智能化路基压实质量分析方法、系统、设备及介质与流程

本发明涉及路基性能智能化分析，具体地说是一种智能化路基压实质量分析方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、路基是公路的基本结构，是支撑路面结构的基础，与路面共同承受行车荷载的作用，同时承受气候变化和各种自然灾害的侵蚀和影响，行车荷载通过路面结构传至路基，路基的应力应变特性对道路结构的整体强度和刚度起着重要作用；路基在施工过程中一般采用分层填筑和压实，如填料质量不佳，或施工控制不当，很容易导致路基填筑质量差，从而导致通车早期就会引发一系列的病害，因此在公路的建设中，需要严格控制路基压实的质量。

2、现有技术中对路基压实质量的检测常采用灌砂法、环刀法等测试方法，其在检测后通过检测仪器进行分析，由于路基压实的质量受内在因素和外在因素的影响，现有技术的检测方式，在检测时只考虑到外在因素，导致其检测分析全面性不理想，不能满足使用需求。

3、故在全面考虑路基的外在因素和内在因素的情况下，如何对路基压实执行进行准确分析是目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的技术任务是提供一种智能化路基压实质量分析方法、系统、设备及介质，来解决在全面考虑路基的外在因素和内在因素的情况下，如何对路基压实执行进行准确分析的问题。

2、本发明的技术任务是按以下方式实现的，一种智能化路基压实质量分析方法，该方法具体如下：

3、建立路基压实全过程参数动态变化的路基单点振动动力学模型以及参数动态变化的路基滚动压实动力学数值模型；

4、获取路基压实材料的干容重和标准容重；

5、利用振动轮动力学参数与路基压实状态的关系,分析振动轮动态响应信号，同时结合路基压实材料的干容重和标准容重的数值参数，确定路基的压实程度参数；

6、将路基压实程度参数与智能压实质量评价指标aicv(英文全称为accelerationintelligent compaction value)进行对比分析得出分析结果。

7、作为优选，建立路基压实全过程参数动态变化的路基单点振动动力学模型具体如下：

8、收集数据和参数：收集路基压实过程的相关数据；其中，路基压实过程的相关数据包括路基材料的物理特性参数、振动源的特性参数、压路机参数、路基状态随时间变化的实测数据以及路基竖向位移；路基材料的物理特性参数包括密度、剪切模量及泊松比；振动源的特性参数包括频率及振幅；压路机参数包括压路机自重、振动频率及振动力；路基状态随时间变化的实测数据包括比例模量及固结度；压路机自重、激振力幅值与路基竖向位移呈正相关，激振频率与竖向位移呈负相关，压路机自重的影响最为显著，路基快速压实选择低频率、大激振力振幅模式下自重大的压路机；

9、建立动力学方程：基于经典连续介质力学理论根据路基压实过程的物理机制和振动源的激励建立路基单点的动力学方程，公式如下：

10、

11、其中，λ为正实数；c为任意常数；为振动频率；为初相位角；为f(t)的二阶导数；t代表时间变量；

12、确定边界条件：确定动力学方程的边界条件；动力学方程的边界条件包括路基表面和底部的边界条件以及路基表面的初始条件，路基表面和底部的边界条件以及路基表面的初始条件是根据实际观测数据和设定的实验条件确定；

13、根据动力学方程和边界条件，选择适合的数值方法求解路基压实全过程参数动态变化的路基单点振动动力学模型，并选择matlab建模工具实现数值求解；其中，matlab建模工具使用梯度下降法求解数据，梯度下降方法具体如下：若实值函数f(x)在点a处可微且有定义，则函数f(x)在a点处沿着梯度相反的方向下降最快；因而，若对于γ>0为一个够小数值时成立，则f(a)≥f(b)；

14、模型参数校正和验证：根据已有数据和实验结果，对路基压实全过程参数动态变化的路基单点振动动力学模型进行参数校正和验证，通过与实测数据进行比较，调整路基压实全过程参数动态变化的路基单点振动动力学模型的参数，提高模拟的准确性和可靠性；

15、模拟和分析：利用建立的路基压实全过程参数动态变化的路基单点振动动力学模型进行路基压实全过程的模拟和分析，根据不同的输入条件和参数设置，预测路基在不同工况下的动态变化情况，从而建立路基压实全过程参数动态变化的路基单点振动动力学模型。

16、作为优选，建立参数动态变化的路基滚动压实动力学数值模型具体如下：

17、建立几何模型：根据实际情况建立路基的几何模型；其中，实际情况包括初始形状、层厚度及边界条件；

18、建立力学方程：根据路基材料的力学行为以及地震动力学原理建立动力学方程，为动力平衡方程或者动量方程；

19、网格划分与离散化：将路基进行网格划分，将连续的问题离散成离散的节点或单元，网格划分与离散化使用有限元法、边界元法或有限差分法；

20、求解方程：根据离散化后的数学方程，利用迭代法求解，通过x(n)表示第n次迭代的值，f(x(n))表示函数在x(n)处的值，f'(x(n))表示函数在x(n)处的导数，从而得到方程x(n+1)＝x(n)-f(x(n))/f'(x(n))；

21、分析结果：根据求解得到的数值结果进行分析和评估，从而建立参数动态变化的路基滚动压实动力学数值模型，在分析评估时对根据求解的数值结果与标准的系数相对比，并进行归一化处理，并映射到一个统一的区间，将归一化后的更新变化指数按照权重系数加权求和得到预评估系数。

22、作为优选，获取路基压实材料的干容重和标准容重的步骤如下：

23、根据土工材料的固体颗粒、水和空气“三相体”建立方程：其中，γd表示固体颗粒含量；g1表示空气含量值；ν表示体积；ω表示含水饱和度；利用分别计算出不同饱和度、空气率的含水量和密度的关系式，从土工材料的固体颗粒、水和空气“三相体”理论清楚地看出，当空气率稳定在设定范围后，决定γd数值的因素是土的g1和ω，一般地讲，g1越大，γd也越大；ω越大，γd越小，就g1而言，只能是当土颗粒组成相同时，才符合关系，若土颗粒组成出现差异，情况就可能发生变化，其中颗粒组成级配较好的土体γd会变大，而且根据颗粒级配组成的不同，甚至比原来g1小的土，由于级配致密，γd还可能会超过原来g1，级配较差土的情况；

24、根据土质的干重、湿体积以及标准体积对路基压实材料的干容重和标准容重进行计算，公式为其中，gg,表示干重；sv表示湿体积；bv表示标准体积；ρ1表示干容重；ρ2表示标准容重。

25、作为优选，振动轮动力学参数具体如下：

26、cmv是振动压路机在振动过程中采集的振动轮竖向加速度信号，通过fourier变换得到：

27、其中，c为常数；a2n标示碾压加速度的一次谐波振幅；an为碾压加速度的基波振幅。

28、作为优选，路基压实程度参数与智能压实质量评价指标aicv进行对比分析时，从压实质量均匀性方面分析，aicv指标均处于区间(μ-3σ,μ+3σ)中，满足压实质量均匀性要求，在压实质量空间关联性方便分析，aicv有效表征空间影响范围在(n-2，n+2)之间满足压实质量空间关联性要求，通过分析得出路基压实质量分析报表结果；

29、其中，路基压实程度参数与智能压实质量评价指标aicv进行对比分析时采用统计方法，如t检验或方差分析等。

30、更优地，确定边界条件具体如下：

31、定义压实目标：确定压实过程中的目标；其中，压实过程中的目标包括达到设定的密实度及达到设定的承载力；

32、分析工程背景：了解路基的具体情况；其中，路基的具体情况包括地质条件、路基结构及环境条件；

33、确定边界物理量：根据分析的工程背景，确定影响路基压实过程的边界物理量；其中，影响路基压实过程的边界物理量包括施加在路基上的载荷及边界处的约束；

34、选择边界条件类型：根据边界物理量的性质和作用方式，选择适当的边界条件类型，边界条件类型包括位移边界条件、固定边界条件及施加荷载条件；

35、确定边界条件数值：对于已选定的边界条件类型，确定具体的数值，具体的数值包括施加的载荷大小、位移边界条件下的初始位移和边界受力：

36、考虑时间变化：若路基压实过程是一个动态过程，需要考虑时间变化，确定随时间变化的边界条件；其中，随时间变化的边界条件包括周期性变化的荷载条件；

37、边界条件灵敏度分析：通过改变边界条件数值进行边界条件的灵敏度分析，，评估压实结果的变化情况，以找到最优的边界条件设置。

38、一种智能化路基压实质量分析系统，该系统用于实现如上述的智能化路基压实质量分析方法；该系统包括数据采集模块、数据获取模块、结果评估模块和数据分析模块，数据采集模块采集路基压实过程的相关数据，并将采集的数据信息发送给数据获取模块进行参数计算，从而建立路基压实全过程参数动态变化的路基单点振动动力学模型和参数动态变化的路基滚动压实动力学数值模型，并通过数据获取模块获取路基压实材料的干容重、标准容重和振动轮动力学参数；结果评估模块利用振动轮动力学参数与路基压实状态的关系,分析振动轮动态响应信号，同时结合路基压实材料的干容重、标准容重和振动轮动力学参数的数值参数，确定路基的压实程度参数；数据分析模块对路基压实程度参数与智能压实质量评价指标aicv进行对比分析得出分析结果。

39、一种电子设备，包括：存储器和至少一个处理器；

40、其中，所述存储器上存储有计算机程序；

41、所述至少一个处理器执行所述存储器存储的计算机程序，使得所述至少一个处理器执行如上述的智能化路基压实质量分析方法。

42、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以实现如上述的智能化路基压实质量分析方法。

43、本发明的智能化路基压实质量分析方法、系统、设备及介质具有以下优点：

44、(一)本发明通过建立路基压实全过程参数动态变化的路基单点振动动力学模型和参数动态变化的路基滚动压实动力学数值模型可从内在因素和外在因素同时考虑对路基压实的情况进行有效的分析，同时结合计算的路基压实材料的干容重和标准容重，以及计算的振动轮动力学参数，可准确的得知路基的压实程度；

45、(二)本发明结合路基压实程度与智能压实质量评价指标aicv进行对比分析得出分析结果，且通过分析结果方便人员直观的得知路基压实质量的情况，在存在不足时，方便人员后续改进；

46、(三)本发明通过结合土质的内在因素以及压实的外在因素情况，可对路基压实的质量进行准确分析，从而达到对压实质量的全面分析，且通过分析出的结果，方便人员直观的看出路基压实质量的情况，满足使用需求。