CN111444560A - 考虑下垫面影响的高填方压实质量实时评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高填方工程施工质量控制领域，为实现不同下垫面或边界约束条件下对填方压实质量的全面、实时评价，本发明，考虑下垫面影响的高填方压实质量实时评价方法，首先利用压实过程实时监控装置采集下层和上层的碾压参数，同时，利用PDA采集上层的现场试坑试验结果，包括反映料性的含水率w、级配P和压实质量参数压实度D或干密度ρ或孔隙率e；然后，建立压实质量与碾压参数、料性参数和下垫面的回归模型，即考虑下垫面影响的填方压实质量评价模型；最后，基于所述模型，利用实时采集的碾压参数、碾轮加速度信号和料性参数，计算施工仓面上对应位置的压实质量。本发明主要应用于高填方工程施工质量控制场合。
Description
技术领域
本发明涉及高填方工程(如路基、土石坝等)施工质量控制领域，尤其是涉及不同下垫面条件下填方压实质量的实时评价方法。
背景技术
在土石坝、高填方路基等填方工程中，由于地质条件多变或材料摊铺不均匀引起的下垫面不均匀是普遍存在的。如在土石坝施工中，紧邻两侧岸坡的条带的下垫面部分为坚硬的山体，与正常压实后的下垫面相比其刚度更大，导致在同一仓面下不均匀下垫面的形成；或在使用粒径较大的填料时，材料摊铺不均匀导致较大的石块集中在某一区域，形成不均匀的下垫面。目前常用的压实质量频域实时监测指标原理均为通过振动压路机振动轮的加速度信号畸变程度大小来反映压实度的变化。已有研究表明，振动压路机的振动波传播深度一般在1.2米左右[1-3]，而填方工程中的土石填料铺层厚度多在0.3～0.8米，故由振动加速度信号得到的压实质量监测指标理论上不仅反映了当前碾压层的压实质量，同时也受到了其下垫面或边界条件的影响。当下垫面或边界条件不均匀时，基于碾轮加速度信号的压实指标将无法准确反映铺筑层填方的压实质量。因此，实现在不均匀下垫面或边界条件下的填方工程压实质量快速、准确、实时的评价，对于保证下垫面不均匀时填方工程的施工质量具有重要意义。
目前，随着压实质量实时监测技术的应用，国内外学者对基于频域监测指标的压实质量实时监测方法展开了一系列研究。在道路压实上，徐光辉[12]等采用动力学监控技术，以路基结构抗力作为指标来评价压实状态的变化，实现了路基压实连续实时的质量监控。刘东海[10]等定义了压实监测值CV，并将其作为压实监测指标提出了路基压实质量的评估模型和路基施工全工作面的压实质量快速评估方法。针对土石坝施工中的压实质量评价，基于高心墙堆石坝过程实时监控系统[5,6]，Liu D[7]等建立了压实度与碾压参数、坝料性质之间的多元回归方程，并提出了以CV为压实指标的土石坝压实质量在线评估方法[9]。然而，上述研究并没有考虑压路机振动波的传播深度大于填料铺层厚度的客观情况，忽略了不均匀下垫面条件对填方压实质量的影响，当遇到不均匀下垫面或边界条件时，上述方法对当前填筑层的压实质量评估将产生较大误差。
考虑到不均匀下垫面的影响，窦鹏[1]利用有限元方法对高铁路基刚度不均匀条件下压实指标进行模拟，并对模拟结果进行反演分析，得到更为准确的目标压实值。Zhu X[2]和Hu W[4]等分别针对土质路基和沥青路面，验证了当前碾压层压实指标CMV与其下垫面压实指标的相关性。以上研究表明，下垫面对准确进行压实指标计算和压实质量的评价有着重要影响。同时，已有研究[13,14]表明，碾压参数(行车速度、碾压遍数、压实厚度等)和填料性质(含水率、级配等)对压实指标和压实质量有着显著影响，而上述研究忽略了以上影响因素对压实质量评价的影响，其对压实质量的评估是不全面的。
参考文献：
[1]窦鹏.高铁路基连续压实质量检测指标相关性校检试验研究[D].中南大学，2014.
[2]Zhu X,Bai S,Xue G,et al.Assessment of compaction quality of multi-layer pavement structure based on intelligent compaction technology[J].Construction and Building Materials,2018,161:316-329.
[3]Mooney M A,Facas N W.Extraction of Layer Properties fromIntelligent Compaction Data[R].NCHRP-IDEA Program Project Final Report,2013.
[4]Hu W,Huang B,Shu X,et al.Utilising intelligent compaction metervalues to evaluate construction quality of asphalt pavement layers[J].RoadMaterials and Pavement Design,2016,18(4):1-12.
[5]钟登华，刘东海，张社荣，等.心墙堆石坝施工质量实时监控方法[P]，中国：CN101582198,200911-18.
[6]钟登华，刘磊，刘东海等.心墙堆石坝碾压过程信息自动采集装置[P]，中国：CN101577043,2009-11-11.
[7]Liu D,Sun J,Zhong D,et al.Compaction Quality Control of Earth-RockDam Construction Using Real-Time Field Operation Data[J].Journal ofConstruction Engineering and Management,2012,138(9):1085-1094.
[8]刘东海，林敏，刘磊.碾压过程中土石和沥青混凝土坝料刚度实时监测装置[P]，中国：CN105915594A,2016-08-31.
[9]刘东海，李子龙.土石坝坝料压实质量在线评估方法[P]，中国专利：CN103015391A，2013-04-03.
[10]刘东海,巩树涛,魏宏云.基于实时监测的高等级公路路基压实质量快速评估[J].土木工程学报,2014(11):138-144.
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发明内容
为克服现有技术的不足，本发明旨在提出一种考虑下垫面刚度不均匀对压实监测指标影响的、基于碾压参数和压实质量实时监测指标的填方工程的压实质量实时评价方法，从而避免不同下垫面或边界约束条件对实时监测指标准确性的影响，实现不同下垫面或边界约束条件下对填方压实质量的全面、实时评价。为此，本发明采取的技术方案是，考虑下垫面影响的高填方压实质量实时评价方法。首先利用压实过程实时监控装置采集下层和上层的碾压参数，包括行进速度v、压实厚度h、激振力输出状态J、碾压遍数n；利用压实效果实时监测装置分别采集上层和下层的碾轮加速度信号并根据降噪后加速度信号计算压实监测指标C；同时，利用PDA采集上层的现场试坑试验结果，包括反映料性的含水率w、级配P和压实质量参数压实度D或干密度ρ或孔隙率e；然后，建立压实质量与碾压参数、料性参数和下垫面的回归模型，即考虑下垫面影响的填方压实质量评价模型；最后，基于所述模型，利用实时采集的碾压参数、碾轮加速度信号和料性参数，计算施工仓面上对应位置的压实质量，进一步通过空间插值方法得到仓面任意位置的压实质量，并根据压实质量控制标准分析质量不达标区域，及时反馈，控制施工质量。
具体步骤如下：
1)数据采集与信号去噪
(1)对下层填料进行碾压，利用碾压遍数利用碾压过程实时监控装置，实时采集下层碾压参数及其相应的坐标，并将数据发送并储存值远程数据库服务器，碾压参数包括下层行进速度v下、下层压实厚度h下、下层激振力输出状态J下和下层碾压遍数n下；
(2)利用安装在碾压机上的压实效果实时监测装置，实时采集碾轮的加速度信号，并由压实效果实时监测装置中的卫星定位装置实时定位获取对应的坐标，并将时间、坐标与对应的加速度信号发送至远程数据库服务器中；
(3)为了减小噪声对压实指标计算的影响，选用小波阈值法对每个时间段采样得到的加速度信号进行去噪，选择小波、并对信号进行多尺度小波变换，采用启发式阈值计算方法计算阈值并进行软阈值处理，得到降噪后的加速度信号，对去噪后的信号进行快速傅里叶变换FFT(Fast Fourier Transformation)，计算下层对应碾压位置点的压实指标C下；
(4)对上层填料进行碾压，并类似步骤(1)、(2)、(3)，得到上层碾压参数：上层行进速度v上、上层压实厚度h上、上层激振力输出状态J上、上层碾压遍数n上、上层压实指标C上及其对应的坐标；
(5)利用个人数字终端PDA(Person Digital Assistant)设备采集上层的试坑点位置及室内试验的结果，并将数据存储发送至远程数据库服务器，包括试坑点坐标、含水率w上、级配P上和压实质量参数：压实度D或干密度ρ或孔隙率e；
2)考虑下垫面影响的压实质量实时评价模型建立
(6)从远程数据库中获取上述步骤中采集的数据，根据上层试坑点的坐标确定上层每个试坑位置对应的碾压参数v上、h上、J上、n上，料性参数w上、P上，上层压实指标C上和上层压实质量参数，压实度D或干密度ρ或孔隙率e，以及其对应位置下层最后一遍碾压下的压实指标C下；
(7)利用步骤(6)得到的试坑位置的压实质量、碾压参数、料性参数和压实指标，分析压实质量与各碾压参数、料性参数和压实指标的相关性，确定回归模型的变量；
(8)根据确定的上述变量，建立其与压实质量的回归关系，即为考虑下垫面影响的压实质量评价模型，以干密度作为压实质量的表征指标，表达式如下：
ρ＝F(C上,C下,w上,P上,J上,h上,v上,n上)
式中，F(·)是回归函数，可通过回归分析法确定；
3)当前碾压层压实质量实时评价
(9)确定当前施工仓面(上层)开始碾压，利用上文步骤(1)、(2)、(3)，实时采集碾压参数(v上、h上、J上、n上)及其坐标、碾轮的加速度信号及其坐标并计算压实指标C上；
(10)采集上层料性参数(w上、P上)及其坐标，如现场具备试坑试验条件可参照步骤(5)进行采集，若不具备，则可利用具有GPRS功能的PDA设备采集料场料源试验的含水率w上和级配P上，并通过GPRS网络传送至远程数据库；
(11)将当前施工仓面(上层)以足够精度进行网格化，根据步骤(9)、(10)中实时采集的数据，确定仓面上每个网格处的碾压参数(v上、h上、J上、n上)、料性参数(w上、P上)和压实指标值C上；
(12)参照步骤(11)对下层仓面进行网格化，使其每个网格的坐标与上层仓面一一对应，并通过从远程数据库中获得的数据，确定下层仓面每个网格处最后一遍碾压下的压实指标值C下；
(13)利用步骤(11)中得到的上层网格点处的压实指标C上、碾压参数(v上、h上、J上、n上)、料性参数(w上、P上)和步骤(12)中得到的下层网格点压实指标C下，代入步骤(8)中的回归模型F(·)，确定上层仓面每个网格点的压实质量；
(14)采用空间插值方法，对各网格计算得到的压实质量散点进行插值，绘制压实质量云图，并将结果发送储存于远程数据库服务器；
(15)根据预先设定的压实控制标准，分析上层仓面任意位置处压实质量合格与否，绘制合格或不合格区域，计算仓面压实质量的合格率，此结果可及时反馈给现场，用以指导对压实质量不合格区域采取相应补救措施。
本发明的特点及有益效果是：
本发明提出的考虑下垫面刚度不均匀对压实监测指标影响的、基于碾压参数和压实质量实时监测指标的填方工程的压实质量实时评价方法，避免了不均匀下垫面或边界约束条件对压实质量实时监测指标的影响，实现任意下垫面或边界条约束件下、施工仓面任意位置处的压实质量实时监测，统一了不同下垫面或边界条件下的压实质量评价标准，提高了压实质量评价的准确性。
附图说明：
图1考虑下垫面影响的压实质量实时评价的流程。
具体实施方式
本发明在专利CN103015391A[9]的基础上，进一步考虑了不均匀下垫面对压实质量实时监测的影响，同时综合考虑了碾压参数和填料性质的影响，以得到能够适应不同施工条件的、更准确的压实质量实时评价方法。
为了实现在不均匀下垫面条件下的填方压实质量实时评价，本方法基于压实质量实时监测装置(CN105915594A[8])与碾压过程实时监测装置(CN101582198[5]、CN101577043[6])，提出了新的压实质量实时评价模型。对于待评价碾压层，下垫面对其压实指标的影响可以认为是与其相邻的若干个下层压实质量对待评价碾压层压实指标的影响。已有研究表明，当使用同种填料时压实效果指标与下垫面刚度正相关，能够反映当前碾压层的压实效果及其下垫面和边界条件的影响。因此，本方法中利用待评价碾压层下层的压实指标的变化来表征下垫面的不均匀性。为方便表达，后文中将下垫面统称为下层，将当前碾压层统称为上层。
本方法主要分为三部分：数据的采集与降噪、实时评价模型建立和压实质量评价。首先利用压实过程实时监控装置和压实效果实时监测装置分别采集下层和上层的碾压参数(行进速度v、压实厚度h、激振力输出状态J、碾压遍数n)、碾轮加速度信号，并根据降噪后加速度信号计算压实监测指标C；同时，利用PDA采集上层的现场试坑试验结果，包括反映料性的参数(含水率w、级配P)和压实质量(压实度D或干密度ρ或孔隙率e)。然后，利用上述数据建立压实质量与碾压参数、料性参数和下垫面的回归模型，即考虑下垫面影响的填方压实质量评价模型。最后，基于上述模型，利用实时采集的碾压参数、碾轮加速度信号和料性参数，计算施工仓面上对应位置的压实质量，进一步通过空间插值方法可以得到仓面任意位置的压实质量，并根据压实质量控制标准分析质量不达标区域，及时反馈，控制施工质量。该方法流程图如附图1所示，具体步骤如下：
1)数据采集与信号去噪
(1)对下层填料进行碾压，利用碾压遍数利用碾压过程实时监控装置(CN101582198[5]、CN101577043[6])，实时采集下层碾压参数及其相应的坐标，并将数据发送并储存值远程数据库服务器。下层碾压参数包括行进速度v下、压实厚度h下、激振力输出状态J下和碾压遍数n下。
(2)利用安装在碾压机上的压实效果实时监测装置(CN105915594A[8])，实时采集碾轮的加速度信号，并由压实效果实时监测装置中的卫星定位装置实时定位获取对应的坐标，并将时间、坐标与对应的加速度信号发送至远程数据库服务器中。
(3)为了减小噪声对压实指标计算的影响，选用小波阈值法对每个时间段采样得到的加速度信号进行去噪，选择小波、对信号进行多尺度小波变换，采用启发式阈值计算方法计算阈值并进行软阈值处理，得到降噪后的加速度信号。对去噪后的信号进行快速傅里叶变换(Fast Fourier Transformation，FFT)，计算对应碾压位置点的压实指标C下。
(4)对上层填料进行碾压，并类似步骤(1)、(2)、(3)，得到上层碾压参数(v上、h上、J上、n上)、压实指标C上及其对应的坐标。
(5)利用PDA(Person Digital Assistant)设备采集上层的试坑点位置及室内试验的结果，并将数据存储发送至远程数据库服务器，包括试坑点坐标、含水率、级配和压实质量(压实度D或干密度ρ或孔隙率e)。
2)数据采集与信号去噪
(6)从远程数据库中获取上述步骤中采集的数据，根据上层试坑点的坐标确定上层每个试坑位置对应的碾压参数(v上、h上、J上、n上)、料性参数(w上、P上)、压实指标C上、压实质量(压实度D或干密度ρ或孔隙率e)，以及试坑点对应位置下层最后一遍碾压下的压实指标C下。
(7)利用步骤(6)得到的试坑位置的压实质量、碾压参数、料性参数和压实指标，分析压实质量与各碾压参数、料性参数和压实指标的相关性，确定回归模型的变量。
(8)根据确定的上述变量，建立其与压实质量的回归关系，即为考虑下垫面影响的压实质量评价模型，以干密度作为压实质量的表征指标为例，表达式如下：
ρ＝F(C上,C下,w上,P上,J上,h上,v上,n上)
式中，F(·)是回归函数，可通过回归分析法确定。
3)当前碾压层压实质量实时评价
(9)确定当前施工仓面(上层)开始碾压，利用上文步骤(1)、(2)、(3)，实时采集碾压参数(v上、h上、J上、n上)及其坐标、碾轮的加速度信号及其坐标并计算压实指标C上。
(10)采集上层料性参数(w上、P上)及其坐标，如现场具备试坑试验条件可参照步骤(5)进行采集，若不具备，则可利用具有GPRS功能的PDA设备采集料场料源试验的含水率w上和级配P上，并通过GPRS网络传送至远程数据库。
(11)将当前施工仓面(上层)以足够精度进行网格化，根据步骤(9)、(10)中实时采集的数据，确定仓面上每个网格处的碾压参数、料性参数和压实指标值C上。
(12)参照步骤(11)对下层仓面进行网格化，使其每个网格的坐标与上层仓面一一对应，并通过从远程数据库中获得的数据，确定下层仓面每个网格处最后一遍碾压下的压实指标值C下。
(13)利用步骤(11)中得到的上层网格点处的压实指标C上、碾压参数(v上、h上、J上、n上)、料性参数(w上、P上)和步骤(12)中得到的下层网格点压实指标C下，代入步骤(8)中的回归模型F(·)，确定上层仓面每个网格点的压实质量。
(14)采用空间插值方法，对各网格计算得到的压实质量散点进行插值，绘制压实质量云图，并将结果发送储存于远程数据库服务器。
(15)根据预先设定的压实控制标准，分析上层仓面任意位置处压实质量合格与否，绘制合格或不合格区域，计算仓面压实质量的合格率。此结果可及时反馈给现场，用以指导对压实质量不合格区域采取相应补救措施。
下面结合本发明的流程图(附图1)，对考虑下垫面影响的填方压实质量实时监测方法的具体实施方式做说明。其具体步骤如下：
1.数据采集与信号去噪
(1)下层碾压参数实时采集
下层碾压过程中，通过压实过程实时监测系统对碾压参数进行采集。采集时，每隔固定的时间间隔(如1.0s)，采集一次碾压机的行进速度v下、压实厚度h下、激振力输出状态J下、碾压遍数n下及其位置坐标，并将数据发送储存至远程数据库服务器。
(2)振动加速度信号实时采集
通过安装在碾轮上的压实效果实时监测装置，按照一定采样频率(如512Hz)连续采集碾压机行驶过程中的碾轮加速度，并按照固定时间间隔(如1.0s)输出加速度信号及其对应的坐标位置，将数据发送储存值远程数据库服务器。
(3)下层加速度信号去噪及压实评价指标C下计算
选用小波阈值法对对每个固定时间间隔(如1.0s)采集的加速度信号进行去噪。以采样频率512Hz为例，采用sym8小波、对信号进行4层二进小波变换，采用启发式阈值计算方法计算阈值并进行软阈值处理，得到降噪后的加速度信号。对去噪后的信号进行快速傅里叶变换(FFT)，计算对应碾压位置点的压实指标。考虑到指标在不同级配填料压实质量评价上的适用性[12]，这里选用指标CCV(Compaction Control Value)作为评价指标，为保持与前文的一致性，后文仍用C代指。压实效果指标定义为：
式中，Ai为加速度信号经快速傅里叶变换后的谐波分量幅值，A2是基频幅值，Ai是i/2倍基频对应的幅值(i＝1,3,4,5,6)。
(4)上层碾压参数、料性参数及压实指标采集
对上层仓面，重复步骤(1)、(2)、(3)得到上层仓面的碾压参数(v上、h上、J上、n上)和压实指标及其对应位置坐标。
(5)上层试坑实验数据PDA采集
在上层施工仓面上，布置足够多的试坑点，并利用具有GPRS功能的PDA设备上安装的定制开发的客户端软件，对试坑点及室内试验结果进行采集，包括试坑点的坐标、料性参数(含水率w上、级配P上)和压实质量(压实度D或干密度ρ或孔隙率e)，并将上述数据利用GPRS网络发送至远程数据库服务器。
2.考虑下垫面影响的压实质量实时评价模型建立
(6)确定上层试坑点处及其下层对应位置的数据
根据试坑点处的位置坐标及步骤(1)～(5)中采集的数据，按照坐标确定上层每个试坑位置处的碾压参数(v上、h上、J上、n上)、料性参数(w上、P上)、压实指标C上、压实质量(压实度D或干密度ρ或孔隙率e)，以及试坑点对应位置下层的最后一遍碾压时采集的压实指标C下。以上数据构成模型建立需要的试坑样本点。
(7)确定评价模型变量
利用步骤(6)种得到的数据，分析压实质量与碾压参数(v上、h上、J上、n上)、压实效果指标C上和料性参数(w上、P上)的相关性。根据相关性的大小，确定压实质量评价模型中的变量。需要指出的是，各个参数与压实质量的相关性并不是固定的，不同的填料、不同工程中回归模型的变量不尽相同。
(8)建立考虑下垫面影响的压实质量评价模型
根据步骤(7)中确定的模型变量和步骤(6)中的数据，建立考虑下垫面影响的压实质量回归模型。以干密度作为压实质量表征指标为例，得到如下式所示的评价模型，模型中下垫面的不均匀性由下层压实指标C下表示。
ρ＝F(C上,C下,w上,P上,J上,h上,v上,n上)
式中，F(·)是回归函数，通过回归分析法确定。
3.当前碾压层压实质量实时评价
(9)确定上层(待评价)施工仓面，采集碾压参数和料性参数
根据施工过程确定填方工程的下一个仓面的名称、几何边界以及使用的碾压机，注意使用的碾压机须安装有碾压过程实时监控系统和压实质量实时监测装置。仓面确定后，开始施工并参照上文步骤(1)按照固定时间间隔(如1.0s)采集碾压参数及其坐标，参照步骤(2)、(3)按照采样频率(如512Hz)和时间间隔(如1.0s)采集碾轮的加速度信号及其坐标并计算压实指标值C上，将以上数据发送并存储至远程数据库服务器中。
(10)上层仓面料性参数PDA采集
如现场具备试坑试验条件，则参照步骤(5)利用现场试坑试验对料性参数(w上、P上)进行PDA采集并上传储存至远程数据库服务器。若不具备试坑实验的条件，则利用具备GPRS功能的PDA设备上安装定制开发的客户端软件，采集料场料源试验的含水率w上和级配P上，并通过GPRS网络将其发送至远程数据库服务中心。优先选用试坑试验的结果，若当前仓面未进行试坑试验则选用现场料源试验结果；假设全仓面料性均匀，任意位置处填料的含水率w上和级配P上均相同，则当仓面上有多个试坑时，取其平均值。
(11)上层施工仓面网格化及各项参数确定
由步骤(9)中的采样时间间隔确定采样精度，确定该时间间隔内碾压机行进距离(如1m)，并按照此精度将当前施工仓面网格化，即施工仓面由若干个1m×2m的网格组成。然后，根据步骤(9)、(10)中储存至远程数据库服务器的数据，按照每个网格的坐标确定其碾压参数、压实效果指标与料性参数，并储存至远程数据库服务器。需要注意以下两点：
①对于多次经过该网格处采集的数据，如行进速度v、压实厚度h、激振力输出状态J、碾压遍数n和压实指标C，均选取最后一遍经过时采集的值。
②若同一网格中包含多个采样值，则取其平均值作为该网格的值。
(12)确定上层仓面网格处对应的下层仓面数据
假设施工中已完成对下层仓面数据的采集与信号去噪，并且相应的数据已存储在远程数据库服务器中。读取储存在远程数据库服务器中的下层仓面最后一遍碾压采集的压实效果指标C下及其坐标分布，并参照步骤(11)对下层仓面按照相同的精度进行网格化，使其每个网格与上层的网格一一对应，进而计算确定每个网格处最后一遍碾压下的压实指标C下。
(13)上层仓面网格处压实质量计算
利用步骤(11)、(12)确定的网格处上层压实指标值C上、碾压参数(v上、h上、J上、n上)、料性参数(w上、P上)和对应位置的下层压实指标C下，根据步骤(8)中的建立的考虑下垫面影响的压实质量实时评价模型F(·)，计算每个网格处的压实质量。
(14)上层仓面压实质量云图绘制
步骤(13)中获得的网格点处压实质量在仓面上是离散的，为了能够得到仓面任意位置处的压实质量，采用Kriging插值法对压实质量进行插值，绘制整个仓面的压实质量云图，并上传至远程数据库服务器，实现整个仓面任意位置压实质量的可查询。
(15)压实质量分析与反馈
根据预先设定的压实质量控制标准，如某面板堆石坝工程垫层区压实质量控制标准为干密度ρ≥2.17g/cm3，对步骤(14)中获得的压实质量分布云图将进行分析，得到压实质量合格与不合格区域，并在云图中填充不同形状或颜色以区分。此外，还可以计算仓面压实质量合格率R，并将上述结果反馈给现场以指导施工，及时对不合格区域采取相应补救措施。R的计算公式如下：
式中，S1为压实质量合格区域面积，S0为仓面总面积。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种考虑下垫面影响的高填方压实质量实时评价方法，其特征是，首先利用压实过程实时监控装置采集下层和上层的碾压参数，包括行进速度v、压实厚度h、激振力输出状态J、碾压遍数n；利用压实效果实时监测装置分别采集上层和下层的碾轮加速度信号并根据降噪后加速度信号计算压实监测指标C；同时，利用PDA采集上层的现场试坑试验结果，包括反映料性的含水率w、级配P和压实质量参数压实度D或干密度ρ或孔隙率e；然后，建立压实质量与碾压参数、料性参数和下垫面的回归模型，即考虑下垫面影响的填方压实质量评价模型；最后，基于所述模型，利用实时采集的碾压参数、碾轮加速度信号和料性参数，计算施工仓面上对应位置的压实质量，进一步通过空间插值方法得到仓面任意位置的压实质量，并根据压实质量控制标准分析质量不达标区域，及时反馈，控制施工质量。
2.如权利要求1所述的考虑下垫面影响的高填方压实质量实时评价方法，其特征是，具体步骤如下：
1)数据采集与信号去噪
(1)对下层填料进行碾压，利用碾压遍数利用碾压过程实时监控装置，实时采集下层碾压参数及其相应的坐标，并将数据发送并储存值远程数据库服务器，碾压参数包括下层行进速度v下、下层压实厚度h下、下层激振力输出状态J下和下层碾压遍数n下；
(2)利用安装在碾压机上的压实效果实时监测装置，实时采集碾轮的加速度信号，并由压实效果实时监测装置中的卫星定位装置实时定位获取对应的坐标，并将时间、坐标与对应的加速度信号发送至远程数据库服务器中；
(3)为了减小噪声对压实指标计算的影响，选用小波阈值法对每个时间段采样得到的加速度信号进行去噪，选择小波、并对信号进行多尺度小波变换，采用启发式阈值计算方法计算阈值并进行软阈值处理，得到降噪后的加速度信号，对去噪后的信号进行快速傅里叶变换FFT(Fast Fourier Transformation)，计算下层对应碾压位置点的压实指标C下；
(4)对上层填料进行碾压，并类似步骤(1)、(2)、(3)，得到上层碾压参数：上层行进速度v上、上层压实厚度h上、上层激振力输出状态J上、上层碾压遍数n上、上层压实指标C上及其对应的坐标；
(5)利用个人数字终端PDA(Person Digital Assistant)设备采集上层的试坑点位置及室内试验的结果，并将数据存储发送至远程数据库服务器，包括试坑点坐标、含水率w上、级配P上和压实质量参数：压实度D或干密度ρ或孔隙率e；
2)考虑下垫面影响的压实质量实时评价模型建立
(6)从远程数据库中获取上述步骤中采集的数据，根据上层试坑点的坐标确定上层每个试坑位置对应的碾压参数v上、h上、J上、n上，料性参数w上、P上，上层压实指标C上和上层压实质量参数，压实度D或干密度ρ或孔隙率e，以及其对应位置下层最后一遍碾压下的压实指标C下；
(7)利用步骤(6)得到的试坑位置的压实质量、碾压参数、料性参数和压实指标，分析压实质量与各碾压参数、料性参数和压实指标的相关性，确定回归模型的变量；
(8)根据确定的上述变量，建立其与压实质量的回归关系，即为考虑下垫面影响的压实质量评价模型，以干密度作为压实质量的表征指标，表达式如下：
ρ＝F(C上,C下,w上,P上,J上,h上,v上,n上)
式中，F(·)是回归函数，可通过回归分析法确定；
3)当前碾压层压实质量实时评价
(9)确定当前施工仓面(上层)开始碾压，利用上文步骤(1)、(2)、(3)，实时采集碾压参数(v上、h上、J上、n上)及其坐标、碾轮的加速度信号及其坐标并计算压实指标C上；
(10)采集上层料性参数(w上、P上)及其坐标，如现场具备试坑试验条件可参照步骤(5)进行采集，若不具备，则可利用具有GPRS功能的PDA设备采集料场料源试验的含水率w上和级配P上，并通过GPRS网络传送至远程数据库；
(11)将当前施工仓面(上层)以足够精度进行网格化，根据步骤(9)、(10)中实时采集的数据，确定仓面上每个网格处的碾压参数(v上、h上、J上、n上)、料性参数(w上、P上)和压实指标值C上；
(12)参照步骤(11)对下层仓面进行网格化，使其每个网格的坐标与上层仓面一一对应，并通过从远程数据库中获得的数据，确定下层仓面每个网格处最后一遍碾压下的压实指标值C下；
(13)利用步骤(11)中得到的上层网格点处的压实指标C上、碾压参数(v上、h上、J上、n上)、料性参数(w上、P上)和步骤(12)中得到的下层网格点压实指标C下，代入步骤(8)中的回归模型F(·)，确定上层仓面每个网格点的压实质量；
(14)采用空间插值方法，对各网格计算得到的压实质量散点进行插值，绘制压实质量云图，并将结果发送储存于远程数据库服务器；
(15)根据预先设定的压实控制标准，分析上层仓面任意位置处压实质量合格与否，绘制合格或不合格区域，计算仓面压实质量的合格率，此结果可及时反馈给现场，用以指导对压实质量不合格区域采取相应补救措施。
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