量法数字量板；二利用附加质量法数字量板求取堆石体密度，计算步骤如下①在同一堆石体的不同点位通过附加质量法现场采集数据分析得出地基动刚度 K2、参振体的参振质量#02 ；首先，计算参振体的自振角频率ω2_2，利用K2和nX ω2_2在数字量板上找到对应
M0
的量板上的参振体积ρ和含水率n2 ；然后，依据公式P2s =^rx得到量板上求取的湿密度
K02vO1
”2趣;最后，依据公式P2T= P2s-P2sX H2得到量板上求取的干密度P2干。所述的任意选取一组基础测点数不少于10个。所述的经验放大倍数n = 40。所述的网格间距以0. 1为单位。由于采用了以上技术方案，本发明涉及到附加质量法数字量板求取堆石体密度的方法克服了率定系数法只能通过点对点的对应关系，实现了面对面的对应关系。该方法是依据一定的坑测法与附加质量法的同点对比实验，建立有限的几种不同岩性坝料、不同级配与附加质量法测试参数的关系，取得附加质量法测试参数分布规律，建立为数不多的几种坝料附加质量法测试参数的数字量板，然后逐步扩展和修正该数字量板，再通过该量板直接求取测点的密度值。该方法的优点是①不需要大量的对比测点，只需有限的几种不同岩性坝料、不同级配建立关系，数字量板可不断修正；②建立模型的数据是可扩充的，实现数据的动态化，修正结果是不断收敛的；③方法成果具有可移植性或适用性，可将成果推广到其他工程中应用。
本发明的积极意义是(1)发明了附加质量法求取堆石体密度的新方法，该方法实现了面对面的对应关系，提高了计算密度的精度；(2)实现了用少量的坑测对比点即可计算所有堆石体密度；(3)具有可移植性，可将某一坝料的计算结果用于其他坝料的密度计算，减少坑测法的数量，节约工程经费。
附图1样本集合精度修正图附图2样本集合建立的三角网图附图3体积含水率等值线图附图4数字量板附图5三角形插值计算示意图附图6数字量板1附图7数字量板2附图8数字量板间的线性回归图
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明的附加质量法利用数字量板求取堆石体密度的方法进一步详细说明。一种附加质量法利用数字量板求取堆石体密度的方法，该方法是在堆石体上依据一组基础测点的附加质量法测试和坑测法测试的对比值建立数据集并设立平面坐标系，对建立的数据样本集进行三角网格化和等值线追踪得到数字量板，而在同一堆石体的不同点位上利用建立的数字量板来计算堆石体密度，其具体步骤如下—建立附加质量法数字量板①在堆石体上任意选取一组基础测点，并在每个测点上分别进行附加质量法测试和坑测法测试；②利用附加质量法测试测得参振体的参振质量M。,,，地基动刚度Ktl ；③在该测点点位上采取坑测法，进行挖坑、取样、称重、量体积的得到该点位的坑测湿密度凡8、干密度AtI含水率η。； ④计算出参振体的参振体积VG = M0o / A,s，参振体的自振角频率饵—2 = M0o / K0 ；⑤以每个测点的参振体的参振体积V0,,和含水率Iltl为参数组成数据样本集(Ktl, ω0-2，ν。。’ η。)，再将样本集(K0, ω0-2, V0,,，η0)中ω。_2乘以经验放大倍数η得到样本集(K0,
ηΧ ω0_2，ν0。，ηο).⑥修正样本集(Ktl, ηΧ ω0-2,ν0<(，Πο)精度，将样本间欧氏距离小于阈值H的样本按
权利要求
1.一种附加质量法利用数字量板求取堆石体密度的方法，其特征在于在堆石体上依据一组基础测点的附加质量法测试和坑测法测试的对比值建立数据样本集并设立平面坐标系，对建立的数据样本集进行三角网格化和等值线追踪得到数字量板，而在同一堆石体的不同点位上利用建立的数字量板来计算堆石体密度，其具体步骤如下一建立附加质量法数字量板①在堆石体上任意选取一组基础测点，并在每个测点上分别进行a)在测点由附加质量块和堆石体组成的参振体系，利用附加质量法测试得到参振体的参振质fiM。 、地基动刚度Ktl ；b)采用坑测法进行挖坑、取样、称重、量体积得到坑测的湿密度/\,、干密度Af及含水率n0 ；C)计算参振体的参振体积VQ = M0o / P^、参振体的自振角频率呌-2 = M0o / K0 ；②以每个测点的参振体的参振体积\。和含水率％为参数组成数据样本集 。，ω0-2, Vo0' η。)，再将样本集(Κ。，ω0-2,ν0(). η0)中ω。_2乘以经验放大倍数η得到样本集(Κ。，ηΧ ω0_2，ν0ο, ηο).③修正样本集(Ktl,nX COc^Vcv Πο)精度，得到新的样本集(K1, ω ^2, V0, ’ Ill)；④以地基动刚度1^为纵坐标、以参振体的自振角频率ω广为横坐标，建立平面坐标系， 将样本集(K1, ω ^2, V0i ’ Πι)绘制于坐标系中；⑤对坐标系中的样本集进行三角网格化和等值线追踪，得到基础测点的参振体积X),和含水率H1的等值线图；⑥对参振体积等值线图和含水率等值线图进行网格化覆盖，实现附加质量法数字量板；二利用附加质量法数字量板求取堆石体密度，计算步骤如下 ①在同一堆石体的不同点位通过附加质量法现场采集数据分析得出地基动刚度K2、参振体的参振质量mO1 ；首先，计算参振体的自振角频率ω2_2，利用K2和ηΧ ω2_2在数字量板上找到对应的量M0板上的参振体积卩和含水率H2 ；然后，依据公式
2.如权利要求1所述的一种附加质量法利用数字量板求取堆石体密度的方法，其特征在于所述的任意选取一组基础测点数不少于10个。
3.如权利要求1所述的一种附加质量法利用数字量板求取堆石体密度的方法，其特征在于所述的经验放大倍数η = 40。
4.如权利要求1所述的一种附加质量法利用数字量板求取堆石体密度的方法，其特征在于所述的网格间距以0. 1为单位。
全文摘要
本发明提供了一种附加质量法利用数字量板求取堆石体密度的方法。该方法在堆石体上任意选取一组基础测点，并在每个测点上分别进行附加质量法测试和坑测法测试建立数字量板，在同一堆石体的不同点位，利用附加质量法测试得到的参振质量m0和动刚度K，计算自振角频率ω-2，利用K和ω-2在数字量板上找到对应的参振体积V0和量板上的含水率η2，然后依据公式求取密度。数字量板可不断修正，修正结果是不断收敛的，提高了计算堆石体密度的精度。该方法具有可移植性或适用性，可推广到其他工程中应用，减少了坑测法的数量，节约工程经费。
文档编号G01N9/02GK102175567SQ20111003519
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月30日 优先权日2011年1月30日
发明者傅萌, 况碧波, 刘方文, 刘润泽, 吴刚, 唐培武, 喻维钢, 张建清, 张志杰, 张智, 文志祥, 朱启贤, 李小联, 李盛青, 杨佐斌, 杨汉良, 沈嗣元, 胡志虎, 蔡加兴, 谷涛, 陆二男, 马圣敏 申请人:长江水利委员会长江勘测规划设计研究院