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1、(10)申请公布号 CN 102279130 A (43)申请公布日 2011.12.14 CN 102279130 A *CN102279130A* (21)申请号 201110192998.6 (22)申请日 2011.07.11 G01N 3/12(2006.01) (71)申请人 湖南大学 地址 410082 湖南省长沙市岳麓区麓山南路 麓山门 (72)发明人 赵明华 罗宏 曹文贵 卿笃干 张玲 刘晓明 赵衡 (54) 发明名称 一种车载式压实度测定仪及其检测方法 (57) 摘要 本发明公开了一种车载式压实度快速测定仪 及其检测方法， 该测定仪在工作状态下， 在拖车上 装有重物， 控制。
2、箱根据输入的指令信号通过油源 控制收放油缸活塞伸出， 将加载油缸处于垂直状 态 ； 数据处理控制器通过测控仪向控制箱输入参 数指令， 控制箱根据该参数指令控制油源伺服阀 使加载油缸活塞端头伸出或收回， 压力传感器和 位移传感器将采集的数据通过测控仪传输给数据 处理控制器 ； 在停止工作状态下， 拖车空载， 控制 箱根据输入的命令信号通过油源控制收放油缸活 塞收回， 将加载油缸拉到水平位置。本发明能快 速、 稳定、 准确地检测出土石混填路基的压实度， 适应任何压实工艺和压实机械压实过的路基。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 。
3、说明书 5 页 附图 1 页 CN 102279135 A1/2 页 2 1. 一种车载式压实度测定仪， 其特征在于， 包括 ： 拖车、 油源、 加载油缸、 收放油缸、 控 制箱、 测控仪、 数据处理控制器 ； 其中油源、 加载油缸、 收放油缸组成电动液压加卸载系统 ； 油源安装在拖车的车厢内， 加载油缸和收放油缸的第一端分别通过前后旋转的支座安 装在车厢下面的主梁上， 收放油缸的第二端通过旋转支座连接在加载油缸的第二端 ； 加载 油缸第二端的活塞端头连接压力传感器， 压力传感器通过连接杆连接平底探头， 压力传感 器、 连接杆和平底探头的中轴线重合， 加载油缸活塞端头还通过支架连接位移传感器，。
4、 位移 传感器工作方向与压力传感器中轴线平行 ； 油源分别通过油管与加载油缸和收放油缸连接， 为加载油缸和收放油缸提供液压动 力 ； 并在油源上设有伺服阀， 压力传感器和位移传感器的数据输出端通过测控仪与数据处 理控制器连接 ； 控制箱的控制端与油源连接， 控制箱的信号输入端通过测控仪与数据处理 控制器连接 ； 在工作状态下， 在拖车上装有重物， 控制箱根据输入的指令信号通过油源控制收放油 缸活塞伸出， 将加载油缸处于垂直状态 ； 数据处理控制器通过测控仪向控制箱输入参数指 令， 控制箱根据该参数指令控制油源伺服阀使加载油缸活塞端头伸出或收回， 压力传感器 和位移传感器将采集的数据通过测控仪传。
5、输给数据处理控制器 ； 在停止工作状态下， 拖车 空载， 控制箱根据输入的命令信号通过油源控制收放油缸活塞收回， 将加载油缸拉到水平 位置。 2. 根据权利要求 1 所述的车载式压实度测定仪， 其特征在于 ： 在控制箱上设有急停开 关。 3. 根据权利要求 1 所述的车载式压实度测定仪， 其特征在于 ： 所述压力传感器为轮辐 式力传感器。 4. 根据权利要求 1 所述的车载式压实度测定仪， 其特征在于 ： 所述位移传感器工作点 与探头中心点的投影距离大于等于 20cm。 5. 根据权利要求 1 所述的车载式压实度测定仪， 其特征在于 ： 所述测控仪为 MaxTC260 测控仪， 采用 DSP 。
6、技术开发及三闭环测控制， 能对力及位移进行带反馈的闭环控制。 6. 一种如权利要求 1 至 5 任一权利要求所述的车载式压实度测定仪的检测方法， 其特 征在于， 包括步骤 ： 随机选取土石混填路基试验点， 利用单点灌水法或灌砂法得到试验点的现场压实度 K0； 预先计算土石混填路基的平均密度 m， 并计算预定位置处的初始空隙率 n0； 数据处理控制器通过测控仪向控制箱输入参数指令， 控制箱根据该参数指令控制油源 伺服阀使加载油缸活塞端头伸出或收回， 将半径为 r 的横截面为圆形的平底探头在竖直方 向以预定速度压入土石混填路基中预定深度， 在试验点附近的预定位置处进行快速静载试 验 ； 测控仪通过。
7、压力传感器和位移传感器采集贯入力P与贯入深度w的数值并传输给数据 处理控制器， 数据处理控制器得到贯入力 P 与贯入深度 w 之间的曲线， 并根据贯入力 P 与贯 入深度 w 之间的曲线， 利用进行线性拟合得到初始中间量 a0、 b0 值 ； 权 利 要 求 书 CN 102279130 A CN 102279135 A2/2 页 3 数据处理控制器根据计算土石混填路基的土石颗粒的无空 隙变形模量 E0； 数据处理控制器通过测控仪再向控制箱输入参数指令， 控制箱根据该参数指令控制油 源伺服阀使加载油缸活塞端头伸出或收回， 在其他位置处进行快速静载试验 ； 测控仪通过压力传感器和位移传感器采集其。
8、他位置处的贯入力 Pn与贯入深度 wn的数 值并传输给数据处理控制器， 数据处理控制器得到其他位置处的贯入力Pn与贯入深度wn之 间的曲线， 并利用进行线性拟合得到各自的中间量 an、 bn值 ； 数据处理控制器根据计算其他位置处的压实度 Kn， 其中 dmax为代表预定位置处的土石混填料的振动击实试验最大干密度。 7. 根据权利要求 6 所述的检测方法， 其特征在于 ： 利用单点灌水法或灌砂法得到试验 点的现场压实度 K0， 具体为 ： 在该试验点利用灌水法或灌砂法测出该试验点的密度及含水 率， 根据密度及含水率计算得到干密度， 与室内击实试验所得到的最大干密度进行对比得 到现场的压实度 K。
9、0。 8. 根据权利要求 7 所述的检测方法， 其特征在于 ： 计算土石混填路基的平均密度 m， 具体为 ： 根据计算土石混填路基的平均密度 m； 其中， r为岩石颗粒的密度， s为土颗粒的密度， 为土石混填料中岩石颗粒的含 量。 9. 根据权利要求 8 所述的检测方法， 其特征在于 ： 计算预定位置处的初始空隙率 n0， 具 体为 ： 根据计算预定位置处的初始空隙率 n0。 10. 根据权利要求 6 所述的检测方法， 其特征在于 ： 所述预定位置处和试验点的压实特 征一致， 且该预定位置处和试验点间保持预定距离。 权 利 要 求 书 CN 102279130 A CN 102279135 A。
10、1/5 页 4 一种车载式压实度测定仪及其检测方法 技术领域 0001 本发明涉及公路压实度测试领域， 尤其涉及一种车载式压实度测定仪及其检测方 法。 背景技术 0002 随着公路建设向山区延伸， 土石混填路基因能就地取材、 工后沉降小、 经济性好等 优点已成为较普遍的公路路基型式。为了确保土石混填路基填筑质量， 压实度的控制是关 键之一。目前， 公路路基压实度常用检测方法大体可分为灌水 ( 砂 ) 法、 波法和静力贯入法 三类， 尽管这些方法在一般路基压实度检测中得到了较广泛应用， 但将它们应用于土石混 填路基会存在许多局限性和不足。首先， 用灌水 ( 砂 ) 法检测路基压实度虽最为准确， 。
11、但 必须开挖试坑， 路基有一定程度的破坏， 而对于土石混填路基而言， 开挖困难， 大面积应用 该方法检测路基压实度， 效率较低， 无法满足工程机械化快速施工的要求 ； 波法包括瑞雷波 法， 瞬态冲击波法， 核子密度仪法等， 由于人们对波在路基中传播规律与机制认识不足， 尽 管这类方法检测效率高， 但其精度不够， 难以满足工程要求 ； 第三， 静力贯入法是利用统计 原理将压实度与贯入荷载、 粗颗粒含量、 最大粒径及含水率之间建立统计关系式， 事先需要 在室内进行大量的大型击实试验， 对于不同的土石混填路基， 通过建立经验关系来间接确 定路基压实度， 此法较为复杂， 即便建立起这种关系往往也不具备。
12、普遍适应性， 因此， 利用 该方法检测土石混填路基压实度的精度也难以满足工程要求。 发明内容 0003 本发明提供了一种车载式压实度测定仪及其检测方法， 该测定仪能快速、 稳定、 准 确地检测出土石混填路基的压实度， 适应任何压实工艺和压实机械压实过的路基。 0004 本发明的技术方案是 ： 0005 一种车载式压实度测定仪， 包括 ： 拖车、 油源、 加载油缸、 收放油缸、 控制箱、 测控 仪、 数据处理控制器 ； 其中油源、 加载油缸、 收放油缸组成电动液压加卸载系统 ； 0006 油源安装在拖车的车厢内， 加载油缸和收放油缸的第一端分别通过前后旋转的支 座安装在车厢下面的主梁上， 收放油。
13、缸的第二端通过旋转支座连接在加载油缸的第二端 ； 加载油缸第二端的活塞端头连接压力传感器， 压力传感器通过连接杆连接平底探头， 压力 传感器、 连接杆和探头的中轴线重合， 加载油缸活塞端头还通过支架连接位移传感器， 位移 传感器工作方向与压力传感器中轴线平行 ； 0007 油源分别通过油管与加载油缸和收放油缸连接， 为加载油缸和收放油缸提供液压 动力 ； 并在油源上设有伺服阀， 压力传感器和位移传感器的数据输出端通过测控仪与数据 处理控制器连接 ； 控制箱的控制端与油源连接， 控制箱的信号输入端通过测控仪与数据处 理控制器连接 ； 0008 在工作状态下， 在拖车上装有重物， 控制箱根据输入的。
14、指令信号通过油源控制收 放油缸活塞伸出， 将加载油缸处于垂直状态 ； 数据处理控制器通过测控仪向控制箱输入参 说 明 书 CN 102279130 A CN 102279135 A2/5 页 5 数指令， 控制箱根据该参数指令控制油源伺服阀使加载油缸活塞端头伸出或收回， 压力传 感器和位移传感器将采集的数据通过测控仪传输给数据处理控制器 ； 在停止工作状态下， 拖车空载， 控制箱根据输入的命令信号通过油源控制收放油缸活塞收回， 将加载油缸拉到 水平位置。 0009 一种如上所述的测定仪的检测方法， 包括步骤 ： 0010 随机选取土石混填路基试验点， 利用单点灌水法或灌砂法得到试验点的现场压实。
15、 度 K0； 预先计算土石混填路基的平均密度 m， 并计算预定位置处的初始空隙率 n0； 0011 数据处理控制器通过测控仪向控制箱输入参数指令， 控制箱根据该参数指令控制 油源伺服阀使加载油缸活塞端头伸出或收回， 将半径为 r 的横截面为圆形的平底探头在竖 直方向以预定速度压入土石混填路基中预定深度， 在试验点附近的预定位置处进行快速静 载试验 ； 0012 测控仪通过压力传感器和位移传感器采集贯入力P与贯入深度w的数值并传输给 数据处理控制器， 数据处理控制器得到贯入力 P 与贯入深度 w 之间的曲线， 并根据贯入力 P 与贯入深度 w 之间的曲线， 利用进行线性拟合得到初始中间量 a0、。
16、 b0 值 ； 0013 数据处理控制器根据计算土石混填路基的土石颗粒的 无空隙变形模量 E0； 0014 数据处理控制器通过测控仪再向控制箱输入参数指令， 控制箱根据该参数指令控 制油源伺服阀使加载油缸活塞端头伸出或收回， 在其他位置处进行快速静载试验 ； 0015 测控仪通过压力传感器和位移传感器采集其他位置处的贯入力 Pn与贯入深度 wn 的数值并传输给数据处理控制器， 数据处理控制器得到其他位置处的贯入力 Pn与贯入深度 wn之间的曲线， 并利用进行线性拟合得到各自的中间量 an、 bn值 ； 0016 数据处理控制器根据计算其他位置处的压实 度 Kn， 其中 dmax为代表预定位置处。
17、的土石混填料的振动击实试验最大干密度。 0017 本发明的测定仪及其检测方法是根据土石混填料的特点， 建立快速静载试验中 力、 位移及压实度之间的关系模型， 通过压实度对力 - 位移曲线的影响程度， 反演土石 混填料的部分参数及压实度， 即通过在预定位置处进行快速静载试验， 得到贯入力 P 与 贯入深度 w 之间的曲线， 线性拟合得到初始中间量 a0、 b0 值， 先求出代表土石混填路基 的无空隙变形模量 E0， 再进行快速静载试验得到其他位置处的中间量 an、 bn值， 并根据 计算出其他位置处的压实度 Kn， 从而得到一般位置处的 压实度， 能快速、 稳定、 准确地检测出土石混填路基的压实。
18、度， 适应任何压实工艺和压实机 械压实过的路基。 附图说明 说 明 书 CN 102279130 A CN 102279135 A3/5 页 6 0018 图 1 是本发明车载式压实度测定仪在一实施例中的结构原理图 ； 0019 图 2 是收放油缸活塞伸出使加载油缸处于竖直位置时的结构图 ； 0020 图 3 是收放油缸活塞收回使加载油缸处于水平位置时的结构图。 具体实施方式 0021 下面结合附图对本发明的具体实施例做一详细的阐述。 0022 本发明的车载式压实度测定仪， 如图1， 包括 ： 拖车1、 油源4、 加载油缸2、 收放油缸 3、 控制箱 5、 测控仪 6、 数据处理控制器 7 ；。
19、 其中油源 4、 加载油缸 2、 收放油缸 3 组成电动液 压加卸载系统 ； 0023 油源 4 安装在拖车 1 的车厢内， 加载油缸 2 和收放油缸 3 的第一端分别通过前后 旋转的支座安装在车厢下面的主梁上， 收放油缸 3 的第二端通过旋转支座连接在加载油缸 2 的第二端 ； 加载油缸 2 第二端的活塞端头连接压力传感器 8， 压力传感器 8 通过连接杆 9 连接平底探头 10， 压力传感器 8、 连接杆 9和平底探头 10 的中轴线重合， 加载油缸 2 活塞端 头还通过支架连接位移传感器 11， 位移传感器 11 工作方向与压力传感器 8 中轴线平行 ； 0024 油源 4 分别通过油管。
20、与加载油缸 2 和收放油缸 3 连接， 为加载油缸 2 和收放油缸 3 提供液压动力 ； 并在油源 4 上设有伺服阀， 压力传感器 8 和位移传感器 11 的数据输出端 通过测控仪 6 与数据处理控制器 7 连接 ； 控制箱 5 的控制端与油源 4 连接， 控制箱 5 的信号 输入端通过测控仪 6 与数据处理控制器 7 连接 ； 0025 在工作状态下， 在拖车 1 上装有重物， 控制箱 5 根据输入的指令信号通过油源 4 控 制收放油缸 3 活塞伸出， 将加载油缸 2 处于垂直状态 ； 数据处理控制器 7 通过测控仪 6 向控 制箱 5 输入参数指令， 控制箱 5 根据该参数指令控制油源伺服。
21、阀使加载油缸 2 活塞端头伸 出或收回， 压力传感器 8 和位移传感器 11 将采集的数据通过测控仪 6 传输给数据处理控制 器 7 ； 在停止工作状态下， 拖车 1 空载， 控制箱 5 根据输入的命令信号通过油源 4 控制收放 油缸 3 活塞收回， 将加载油缸 2 拉到水平位置。 0026 在一较优实施例中， 如图 2、 3， 收放油缸 3 安装的位置要求是 ： 在收放油缸 3 活塞 伸出约 80， 拖车 1 处于水平场地的时候， 能保证将加载油缸 2 保持在竖直方向位置， 当收 放油缸3活塞伸出10时， 可将加载油缸2收回到较为水平的位置， 以保证加载油缸2的最 底部有足够的空间利于拖车 。
22、1 行走。 0027 其中， 在控制箱 5 上设有急停开关， 以防意外发生。 0028 在一较优实施例中， 所述压力传感器 8 为轮辐式力传感器 ； 其量程为 100kN， 综合 误差 0.05 F.S。另外， 所述位移传感器 11 工作点与平底探头 10 中心点的投影距离 大于等于 20cm， 以免平底探头 10 压入时影响位移传感器 11 的测量。 0029 在一较优实施例中， 所述测控仪 6 为 MaxTC260 测控仪， 采用 DSP 技术开发及三闭 环测控制， 能对力及位移进行带反馈的闭环控制。 从而实现在加载时恒力或恒速的要求， 测 控仪6可以带网络接口， 通过网线直接与数据处理控。
23、制器7相连通讯， 接口类型为RJ45。 所 述数据处理控制器 7 可以是电脑， 在该电脑上安装有配套的测控软件实现对测控仪 6 的控 制， 从而控制加载油缸 2， 并能通过力和位移的反馈实现对加载和卸载的闭环控制， 通过采 集的数据进行相应处理得到压实度。 0030 下面详细说下该车载式压实度测定仪在具体应用中的工作原理 ： 说 明 书 CN 102279130 A CN 102279135 A4/5 页 7 0031 如图 3 所示， 当不需要工作， 处于停止工作状态时， 拖车 1 为空载， 收放油缸 3 的活 塞处于收回状态， 使得加载油缸 2 处于较为水平位置， 拖车 1 底部有足够的空。
24、间利于行走。 当需要对某试验点进行检测时， 在工地利用装料设备在拖车1中装入不小于10吨的建筑材 料， 如砂石等， 拖车1由牵引车牵引至试验点， 调整位置， 使得加载油缸2底座的投影中心与 试验点重合， 启动发电机 12 对油源 4、 控制箱 5、 测控仪 6 和数据控制器 7 供电， 启动控制箱 5上的控制按钮使收放油缸3的活塞伸出， 使加载油缸2逐渐处于竖直状态， 如图2所示， 当 加载油缸 2 刚好竖直时停止收放油缸 3 的工作。通过数据处理控制器 7 给测控仪 6 发出命 令， 控制加载油缸 2 逐渐缓慢伸出， 使平底探头 10 快要接触路基表面， 而位移传感器 11 刚 好接触到路基。
25、表面为止， 并通过数据处理控制器7设定好加载油缸2伸出的速度、 最大加载 力的限值、 最大加载位移的限值后， 进行试验， 当平底探头 10 进入路基中， 达到最大加载力 的限值或最大加载位移后自动终止试验并收回加载油缸 2 的活塞， 然后启动控制箱 5 上的 控制按钮使收放油缸 3 的活塞收回， 使加载油缸 2 逐渐处于较为水平状态， 如图 3 所示， 试 验过程中的力与位移的关系曲线在数据处理控制器 7 上自动绘制， 数据自动保存， 然后用 数据处理控制器 7 进行相应处理得到压实度。一个点测试完毕后， 然后由牵引车牵引至下 一个测试点， 重复以上步骤进行测试即可。全部测试完毕后， 关闭发电。
26、机 12， 清空拖车 1 上 的负载。 0032 如上所述的车载式压实度快速测定仪的检测方法， 包括步骤 ： 0033 随机选取土石混填路基试验点， 利用单点灌水法或灌砂法得到试验点的现场压实 度 K0； 预先计算土石混填路基的平均密度 m， 并计算预定位置处的初始空隙率 n0； 0034 数据处理控制器通过测控仪向控制箱输入参数指令， 控制箱根据该参数指令控制 油源伺服阀使加载油缸活塞端头伸出或收回， 将半径为 r 的横截面为圆形的平底探头在竖 直方向以预定速度压入土石混填路基中预定深度， 在试验点附近的预定位置处进行快速静 载试验 ； 0035 测控仪通过压力传感器和位移传感器采集贯入力P。
27、与贯入深度w的数值并传输给 数据处理控制器， 数据处理控制器得到贯入力 P 与贯入深度 w 之间的曲线， 并根据贯入力 P 与贯入深度 w 之间的曲线， 利用进行线性拟合得到初始中间量 a0、 b0 值 ； 0036 数据处理控制器根据计算土石混填路基的土石颗粒的 无空隙变形模量 E0； 0037 数据处理控制器通过测控仪再向控制箱输入参数指令， 控制箱根据该参数指令控 制油源伺服阀使加载油缸活塞端头伸出或收回， 在其他位置处进行快速静载试验 ； 0038 测控仪通过压力传感器和位移传感器采集其他位置处的贯入力 Pn与贯入深度 wn 的数值并传输给数据处理控制器， 数据处理控制器得到其他位置处。
28、的贯入力 Pn与贯入深度 wn之间的曲线， 并利用进行线性拟合得到各自的中间量 an、 bn值 ； 0039 数据处理控制器根据计算其他位置处的压实 说 明 书 CN 102279130 A CN 102279135 A5/5 页 8 度 Kn， 其中 dmax为代表预定位置处的土石混填料的振动击实试验最大干密度。 0040 其中， 利用单点灌水法或灌砂法得到试验点的现场压实度 K0， 具体可以为 ： 在该试 验点利用灌水法或灌砂法测出该试验点的密度及含水率， 根据密度及含水率计算得到干密 度， 与室内击实试验所得到的最大干密度进行对比得到现场的压实度 K0； 其中， 灌水法与灌 砂法及振动击。
29、实试验方法具体参照现行 公路土工试验规程 (JTG E40-2007) ； 0041 在一较优实施例中， 所述预定位置处和试验点的压实特征一致， 且该预定位置处 和试验点间保持预定距离， 这样可以保证预定位置处的检测不被试验点所影响， 保证检测 精确度 ； 0042 预先计算土石混填路基的平均密度 m及计算预定位置处的初始空隙率 n0有 很多方法， 具体可以根据计算土石混填路基的平均密度 m， 根据 计算预定位置处的初始空隙率 n0； 其中， r为岩石颗粒的密度， s为土 颗粒的密度， 为土石混填料中岩石颗粒的含量， dmax为代表预定位置处的土石混填料的 振动击实试验最大干密度， r、 s、。
30、 、 dmax可以在修筑路基之前， 通过室内试验全部测 到 ； 0043 本发明的测定仪及其检测方法是先用单点灌水法或灌砂法得到试验点的现场压 实度 K0， 并计算土石混填路基的平均密度 m； 之后在试验点附近的预定位置处进行快速静 载试验， 得到初始中间量， 从而计算出无空隙变形模量 E0； 最后在其他位置处进行快速静载 试验， 得到其他位置处的中间量， 之后根据计算其他位 置处的压实度。即先根据预定位置处的快速静载试验计算得到无空隙变形模量 E0， 之后再 在其他位置处进行快速静载试验得到各自的中间量， 从而计算其他位置处的压实度。 0044 本发明的测定仪及其检测方法基于非线性弹性原理，。
31、 将路基压实度与力学参数建 立紧密关系， 与其他方法比较具有如下特点 ： 经过传统灌砂(水)法的标定， 结果稳定可靠， 置信度高 ； 整套方法科学合理， 能实时反映现场压实度， 指导现场施工， 工作效率高， 省时省 力， 极大缩短测试时间及后续工期， 为施工节约大量时间及人力成本， 同时脱离对压实机械 和压实工艺的限制， 适应性强。 0045 以上所述的本发明实施方式， 并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明 的精神和原则之内所作的修改、 等同替换和改进等， 均应包含在本发明的权利要求保护范 围之内。 说 明 书 CN 102279130 A CN 102279135 A1/1 页 9 图 1 图 2图 3 说 明 书 附 图 CN 102279130 A 。