[發明專利]基于滯后相位角的壩料壓實質量實時檢測裝置及方法

在審

• 申請號: 201811344780.6
• 申請日: 2018-11-13
• 公開（公告）號: CN109610413A
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發明（設計）人: 劉東海;高雷;梁健羽
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: E02B7/06
• 分類號: E02B7/06;E02D3/046
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

本發明屬于大壩施工質量控制領域，為提出適用土石壩或碾壓混凝土壩壓實質量的實時檢測裝置及兩種檢測方法，提高壓實指標表征壩料壓實質量的準確度，本發明，基于滯后相位角的壩料壓實質量實時檢測裝置，包括碾振加速度傳感器、霍爾傳感器、GNSS定位模塊、車載集成控制器模塊、無線通訊模塊和碾壓機電源模塊共6個部分，其中：碾振加速度傳感器安裝在碾壓機振動輪上且不隨振動輪轉動的部位，在對壩料進行振動碾壓時，實時采集碾輪豎直方向的振動加速度時域模擬信號，轉換成時域數字信號，然后通過接口將一個采樣周期內的加速度時域數字信號和對應的采樣時間，傳輸到車載集成控制器模塊中。本發明主要應用于大壩施工質量控制場合。

技術領域

本發明屬于大壩施工質量控制領域，尤其是涉及土石壩料或碾壓混凝土壩料在振動碾壓 過程中壓實質量的實時檢測裝置及方法。具體講,涉及基于滯后相位角的壩料壓實質量實時檢 測裝置及方法。

背景技術

國內一些碾壓土石壩出現嚴重滲透破壞、壩體開裂等安全事故以及碾壓混凝土壩出現層 間結合不良問題的一個重要原因就是壩料的壓實效果不佳。近年來，大壩壓實質量實時監控 技術的發展與應用推廣^[1-3]，為大壩施工質量提供了先進的技術途徑。

目前國內外壩料壓實質量實時檢測中有一類指標是把碾壓機—壩料相互作用系統簡化為 阻尼彈簧系統，基于加速度時域分析，即基于加速度幅值變化提出的時域壓實指標。如：壩 料壓實剛度指標K_s^[4,5](Roller Integrated Stiffness)，壩料彈性模量指標E_vib^[6](Vibratory Modulus Value)及地基反力指標F_s^[7](Soil-drum-interaction Force)。時域壓實檢測指標可以很好地表 征土石料壓實特性的變化，但是實際上這些指標不僅受加速度變化的影響，而且在檢測指標 計算時還需要考慮碾輪激振力與位移之間的滯后相位角的影響。

滯后相位角是指在壩料碾壓過程中，碾輪位移落后于激振力的相位差。當前很多研究認 為在壩料壓實過程中滯后相位角為90°^[8,9]，但實際上，該結論只有在碾輪—壩料共振系統， 即碾壓機的振動頻率等于壩料的固有頻率時才適用^[10]。在實際工程中，由于碾壓機的使用磨 損，其振動頻率會發生改變，往往會小于銘牌標稱值，總的來說，滯后相位角會受壩料壓實 程度和碾輪振動頻率的影響，所以滯后相位角并不是一個定值^[10,11]，在現場試驗中發現：當 碾壓機振動頻率一定時，滯后相位角隨碾壓遍數n的變化呈現“S型”曲線的變化趨勢，且 隨著壩料壓實，滯后相位角逐漸變小。當壩料逐漸被壓實時，滯后相位角變化趨于平緩，滯 后相位角的變化可以很好地反映壩料壓實質量，故滯后相位角可以作為壓實質量的檢測指標； 同時，地基反力作為壩料壓實質量的檢測指標時需要考慮滯后相位角的影響。本專利提出的 基于滯后相位角的壩料壓實質量實時檢測裝置和基于以上兩種指標的壓實質量檢測方法，可 以提高檢測壩料壓實質量的精度。

參考文獻：

[1]DL/T 5129—2013.碾壓式土石壩施工規范[S].北京:北京電力出版社,2014.

[2]馬洪琪,鐘登華,張宗亮.重大水利水電工程施工實時控制關鍵技術及其工程應用[J]. 中國工程科學,2011,13(12):20-27.

[3]Zhong Denghua,Liu Donghai,Cui Bo.Real-time compaction qualitymonitoring of high core rockfill dam[J].Science China Technological Science,2011,54(7):1906-1913.