CN102759491A - 堆石体碾压密度测定方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种堆石体碾压密度测定方法及装置，该技术方案是在堆石体碾压层底面布置测点，安置附加铝钢反射体，测量其坐标高程；等待堆石体碾压层铺压完成后，在附加铝钢反射体的正上方进行十字广角雷达测试；雷达反射波通过计算机处理得到走时、波幅以及碾压层厚度等检测参数值，将检测参数值进行对比分析后，可计算出检测点堆石体碾压层的密度值。该方法使用方便，精度高，成本低。

Description

堆石体碾压密度测定方法及装置

技术领域

本发明涉及到一种工程建筑物理勘测检测方法及装置，特别是一种堆石体碾压密度测定方法及装置，属于工程建筑技术领域。

背景技术

在水利水电坝体、路基和人工场地工程中，碾压堆石体作为填筑材料的使用越来越广泛。堆石体是一种具有一定级配、无凝集性、渗透性强的摩擦性集合料。堆石体只有达到很高的密实度，才能达到预期的强度和拉升应变能力，密实度对碾压堆石体性能的影响是非常显著的，是施工质量的主要控制指标之一。目前国内外碾压堆石体施工中，对碾压密实度的测量和控制，是通过对碾压层密度（容重）的测量和控制来实现的。因此，为保证施工填筑质量，根据相关规范要求，需要对堆石体碾压密度进行原位实时检测。

传统的堆石体碾压密度检测的方法主要是人工挖坑法，即在测点挖坑，并称出挖出体的质量，同时用灌水（铺塑料布）或灌砂的办法测量出所挖坑的体积，从而求出该测点的密度。这种方法会破坏堆石体的结构（测定完成后需要对开挖的坑进行回填重压），且需要布置足够数量的测点，工作量大，同时因标本测点不具有普遍代表性可能造成测量结果偏差较大，因此这种技术方案是不理想的。

中国专利文献申请号为96117337.6、发明名称为“堆石体密度测定的附加质量法”的文件中公开了一种附加质量法测定堆石体密度的技术方案，该技术方案在测点由附加质量块——承压板——地基坝体组成振动体系，测出振动体系相应的自振频率f，将f代入公式D=1/ω²（ω=2πf）作D—Δm曲线，（Δm为附加质量块），找出D——Δm曲线与横坐标交点到原点之间的绝对值作为地基坝体的参振质量m_o；在测点处布置检波点，用地震仪接收对体系锤击所激发的弹性波，作地震时距曲线得直达波段曲线的反斜率V_p，将V_p代入公式λ＝V_p/f_o（f_o为m_o相应的体系自振频率），得介质由地面向深部传播的纵波波长λ；然后在测点采用人工挖坑法取得地基坝体点位的密度值ρ，将m_o、λ、ρ代入公式ρ=m_o/（A_o·h_o）d得系数K（其中A_o为承压板面积，h_o=λ/（2K））；在同一地基的不同点位利用附加质量法测出各点位的参振质量m_o、压板下介质纵波波长λ，利用所率定的系数K回代公式ρ=m_o/（A_o·h_o）即可求得地基坝体测点位的密度。由于附加质量法是通过建立数学模型来测定堆石体的密度，是一种将堆石体等同于弹簧体的理想化状态下的方法，而实际上机械填筑碾压的堆石体内部结构复杂多样，单纯用理想化的数学模型来测定堆石体的质量，难以取得较满意的结果，同时数学建模和数据处理的过程繁复，一般工程技术人员不易理解和应用。

因此，上述的堆石体碾压密度测定方法及装置都是不理想的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种不破坏堆石体结构，也不需建立复杂的数学模型即可精确快速获得堆石体碾压密度的附加铝钢反射体雷达测定方法及装置，以克服现有技术方案的不足。

为解决上述技术问题，本发明的堆石体碾压密度测定方法，其中，在进行堆石体碾压密度测定时，使用一种堆石体碾压密度雷达测定装置进行检测，该方法包括以下步骤：

1）在每层堆石体碾压层填筑前，在碾压层底面布置测点并安置附加铝钢反射体，测量其平面坐标和高程；

2）等待堆石体碾压层铺压完成后，根据测点平面坐标，用测量的方式找到测点坐标正上方位置并测量其高程，计算碾压层厚度h。用探地雷达在附加铝钢反射体的正上方进行十字广角雷达测试，由探地雷达计算机记录雷达反射波信号；

3）使用计算机处理雷达反射波信号，得到雷达发射的电磁波初始振幅值A₀、雷达接受的反射波振幅值A、雷达反射波的走时t等检测参数值；

4）将上述步骤得到的堆石体碾压层厚度h、雷达发射的电磁波初始振幅值A₀、雷达接受的反射波振幅值A、雷达反射波的走时t代入下式，用计算机处理数据得出堆石体碾压层的密度值ρ：

$\mathrm{\ρ}=n\frac{t{A}_0}{2\mathrm{hA}}$

在上式中，ρ为测试点的密度（g/cm³），A₀为雷达发射的电磁波初始振幅值，A为雷达接受的反射波振幅值，t为雷达反射波走时（ns），h为碾压层厚度（m），n为率定参数。

进一步的，上述的堆石体碾压密度测定方法，其中，所述率定参数n是用已知密度的堆石体进行附加铝钢反射体雷达测定的参数值和测量测定的碾压层厚度h代入下式得到：

$n=\mathrm{\ρ}\frac{2\mathrm{hA}}{t{A}_0}$

在上式中，ρ为测试点的密度（g/cm³），A₀为雷达发射的电磁波初始振幅值，A为雷达接受的反射波振幅值，t为雷达反射波走时（ns），h为碾压层厚度（m），n为率定参数。

同时，本发明的一种堆石体碾压密度雷达测定装置，包括堆石体，其中，在堆石体碾压层底面设有直径为1～10cm的铝合金或铁合金薄体结构的附加铝钢反射体，在附加铝钢反射体正上方的堆石体碾压层上设有雷达天线，雷达天线与探地雷达之间通过电缆连接。

进一步的，上述的堆石体碾压密度雷达测定装置，其中，所述探地雷达十字广角范围为堆石体碾压层厚度h的1～2倍。

在采用上述技术方案时，由于探地雷达检测是一种非破坏性的地球物理探测技术，可以安全地用于正在建设中的工程现场的各种工作场地条件，适应性和抗磁干扰性强，具有较满意的探测深度和分辨率。

因采用了这种附加铝钢反射体的堆石体碾压密度雷达测定方法，在测定堆石体碾压密度时，依据同一波长的电磁波在不同密度的堆石体介质中波形和能量衰减情况不同的原理，通过对雷达发射和接收的电磁波的信号检测参数进行分析对比，就可以较准确地推算出测点堆石体的碾压密度。由于探地雷达可自动控制操作，现场仅需1～2人即可工作。试验证明，相比人工挖坑法等测定方法，本发明的方法具有理想的测定结果，而且工作量小，工作效率高，综合使用成本低，可用于大型工程多测点的检测工作，同时，本发明的方法不需要建立理想化数学模型，可以避免因理想化的模型与堆石体实际结构存在的差异而造成的测定结果的偏差，而且工作原理更加简单并易于理解，值得推广。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

附图中的标记为：1-探地雷达，2-雷达天线，3-电缆，4-附加铝钢反射体，5-堆石体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

看图1，图中在堆石体5碾压层底面测点上预先安置附加铝钢反射体4，在附加铝钢反射体4正上方的堆石体5碾压层上有雷达天线2，雷达天线2通过电缆3与探地雷达1相连，雷达天线2可以在堆石体碾压层上移动以确定适合的位置。

检测时，通过雷达天线2向堆石体5碾压层底面的附加铝钢反射体4发射雷达波信号，雷达波信号向下方传播并被附加铝钢反射体4反射回地面，雷达天线2接收到附加铝钢反射体反射回来的雷达波信号后，探地雷达1即以数字的形式记下每一道波形的数据，将探地雷达1记录的数据输入计算机进行处理后，得到雷达发射的电磁波初始振幅值A₀、雷达接受的反射波振幅值A、雷达反射波的走时t等检测参数值。测量测定碾压层厚度h。

将堆石体碾压层厚度h、雷达发射的电磁波初始振幅值A₀、雷达接受的反射波振幅值A、雷达反射波的走时t代入公式：

$\mathrm{\ρ}=n\frac{t{A}_0}{2\mathrm{hA}}$

得出堆石体碾压层的密度值ρ；

上式中，ρ为测试点的密度（g/cm³），A₀为雷达发射的电磁波初始振幅值，A为雷达接受的反射波振幅值，t为雷达反射波走时（ns），h为堆石体碾压层厚度（m），n为率定参数。

下面给出率定参数n的确定方法。

选择堆石体5同一碾压层上三个测点，在三个测点分别进行上述附加铝钢反射体4的雷达测试，得出三个测点雷达发射的电磁波初始振幅值A₀₁、A₀₂、A₀₃；雷达接受的反射波振幅值A₁、A₂、A₃；雷达反射波的走时t₁、t₂、t₃等检测参数值，并测出堆石体5碾压层的厚度h₁、h₂、h₃。

采用人工挖坑法测出测点堆石体5碾压层的密度ρ₁、ρ₂、ρ₃。具体做法如下：在三个测点分别挖坑，并称出挖出体的质量M₁、M₂、M₃，同时用铺塑料布灌砂的办法测量出所挖坑的体积V₁、V₂、V₃，根据公式ρ=M/V，分别求出三个测点的密度ρ₁、ρ₂、ρ₃。

将上述步骤得到的三个测点的检测参数值A₀、A、t和碾压层厚度h以及堆石体碾压密度ρ代入以下公式，分别得到三个测点的率定参数n₁、n₂、n₃。

$n=\mathrm{\ρ}\frac{2\mathrm{hA}}{t{A}_0}$

上式中，ρ为测试点的密度（g/cm³），A₀为雷达发射的电磁波初始振幅值，A为雷达接受的反射波振幅值，t为雷达反射波走时（ns），h为堆石体碾压层厚度（m）。

根据上述步骤求出的三个测定的率定参数n₁、n₂、n₃，取三个率定参数的算术平均值作为该层堆石体5碾压层的率定参数n。

在实际应用中，率定参数n可以通过更多测点反复计算确定，率定参数n计算选取的测点数按照一定的百分比在总测点数中确定，以5%～15%为宜。

以上只是本发明的一个具体应用范例，本发明还有其他的实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种堆石体碾压密度测定方法，其特征在于：在进行堆石体（5）碾压密度测定时，使用一种堆石体碾压密度雷达测定装置进行检测，该方法包括以下步骤：

1）在每层堆石体（5）碾压层填筑前，在碾压层底面布置测点并安置附加铝钢反射体（4），测量其平面坐标和高程；

2）等待堆石体（5）碾压层铺压完成后，根据测点平面坐标，用测量的方式找到测点坐标正上方位置并测量其高程，计算碾压层厚度h，用探地雷达（1）在附加铝钢反射体（4）的正上方进行十字广角雷达测试，由探地雷达（1）记录雷达反射波信号；

3）使用计算机处理雷达反射波信号，得到雷达发射的电磁波初始振幅值A₀、雷达接受的反射波振幅值A、雷达反射波的走时t等检测参数值；

4）将上述步骤得到的堆石体（5）碾压层厚度h、雷达发射的电磁波初始振幅值A₀、雷达接受的反射波振幅值A、雷达反射波的走时t代入下式，用计算机处理数据得出堆石体（5）碾压层的密度值ρ：

   在上式中，ρ为测试点的密度（g/cm³），A₀为雷达发射的电磁波初始振幅值，A为雷达接受的反射波振幅值，t为雷达反射波走时（ns），h为碾压层厚度（m），n为率定参数。

2.根据权利要求1所述的堆石体碾压密度测定方法，其特征在于：所述率定参数n是用已知密度的堆石体（5）进行附加铝钢反射体（4）雷达测定的参数值和测量测定的碾压层厚度h代入下式得到：

在上式中，ρ为测试点的密度（g/cm³），A₀为雷达发射的电磁波初始振幅值，A为雷达接受的反射波振幅值，t为雷达反射波走时（ns），h为碾压层厚度（m），n为率定参数。

3.

 

一种堆石体碾压密度雷达测定装置，包括堆石体（5），其特征在于：在堆石体（5）碾压层底面设有直径为1～10cm的铝合金或铁合金薄体结构的附加铝钢反射体（4），在附加铝钢反射体（4）正上方的堆石体（5）碾压层上设有雷达天线（2），雷达天线（2）与探地雷达（1）之间通过电缆（3）连接。

4.根据权利要求3所述的堆石体碾压密度雷达测定装置，其特征在于：所述探地雷达（1）十字广角范围为堆石体（5）碾压层厚度h的1～2倍。

Images