一种自密实混凝土堆石空隙填充能力模拟系统及方法与流程

本技术属于填充状态检测，具体为一种自密实混凝土堆石空隙填充能力模拟系统及方法。

背景技术：

1、密实混凝土能够在不进行外部振捣的情况下依靠自身重力流动并填充堆石体内部空隙，因而被应用于堆石混凝土施工。为判断自密实混凝土是否能够通过堆石体内的狭窄孔道并完成空隙填充，现有技术通常按照待模拟的堆石级配和空间结构构建堆石模拟体，将待测自密实混凝土由浇筑入口注入堆石模拟体，并记录混凝土的流动前沿位置、填充高度、流动时间和最终填充率。部分模拟方案还结合自密实混凝土的屈服应力、塑性黏度、坍落扩展度以及浇筑入口压力或流量，对其填充能力进行评价。

2、但是，堆石体内部孔道具有尺寸不均、走向复杂和局部收缩等特征，自密实混凝土的流动前沿在某一位置减速或停止时，可能是混凝土自身流动能力不足，也可能是粗骨料在孔喉处相互搭接、前方未排出气体形成反压或者浇筑入口驱动力下降所致。上述原因虽然形成机理和对应调整对象不同，但在模拟结果中均可能表现为流动前沿停止推进、下游孔隙未被填充或者总体填充率降低。因此，仅根据最终停滞位置、填充高度或总体填充率，难以确定造成填充中断的实际原因。

3、现有模拟方案即使分别记录混凝土流动状态、粗骨料分布、未填区域气压或入口驱动参数，通常也只是将各类参数作为相互独立的评价指标，缺少对前沿停滞形成过程中不同状态变化之间因果关系的判断。当多个状态在相近时间内同时发生变化时，容易将伴随前沿停滞出现的次生变化误认为停滞原因，进而影响填充能力评价结果的准确性。

4、此外，在发现填充不足后，现有技术通常通过调整混凝土配合比、粗骨料级配、孔道尺寸、排气条件或浇筑压力后重新进行模拟。由于重新模拟时可能同时改变多个影响条件，或者某项调整仅使流动前沿暂时恢复推进，难以确定该调整是否针对了原有停滞原因，也难以判断原有失效状态是否被实质消除，容易造成重复试验和无效调整。

5、因此，现有技术亟需解决的技术问题是：如何在自密实混凝土堆石空隙填充模拟过程中，区分不同原因造成的流动前沿停滞，并对所确定的停滞原因及其对应调整结果进行验证，以提高填充能力评价结果的可靠性。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种自密实混凝土堆石空隙填充能力模拟系统及方法，用于解决现有技术仅依据流动前沿停止位置、最终填充高度或者总体填充率进行评价，难以区分材料流动阻力、颗粒堵塞、气体阻滞和驱动不足所造成的相同前沿停滞现象，并且在发现填充不足后同时调整多个影响条件，导致实际失效原因难以确认的问题。

2、为实现上述目的，第一方面，本技术提供一种自密实混凝土堆石空隙填充能力模拟方法，所述方法包括：

3、获取待测自密实混凝土在堆石模拟体中的流动前沿序列、入口驱动状态、颗粒相通过状态和气相变化状态，根据所述流动前沿序列确定前沿停滞区域及前沿减速起始时刻；确定所述前沿停滞区域对应的颗粒通过量下降起始时刻、颗粒蓄积扩展方向、气相压力变化起始时刻和入口驱动变化起始时刻，根据各所述起始时刻相对于所述前沿减速起始时刻的先后关系以及所述颗粒蓄积扩展方向，确定材料流动阻力、颗粒堵塞、气体阻滞或驱动不足对应的候选失效类型；实施与所述候选失效类型对应的诊断干预，并保持其余材料参数、堆石孔道条件和浇筑条件不变，根据诊断干预后所述前沿停滞区域、所述颗粒相通过状态和所述气相变化状态的恢复关系确认目标失效类型；调整所述目标失效类型对应的条件并重新进行填充模拟，根据调整前后的前沿停滞区域变化及对应停滞响应的消除情况，输出填充能力验证结果。

4、通过上述方法，以前沿减速起始时刻作为不同状态变化的时间比较基准，将流动前沿、颗粒相、气相和入口驱动的动态变化建立关联，并通过仅改变候选失效类型对应条件的诊断干预确认目标失效类型，再通过重新模拟验证对应停滞响应是否消除，能够将相同的前沿停滞现象进一步区分为不同失效原因，减少将颗粒堵塞、气体阻滞或者驱动不足误判为材料流动能力不足的情况。

5、在一种可能的实施方式中，确定所述颗粒通过量下降起始时刻和所述颗粒蓄积扩展方向，包括：按照预设统计时窗，统计孔喉监测区域内通过预设孔喉截面的粗骨料数量，并将所述粗骨料数量确定为对应统计时窗的颗粒通过量；将所述前沿减速起始时刻之前的基准时段内各统计时窗对应的颗粒通过量的平均值确定为基准颗粒通过量；计算各统计时窗对应的颗粒通过量相对于所述基准颗粒通过量的下降比例；当不少于预设颗粒下降确认数量个相邻统计时窗对应的所述下降比例均不小于预设下降比例时，确定颗粒通过量达到预设下降条件，并将所述相邻统计时窗中的首个统计时窗的起始时刻确定为所述颗粒通过量下降起始时刻；根据孔喉中心分区、入口侧分区和未填区域侧分区达到预设颗粒蓄积条件的先后顺序，确定所述颗粒蓄积扩展方向。

6、通过该实施方式，能够同时获得粗骨料通过孔喉的持续下降时间特征和粗骨料蓄积的空间扩展特征，从而区分正常颗粒通过波动与孔喉处逐渐形成的颗粒搭接，并为判断颗粒堵塞是否先于前沿减速发生提供依据。

7、在一种可能的实施方式中，确定所述气相压力变化起始时刻和所述入口驱动变化起始时刻，包括：根据所述基准时段内的气相压力形成基准气相压力；当所述前沿停滞区域前方未填区域的气相压力相对所述基准气相压力的升高量连续不小于预设气压升高阈值，且达到预设气压变化确认时长时，将首个采样时刻确定为所述气相压力变化起始时刻；根据所述基准时段内连续输出的入口压力和入口流量，分别形成压力基准驱动区间和流量基准驱动区间；当任一者连续低于对应区间下限且达到预设驱动变化确认时长时，将首个采样时刻确定为所述入口驱动变化起始时刻。

8、通过该实施方式，能够以同一基准时段内的稳定气相压力和入口驱动状态作为比较基础，分别识别未填区域气相压力持续升高和浇筑入口驱动持续下降的起始时刻，使气体阻滞和驱动不足的判断建立在连续状态变化基础上，减少单次气压波动或入口压力、入口流量瞬时变化造成的误判。

9、在一种可能的实施方式中，确定所述候选失效类型，包括：当所述颗粒通过量下降起始时刻不晚于所述前沿减速起始时刻，且所述颗粒蓄积扩展方向指向入口时，确定颗粒堵塞；当所述气相压力变化起始时刻早于所述前沿减速起始时刻且颗粒通过量未达到所述预设下降条件时，确定气体阻滞；当各前沿减速起始时刻的最大时差不大于预设同步时差，且所述入口驱动变化起始时刻不晚于最早前沿减速起始时刻时，确定驱动不足；未符合颗粒堵塞、气体阻滞与驱动不足时，确定材料流动阻力；根据各候选失效类型对应的状态变化起始时刻与所述前沿减速起始时刻的时间间隔形成诊断顺序。

10、通过该实施方式，将颗粒通过量下降、颗粒蓄积扩展、气相压力升高、入口驱动下降以及不同前沿区段同步减速等特征按照时间和空间关系进行组合，能够形成相互区分的候选失效类型；在多个候选失效类型同时满足判定条件时，还能够根据状态变化与前沿减速之间的时间接近程度确定诊断顺序，避免同时改变多个条件而破坏失效原因与诊断结果之间的对应关系。

11、在一种可能的实施方式中，实施与所述候选失效类型对应的诊断干预，包括：按照所述诊断顺序依次实施诊断；针对材料流动阻力，采用仅调整目标流变参数的对照自密实混凝土进行对照模拟，所述目标流变参数为屈服应力和塑性黏度中的至少一项；针对颗粒堵塞，通过对应孔喉区域的诊断操作口解除颗粒搭接；针对气体阻滞，开启与所述前沿停滞区域前方未填区域连通的诊断排气通道；针对驱动不足，将入口压力或入口流量恢复至对应基准驱动区间；各项诊断均保持除对应调整对象外的材料参数、堆石孔道条件、排气条件和浇筑条件不变。

12、通过该实施方式，针对不同候选失效类型分别改变目标流变参数、颗粒搭接状态、气体通流状态或者入口驱动状态，并保持其余条件不变，能够建立诊断操作与流动前沿恢复之间的单变量因果关系，减少提高入口压力、改变配合比或者改变孔道条件同时作用时造成的失效原因混淆。具体实施方式也按照各诊断操作仅改变一个对应条件的方式展开。

13、在一种可能的实施方式中，确认所述目标失效类型，包括：对照模拟后，与原前沿停滞区域对应的空间区域达到预设空间恢复条件，且颗粒通过量未达到颗粒释放突变条件、气相压力未达到气压突降条件时，确认材料流动阻力；解除颗粒搭接后，颗粒通过量进入基准颗粒通过量对应的预设颗粒通过量偏差范围，且所述前沿停滞区域在颗粒通过量进入所述预设颗粒通过量偏差范围后达到所述预设空间恢复条件时，确认颗粒堵塞；开启诊断排气通道后，气相压力进入基准气相压力对应的预设气相压力偏差范围，且所述前沿停滞区域在气相压力进入所述预设气相压力偏差范围后达到所述预设空间恢复条件时，确认气体阻滞；入口驱动恢复后，原同步减速的各孔道或各空间前沿区段均恢复推进，且颗粒通过量未达到所述颗粒释放突变条件、气相压力未达到所述气压突降条件时，确认驱动不足。

14、通过该实施方式，不仅判断流动前沿是否恢复，还进一步判断颗粒通过量、气相压力和不同前沿区段是否按照相应诊断机理恢复，并利用颗粒释放突变条件和气压突降条件排除颗粒搭接意外解除或者积聚气体意外释放造成的前沿恢复，从而降低仅依据流动前沿重新推进而错误确认目标失效类型的概率。

15、在一种可能的实施方式中，调整所述目标失效类型对应的条件并输出所述填充能力验证结果，包括：针对材料流动阻力、颗粒堵塞、气体阻滞和驱动不足，分别调整配合比或所述目标流变参数、粗骨料级配或最大粒径或对应孔喉尺寸、排气通道位置或通流能力、浇筑入口压力或流量设定值；仅调整对应条件后重新模拟；当对应停滞响应未再次出现，且原前沿停滞区域未再次形成或其推进速度连续高于所述预设减速速度阈值达到预设验证确认时长时，标记为通过；当原前沿停滞区域再次形成或对应停滞响应再次出现时，标记为未通过，并写入所述填充能力验证结果。

16、通过该实施方式，能够根据已经确认的目标失效类型选择具有针对性的调整对象，并在保持其他影响条件不变的情况下重新模拟，通过原前沿停滞区域和对应停滞响应是否再次出现验证调整结果，从而区分失效原因被消除与流动前沿暂时恢复，减少无效配合比调整、孔道结构调整、排气条件调整或者浇筑驱动调整。

17、第二方面，本技术提供一种自密实混凝土堆石空隙填充能力模拟系统，所述系统包括堆石模拟体、浇筑驱动组件、图像采集组件、颗粒相监测组件、气相监测组件、诊断干预组件和处理组件；所述浇筑驱动组件与所述堆石模拟体的浇筑入口连通，用于注入待测自密实混凝土并获取入口驱动状态；所述图像采集组件用于获取所述待测自密实混凝土的流动前沿序列，所述颗粒相监测组件用于获取孔喉监测区域的颗粒相通过状态，所述气相监测组件用于获取未填区域的气相变化状态；所述诊断干预组件用于解除颗粒搭接、开启诊断排气通道或者控制所述浇筑驱动组件恢复入口压力或入口流量；所述处理组件分别与所述浇筑驱动组件、所述图像采集组件、所述颗粒相监测组件、所述气相监测组件和所述诊断干预组件连接，用于确定前沿停滞区域及前沿减速起始时刻，根据颗粒通过量下降起始时刻、颗粒蓄积扩展方向、气相压力变化起始时刻和入口驱动变化起始时刻确定候选失效类型，根据诊断干预后的恢复关系或仅调整目标流变参数的对照模拟数据确认目标失效类型，并根据调整前后的前沿停滞区域变化及对应停滞响应的消除情况生成填充能力验证结果。

18、与相关技术相比，本技术具有如下有益效果：

19、通过获取流动前沿序列、颗粒相通过状态、气相变化状态和入口驱动状态，并以前沿减速起始时刻为关联基准，使颗粒通过量下降、颗粒蓄积扩展、气相压力变化和入口驱动变化能够与流动前沿的减速过程形成时间及空间对应，从而依据停滞形成过程中的物理状态差异确定材料流动阻力、颗粒堵塞、气体阻滞或驱动不足对应的候选失效类型，而非仅根据最终未填结果进行推断；进一步通过仅改变候选失效类型对应条件的诊断干预或对照模拟，使流动前沿、颗粒相和气相的恢复结果能够与具体干预对象建立对应关系，从而对实际失效类型进行确认，降低将伴随变化误认为停滞原因的风险；在确认目标失效类型后，仅调整对应条件并重新进行填充模拟，根据原前沿停滞区域及对应停滞响应是否再次出现形成验证结果，使失效原因识别、针对性调整和调整效果验证构成连续技术链路，从而为配合比、粗骨料级配、孔道结构、排气条件或浇筑驱动参数的调整提供相互区分的依据，减少无效调整和重复模拟，并提高自密实混凝土堆石空隙填充能力评价的可靠性。