專利名稱：一種用于測(cè)試顆粒狀填筑材料密實(shí)程度的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種填筑材料填筑材料測(cè)量領(lǐng)域，特別是一種用于測(cè)試顆粒狀填筑材料密實(shí)程度的裝置 及方法。
背景技術(shù)：
在土石壩、碾壓混凝土壩、場(chǎng)地基礎(chǔ)、公路路基路面和房屋基礎(chǔ)等土建工程中，經(jīng)常涉及到顆粒狀材料的填筑，這些顆粒狀材料包括土、砂石料、新拌碾壓混凝土、新拌無機(jī)結(jié)合料等。對(duì)這些材料填筑密實(shí)程度的測(cè)試可以反饋工程質(zhì)量，指導(dǎo)施工活動(dòng)，意義重大?，F(xiàn)用的測(cè)試方法通常包括環(huán)刀法、灌水法、灌砂法和核子法等，這些方法中前三種靠取出一定量的填筑料測(cè)試其質(zhì)量及所占的體積，進(jìn)而計(jì)算出其密實(shí)程度，費(fèi)時(shí)費(fèi)力；核子法則靠放射源發(fā)出的射線測(cè)試粒料堆積的密實(shí)程度，相比前三種方法雖然較為快捷，但是放射源會(huì)對(duì)人體和環(huán)境造成不利影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于測(cè)試顆粒狀填筑材料密實(shí)程度的裝置及方法，可以快捷、準(zhǔn)確地獲得顆粒狀填筑材料的密實(shí)程度，且不會(huì)對(duì)人體和環(huán)境造成損害。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種用于測(cè)試顆粒狀填筑材料密實(shí)程度的裝置，激振器的工作部位與顆粒狀材料填筑體的測(cè)點(diǎn)表面接觸，振動(dòng)傳感器的工作部位與顆粒狀材料填筑體的測(cè)點(diǎn)表面接觸，所述的振動(dòng)傳感器位于激振器附近，并與振動(dòng)測(cè)試分析儀連接。所述的振動(dòng)傳感器與激振器之間的距離，在各次測(cè)試時(shí)振動(dòng)傳感器與激振器之間的距離均相同。一種測(cè)試顆粒狀填筑材料密實(shí)程度的方法，包括以下步驟
一、在填筑實(shí)驗(yàn)時(shí)，采用激振器、振動(dòng)傳感器和振動(dòng)測(cè)試分析儀測(cè)量不同填筑條件下顆粒狀材料填筑體的自振頻率；
采用現(xiàn)有的測(cè)試方法，包括環(huán)刀法、灌水法、灌砂法和/或核子法，獲得相應(yīng)填筑條件下顆粒狀材料填筑體的密實(shí)程度；
以測(cè)得的數(shù)據(jù)，建立自振頻率與密實(shí)程度的關(guān)系線；
二、當(dāng)顆粒狀材料填筑施工完成后，在顆粒狀材料填筑體上選定測(cè)點(diǎn)，采用激振器、振動(dòng)傳感器和振動(dòng)測(cè)試分析儀，獲得顆粒狀材料填筑體的自振頻率，根據(jù)步驟一所述的關(guān)系線獲得顆粒狀材料填筑體密實(shí)程度結(jié)果。步驟一中，所述的填筑條件包括碾壓遍數(shù)和松鋪厚度。將準(zhǔn)備填筑的顆粒狀材料按規(guī)定的厚度松鋪，劃分不同的區(qū)域后用不同的施工參數(shù)使其達(dá)到不同的密實(shí)程度，密實(shí)程度值的跨度應(yīng)盡量大，從較密實(shí)到最密實(shí)至少取得5種不同密實(shí)程度。
在各種不同密實(shí)程度的區(qū)域內(nèi)，先測(cè)試顆粒狀材料填筑體的自振頻率，每個(gè)區(qū)域至少測(cè)試5個(gè)測(cè)點(diǎn)，對(duì)各測(cè)點(diǎn)測(cè)值取平均值；再用現(xiàn)有的測(cè)試方法測(cè)出相應(yīng)測(cè)點(diǎn)的密實(shí)程度值，即密度或壓實(shí)度，對(duì)各測(cè)點(diǎn)測(cè)值取平均值；得到至少5對(duì)自振頻率與密實(shí)程度的測(cè)值。將測(cè)點(diǎn)處的顆粒狀材料填筑體表面整理平整，把激振器和振動(dòng)傳感器平穩(wěn)放置在測(cè)點(diǎn)處，并相隔一定距離，在各個(gè)步驟中，激振器與振動(dòng)傳感器之間的距離應(yīng)相同；
將振動(dòng)測(cè)試分析儀與振動(dòng)傳感器連接；
以固定的力度操作激振器，使顆粒狀材料填筑體振動(dòng)；
將采集到的振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域波形通過傅立葉變換算法轉(zhuǎn)換為頻率 幅值波形；在頻率 幅值波形中指定的頻率范圍內(nèi)找出最大幅值對(duì)應(yīng)的頻率，得到土體的自振頻率。 將所述振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域波形利用傅立葉變換算法進(jìn)行變換，得到頻率——幅值波形的過程中，使用函數(shù)fft (x，n)完成，
其中X為采集到的時(shí)域波形，即ー個(gè)時(shí)間和振幅的數(shù)組，n為分析點(diǎn)數(shù)，
即以采樣頻率的1/n倍為步長(zhǎng)進(jìn)行頻域轉(zhuǎn)換。本發(fā)明提供的一種用于測(cè)試顆粒狀填筑材料密實(shí)程度的裝置及方法，可以在施工過程中，快速測(cè)試，并準(zhǔn)確獲得顆粒狀填筑材料密實(shí)程度結(jié)果，且與核子法相比，本發(fā)明的方法無放射性污染，不危害人體健康和環(huán)境。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步說明。圖I是本發(fā)明中裝置的示意圖。圖中激振器I，振動(dòng)測(cè)試分析儀2，振動(dòng)傳感器3，顆粒狀材料填筑體4。
具體實(shí)施例方式如圖I中，一種用于測(cè)試顆粒狀填筑材料密實(shí)程度的裝置，激振器I的工作部位與顆粒狀材料填筑體4的測(cè)點(diǎn)表面接觸，振動(dòng)傳感器3的工作部位與顆粒狀材料填筑體4的測(cè)點(diǎn)表面接觸，所述的振動(dòng)傳感器3位于激振器I附近，并與振動(dòng)測(cè)試分析儀2連接。所述的振動(dòng)傳感器3與激振器I之間的距離，在各次測(cè)試時(shí)振動(dòng)傳感器3與激振器I之間的距離均相同。ー種測(cè)試顆粒狀填筑材料密實(shí)程度的方法，包括以下步驟
一、在填筑實(shí)驗(yàn)吋，采用激振器I、振動(dòng)傳感器3和振動(dòng)測(cè)試分析儀2測(cè)量不同填筑條件下顆粒狀材料填筑體4的自振頻率；
所述的填筑條件包括碾壓遍數(shù)和松鋪厚度。將準(zhǔn)備填筑的顆粒狀材料按規(guī)定的厚度松鋪，劃分不同的區(qū)域后用不同的施工參數(shù)使其達(dá)到不同的密實(shí)程度，密實(shí)程度值的跨度應(yīng)盡量大，從較密實(shí)到最密實(shí)至少取得5種不同密實(shí)程度。在各種不同密實(shí)程度的區(qū)域內(nèi)，先測(cè)試顆粒狀材料填筑體4的自振頻率，每個(gè)區(qū)域至少測(cè)試5個(gè)測(cè)點(diǎn)，對(duì)各測(cè)點(diǎn)測(cè)值取平均值；再用現(xiàn)有的測(cè)試方法測(cè)出相應(yīng)測(cè)點(diǎn)的密實(shí)程度值，即密度或壓實(shí)度，對(duì)各測(cè)點(diǎn)測(cè)值取平均值；得到至少5對(duì)自振頻率與密實(shí)程度的測(cè)值。在同一測(cè)點(diǎn)測(cè)試多個(gè)自振頻率值，再將其取中值或者取平均值作為測(cè)試結(jié)果，可以提高其準(zhǔn)確性。將測(cè)點(diǎn)處的顆粒狀材料填筑體4表面整理平整，把激振器I和振動(dòng)傳感器3平穩(wěn)放置在測(cè)點(diǎn)處，并相隔一定距離，在各個(gè)步驟中，激振器I與振動(dòng)傳感器3之間的距離應(yīng)相同；
將振動(dòng)測(cè)試分析儀2與振動(dòng)傳感器3連接；
以固定的力度操作激振器1，使顆粒狀材料填筑體4振動(dòng)；
將采集到的振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域波形通過傅立葉變換算法轉(zhuǎn)換為頻率 幅值波形；在頻率 幅值波形中指定的頻率范圍內(nèi)找出最大幅值對(duì)應(yīng)的頻率，得到土體的自振頻率。將所述振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域波形利用傅立葉變換算法進(jìn)行變換，得到頻率——幅值波形的過程中，使用函數(shù)fftx, n完成，
其中X為采集到的時(shí)域波形，即ー個(gè)時(shí)間和振幅的數(shù)組，n為分析點(diǎn)數(shù)，
即以采樣頻率的1/n倍為步長(zhǎng)進(jìn)行頻域轉(zhuǎn)換。該函數(shù)在計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的C語(yǔ)言、MATLAB語(yǔ)目等都存在。采用現(xiàn)有的測(cè)試方法，包括環(huán)刀法、灌水法、灌砂法和/或核子法，獲得相應(yīng)填筑條件下顆粒狀材料填筑體4的密實(shí)程度；
以測(cè)得的數(shù)據(jù)，建立自振頻率與密實(shí)程度的關(guān)系線；顆粒狀填筑材料，如果其質(zhì)地、組成比例和松鋪厚度等因素保持不變，建立起來的關(guān)系線則可以持續(xù)使用，即一次填筑實(shí)驗(yàn)獲取的關(guān)系線可以在相同條件下多次使用。如果有大的變化，則重新建立關(guān)系線即可。ニ、當(dāng)顆粒狀材料填筑施工完成后，在顆粒狀材料填筑體4上選定測(cè)點(diǎn)，采用激振器I、振動(dòng)傳感器3和振動(dòng)測(cè)試分析儀2，獲得顆粒狀材料填筑體4的自振頻率，根據(jù)步驟一所述的關(guān)系線即可獲得顆粒狀材料填筑體4密實(shí)程度結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種用于測(cè)試顆粒狀填筑材料密實(shí)程度的裝置，其特征是激振器(I)的工作部位與顆粒狀材料填筑體(4)的測(cè)點(diǎn)表面接觸，振動(dòng)傳感器(3)的工作部位與顆粒狀材料填筑體(4)的測(cè)點(diǎn)表面接觸，所述的振動(dòng)傳感器(3)位于激振器(I)附近，并與振動(dòng)測(cè)試分析儀(2)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于測(cè)試顆粒狀填筑材料密實(shí)程度的裝置，其特征是所述的振動(dòng)傳感器(3)與激振器(I)之間的距離，在各次測(cè)試時(shí)振動(dòng)傳感器(3)與激振器(I)之間的距離均相同。
3.—種測(cè)試顆粒狀填筑材料密實(shí)程度的方法，其特征是包括以下步驟 一、在填筑實(shí)驗(yàn)時(shí)，采用激振器(I)、振動(dòng)傳感器(3)和振動(dòng)測(cè)試分析儀(2)測(cè)量不同填筑條件下顆粒狀材料填筑體(4)的自振頻率； 采用現(xiàn)有的測(cè)試方法，包括環(huán)刀法、灌水法、灌砂法和/或核子法，獲得相應(yīng)填筑條件 下顆粒狀材料填筑體(4)的密實(shí)程度； 以測(cè)得的數(shù)據(jù)，建立自振頻率與密實(shí)程度的關(guān)系線； 二、當(dāng)顆粒狀材料填筑施工完成后，在顆粒狀材料填筑體(4)上選定測(cè)點(diǎn)，采用激振器(I)、振動(dòng)傳感器(3)和振動(dòng)測(cè)試分析儀(2)，獲得顆粒狀材料填筑體(4)的自振頻率，根據(jù)步驟一所述的關(guān)系線獲得顆粒狀材料填筑體(4)密實(shí)程度結(jié)果。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種測(cè)試顆粒狀填筑材料密實(shí)程度的方法，其特征是步驟一中，所述的填筑條件包括碾壓遍數(shù)和松鋪厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種測(cè)試顆粒狀填筑材料密實(shí)程度的方法，其特征是將準(zhǔn)備填筑的顆粒狀材料按規(guī)定的厚度松鋪，劃分不同的區(qū)域后用不同的施工參數(shù)使其達(dá)到不同的密實(shí)程度，密實(shí)程度值的跨度應(yīng)盡量大，從較密實(shí)到最密實(shí)至少取得5種不同密實(shí)程度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種測(cè)試顆粒狀填筑材料密實(shí)程度的方法，其特征是在各種不同密實(shí)程度的區(qū)域內(nèi)，先測(cè)試顆粒狀材料填筑體(4)的自振頻率，每個(gè)區(qū)域至少測(cè)試5個(gè)測(cè)點(diǎn)，對(duì)各測(cè)點(diǎn)測(cè)值取平均值；再用現(xiàn)有的測(cè)試方法測(cè)出相應(yīng)測(cè)點(diǎn)的密實(shí)程度值，即密度或壓實(shí)度，對(duì)各測(cè)點(diǎn)測(cè)值取平均值；得到至少5對(duì)自振頻率與密實(shí)程度的測(cè)值。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或6所述的一種測(cè)試顆粒狀填筑材料密實(shí)程度的方法，其特征是將測(cè)點(diǎn)處的顆粒狀材料填筑體(4)表面整理平整，把激振器(I)和振動(dòng)傳感器(3)平穩(wěn)放置在測(cè)點(diǎn)處，并相隔一定距離，在各個(gè)步驟中，激振器(I)與振動(dòng)傳感器(3)之間的距離應(yīng)相同； 將振動(dòng)測(cè)試分析儀(2)與振動(dòng)傳感器(3)連接； 以固定的力度操作激振器(I)，使顆粒狀材料填筑體(4 )振動(dòng)； 將采集到的振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域波形通過傅立葉變換算法轉(zhuǎn)換為頻率 幅值波形；在頻率 幅值波形中指定的頻率范圍內(nèi)找出最大幅值對(duì)應(yīng)的頻率，得到土體的自振頻率。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種測(cè)試顆粒狀填筑材料密實(shí)程度的方法，其特征是將所述振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域波形利用傅立葉變換算法進(jìn)行變換，得到頻率——幅值波形的過程中，使用函數(shù)fft (x，n)完成， 其中X為采集到的時(shí)域波形，即一個(gè)時(shí)間和振幅的數(shù)組，η為分析點(diǎn)數(shù)， 即以采樣頻率的I/η倍為步長(zhǎng)進(jìn)行頻域轉(zhuǎn)換。
全文摘要
一種用于測(cè)試顆粒狀填筑材料密實(shí)程度的裝置及方法，一、在填筑實(shí)驗(yàn)時(shí)，采用激振器、振動(dòng)傳感器和振動(dòng)測(cè)試分析儀測(cè)量不同填筑條件下顆粒狀材料填筑體的自振頻率；采用現(xiàn)有的測(cè)試方法，包括環(huán)刀法、灌水法、灌砂法和/或核子法，獲得相應(yīng)填筑條件下顆粒狀材料填筑體的密實(shí)程度；以測(cè)得的數(shù)據(jù)，建立自振頻率與密實(shí)程度的關(guān)系線；二、當(dāng)顆粒狀材料填筑施工完成后，在顆粒狀材料填筑體上選定測(cè)點(diǎn)，采用激振器、振動(dòng)傳感器和振動(dòng)測(cè)試分析儀，獲得顆粒狀材料填筑體的自振頻率，根據(jù)步驟一所述的關(guān)系線獲得顆粒狀材料填筑體密實(shí)程度結(jié)果。本發(fā)明可以在施工過程中，快速測(cè)試，并準(zhǔn)確獲得顆粒狀填筑材料密實(shí)程度結(jié)果，且與核子法相比，本發(fā)明的方法無放射性污染，不危害人體健康和環(huán)境。
文檔編號(hào)G01N29/036GK102854242SQ20121033382
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月11日
發(fā)明者陳志遠(yuǎn), 王振振, 許娜, 譚愷炎 申請(qǐng)人:葛洲壩集團(tuán)試驗(yàn)檢測(cè)有限公司