基于智能碾压理论的土石坝压实质量实时监测指标研究

摘要

近年来，大坝碾压质量实时监控技术的发展与应用，为确保大坝施工质量提供了先进的技术途径，但这些监控手段仅仅实现了对碾压参数的动态监控，不能直接监控土石坝料压实质量，因而不能实现对碾压土石坝压实质量的实时评判。现有的压实质量实时监测指标也存在一定的局限性，如：压实监测值CV的大小易受碾压机振动频率变化的影响；现有的地基反力指标忽略了滞后相位角的影响。本文基于先进的智能碾压理论，研究适合土石坝压实质量控制的压实监测指标及其改进，有助于提高土石坝压实质量监控与评估的精度。本文主要研究内容和成果如下： （1）介绍了土石坝智能碾压基本理论，以及碾轮-坝料相互作用系统，设计了土石坝智能碾压系统构成，开发了压实质量车载实时监测装置，并给出土石坝压实质量实时监控与快速评估方法，为土石坝压实质量控制提供了新的技术。 （2）研究了土石坝碾轮振动性态，包括振动加速度时域和频域分析，根据加速度频谱图的变化，给出了三个不同压实阶段的区分；提出了碾轮-坝料相互作用系统中滞后相位角的概念，给出了应力法和霍尔传感器测滞后相位角的方法，建立了滞后相位角与碾压遍数之间的关系模型，并通过理论推导证明了滞后相位角的变化趋势。该研究为提出和改进压实质量监测指标提供了理论基础。 （3）研究了基于加速度实时和滞后相位角的压实监测指标。通过试验数据分析地基反力指标Fs的局限性，提出了考虑滞后相位角的改进地基反力指标Fs'，以及坝料刚度指标 Kb，建立了 Kb与压实度之间的关系模型，进而基于克里金空间插值，实现了全施工仓面压实质量评估。 （4）研究了基于加速度频域的坝料压实质量实时监测指标。分析了振动频率对压实监测值CV的影响，提出了耦合振动频率的坝料压实监测指标，减小了CV评估压实质量的误差；并提出了坝料过碾指标BV，通过设定BV阈值，可以有效防止坝料过碾现象的发生。

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