具有土体参数获取功能的夯实系统及土体参数获取方法

1.本发明涉及路基工程技术领域，特别是涉及一种具有土体参数获取功能的夯实系统及土体参数获取方法。


背景技术：

2.台背回填一般采用重型压路机加小型机具配合施工，该工法中重型压路机需要大面积的施工场地，小型机具仅能对填料施加冲击力，导致压实效果差、影响深度浅，且存在夯实盲点，形成质量隐患。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明提供一种具有土体参数获取功能的夯实系统及土体参数获取方法，以在无需重型压路机和小型机配合的条件下实现台背回填，提高振动夯实效果。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
5.一种具有土体参数获取功能的夯实系统，所述夯实系统还包括夯实设备、电脑控制中心、四个压力传感器和两个位移传感器；
6.所述夯实设备包括：挖掘机、平板振动器和四脚连接器；
7.所述平板振动器通过所述四脚连接器连接在所述挖掘机的机械手臂端部；
8.四个所述压力传感器分别设置在所述四脚连接器的四个连接脚上；
9.两个所述位移传感器分别设置在所述平板振动器的两个相对的侧面上；
10.四个所述压力传感器及两个所述位移传感器分别与所述电脑控制中心连接，所述电脑控制中心用于根据四个所述压力传感器采集的压力信号及两个所述位移传感器采集的位移信号计算土体参数；所述土体参数包括土体的基床系数、变形模量、压缩模量和压实度。
11.可选的，所述电脑控制中心具体包括：
12.信号获取模块，用于获取四个压力传感器采集的压力信号和两个位移传感器采集的位移信号；
13.土体参数计算模块，用于根据四个压力传感器采集的压力信号和两个位移传感器采集的位移信号计算土体参数；所述土体参数包括土体的基床系数、变形模量、压缩模量和压实度。
14.可选的，所述土体参数计算模块，具体包括：
15.基床系数计算子模块，用于根据四个压力传感器采集的压力信号和两个位移传感器采集的位移信号，利用基床系数计算公式，计算土体的基床系数；
16.变形模量计算子模块，用于根据四个压力传感器采集的压力信号和两个位移传感器采集的位移信号，利用变形模量计算公式，计算土体的变形模量；
17.压缩模量计算子模块，用于根据四个压力传感器采集的压力信号和两个位移传感器采集的位移信号，利用压缩模量计算公式，计算土体的压缩模量；
18.压实度计算子模块，用于根据四个压力传感器采集的压力信号和两个位移传感器采集的位移信号，利用压实度计算公式，计算土体的压实度。
19.可选的，所述基床系数计算公式为：
[0020][0021]
所述变形模量计算公式为：
[0022][0023]
所述压缩模量计算公式为：
[0024][0025]
所述压实度计算公式为：
[0026][0027]
其中，k、eo、es和c分别表示土体的基床系数、变形模量、压缩模量和压实度，t1、t2、t3和t4分别为四个压力传感器采集的压力信号，g表示平板振动器的重力，a和b分别为平板振动器的长度和宽度，s1和s2分别表示两个位移传感器采集的位移信号，μ表示土体的泊松比，k
max
表示压实度达到100％时土体的基床系数。
[0028]
一种夯实设备。
[0029]
一种电脑控制中心。
[0030]
一种土体参数获取方法，所述获取方法基于上述夯实系统；所述获取方法包括如下步骤：
[0031]
获取四个压力传感器采集的压力信号和两个位移传感器采集的位移信号；
[0032]
根据四个压力传感器采集的压力信号和两个位移传感器采集的位移信号计算土体参数；所述土体参数包括土体的基床系数、变形模量、压缩模量和压实度。
[0033]
可选的，所述根据四个压力传感器采集的压力信号和两个位移传感器采集的位移信号计算土体参数，具体包括：
[0034]
根据四个压力传感器采集的压力信号和两个位移传感器采集的位移信号，利用基床系数计算公式，计算土体的基床系数；
[0035]
根据四个压力传感器采集的压力信号和两个位移传感器采集的位移信号，利用变形模量计算公式，计算土体的变形模量；
[0036]
根据四个压力传感器采集的压力信号和两个位移传感器采集的位移信号，利用压缩模量计算公式，计算土体的压缩模量；
[0037]
根据四个压力传感器采集的压力信号和两个位移传感器采集的位移信号，利用压实度计算公式，计算土体的压实度。
[0038]
可选的，所述基床系数计算公式为：
[0039][0040]
所述变形模量计算公式为：
[0041][0042]
所述压缩模量计算公式为：
[0043][0044]
所述压实度计算公式为：
[0045][0046]
其中，k、eo、es和c分别表示土体的基床系数、变形模量、压缩模量和压实度，t1、t2、t3和t4分别为四个压力传感器采集的压力信号，g表示平板振动器的重力，a和b分别为平板振动器的长度和宽度，s1和s2分别表示两个位移传感器采集的位移信号，μ表示土体的泊松比，k
max
表示压实度达到100％时土体的基床系数。
[0047]
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
[0048]
本发明提供一种具有土体参数获取功能的夯实系统，所述夯实系统还包括夯实设备、电脑控制中心、四个压力传感器和两个位移传感器；所述夯实设备包括：挖掘机、平板振动器和四脚连接器；所述平板振动器通过所述四脚连接器连接在所述挖掘机的机械手臂端部；四个所述压力传感器分别设置在所述四脚连接器的四个连接脚上；两个所述位移传感器分别设置在所述平板振动器的两个相对的侧面上。本发明将平板振动器和挖掘机进行组合，利用挖掘机的液压油缸为平板振动器提供较大的压力，从而提高振动效果。此外，由于挖掘机自身重量较大，可以利用挖掘机自身重量来平衡平板振动器产生的反振，从而提高平板振动器的稳定，进而实现台背回填。同时本发明在四脚连接器的四个连接脚上设置压力传感器，在平板振动器上设置位移传感器，并根据压力传感器采集的压力信号和位移传感器采集的位移信号进行土体参数的计算。本发明可实时获取土体的参数，以确定台背回填的效果。
附图说明
[0049]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0050]
图1为本发明实施例提供的一种具有土体参数获取功能的夯实系统的结构示意图；
[0051]
图2为本发明实施例提供的一种土体参数获取方法的流程图。
具体实施方式
[0052]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0053]
本发明的目的是提供一种具有土体参数获取功能的夯实系统及土体参数获取方法，以在无需重型压路机和小型机配合的条件下实现台背回填，提高振动夯实效果。
[0054]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0055]
实施例1
[0056]
本发明实施例1提供一种夯实设备，如图1所示，该夯实设备包括：挖掘机1、平板振动器2和四脚连接器(图1中未示出)；平板振动器2通过四脚连接器连接在挖掘机1的机械手臂端部。本实施将传统的平板振动器2与挖掘机1的液压系统进行组合，利用挖掘机的液压力提高平板振动器的振动效果。
[0057]
实施例2
[0058]
如图1所示，本发明实施例2提供一种具有土体参数获取功能的夯实系统，所述夯实系统包括实施例1中的夯实设备，该夯实系统还包括电脑控制中心3、四个压力传感器4和两个位移传感器5。
[0059]
四个压力传感器分别设置在四脚连接器的四个连接脚上，即在平板振动器和挖掘机机械手臂之间的四脚连接器各设置一个压力传感器，监测机械手臂传递给平板振动器的压力t1、t2、t3、t4。
[0060]
两个位移传感器5分别设置在所述平板振动器的两个相对的侧面上，即在平板振动器背面两侧各设置一个位移传感器，监测平板振动器的竖向位移(位移信号s1和s2)。
[0061]
本实施例还在挖掘机的动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸内设置油压监测器6，监测臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸提供的推力f1、f2和f3。
[0062]
四个压力传感器4及两个位移传感器5分别与电脑控制中心3连接，电脑控制中心用于根据四个压力传感器采集的压力信号及两个位移传感器采集的位移信号计算土体参数；土体参数包括土体的基床系数、变形模量、压缩模量和压实度。
[0063]
所述电脑控制中心具体包括：信号获取模块，用于获取四个压力传感器采集的压力信号和两个位移传感器采集的位移信号；土体参数计算模块，用于根据四个压力传感器采集的压力信号和两个位移传感器采集的位移信号计算土体参数；所述土体参数包括土体的基床系数、变形模量、压缩模量和压实度。
[0064]
其中，所述土体参数计算模块，具体包括：基床系数计算子模块，用于根据四个压力传感器采集的压力信号和两个位移传感器采集的位移信号，利用基床系数计算公式，计算土体的基床系数；变形模量计算子模块，用于根据四个压力传感器采集的压力信号和两个位移传感器采集的位移信号，利用变形模量计算公式，计算土体的变形模量；压缩模量计算子模块，用于根据四个压力传感器采集的压力信号和两个位移传感器采集的位移信号，利用压缩模量计算公式，计算土体的压缩模量；压实度计算子模块，用于根据四个压力传感器采集的压力信号和两个位移传感器采集的位移信号，利用压实度计算公式，计算土体的
压实度。
[0065]
其中，所述基床系数计算公式为：
[0066][0067]
所述变形模量计算公式为：
[0068][0069]
所述压缩模量计算公式为：
[0070][0071]
所述压实度计算公式为：
[0072][0073]
其中，k、eo、es和c分别表示土体的基床系数、变形模量、压缩模量和压实度，t1、t2、t3和t4分别为四个压力传感器采集的压力信号，g表示平板振动器的重力，a和b分别为平板振动器的长度和宽度，s1和s2分别表示两个位移传感器采集的位移信号，μ表示土体的泊松比，k
max
表示压实度达到100％时土体的基床系数。
[0074]
其中，电脑控制中心3计算土体参数的具体步骤如下：
[0075]
1)通过平板振动器的压力监测，可以计算出平板振动器传递给土体的压力p：
[0076][0077]
式中a和b分别为平板振动器的长度和宽度，g为平板振动器的自重。
[0078]
(2)通过平板振动器的压力和位移监测，可计算出得到土体的基床系数k
[0079][0080]
式中s1和s2分别为平板振动器前后两端监测的位移，s为平板振动器引起的土体的平均位移。
[0081]
(3)土体的变形模量可按下式计算：
[0082][0083]
式中μ为土体的泊松比。
[0084]
(4)土体的压缩模量可按下式计算：
[0085][0086]
(5)土体的压实度c与基床系数k之间存在相关关系，压实度c越大，基床系数k也会
随之增大，因此可以根据压实度c与基床系数k之间的相关关系，来快速获取土体的压实度c。假设压实度c达到100％时土体的基床系数为k
max
，则土体在平板振动器夯实时某一状态下的压实度可按下列公式计算
[0087][0088]
在控制室设置电脑控制中心，所有监测数据传输至电脑控制中心，并编制计算程序和曲线绘制程序，实时显示平板振动器的各项监测数据，并根据监测数据采用上述计算公式，计算并显示出土体的基床系数k、变形模量eo、压缩模量es、压实度c，并根据土体的压实度c，可进一步的动态调整平板振动器夯实次数、各油缸压力等，示例性的，当压实度小于设计或规范要求的压实度标准时，则增加平板振动器的夯实次数和油缸压力，直至压实度达到设计或规范要求的压实度标准。
[0089]
实施例3
[0090]
如图2所示，本发明实施例3提供一种土体参数获取方法，该获取方法基于夯实系统，包括如下步骤：
[0091]
步骤201，获取四个压力传感器采集的压力信号和两个位移传感器采集的位移信号；
[0092]
步骤202，根据四个压力传感器采集的压力信号和两个位移传感器采集的位移信号计算土体参数；所述土体参数包括土体的基床系数、变形模量、压缩模量和压实度。
[0093]
步骤202中的根据四个压力传感器采集的压力信号和两个位移传感器采集的位移信号计算土体参数，具体包括：根据四个压力传感器采集的压力信号和两个位移传感器采集的位移信号，利用基床系数计算公式，计算土体的基床系数；根据四个压力传感器采集的压力信号和两个位移传感器采集的位移信号，利用变形模量计算公式，计算土体的变形模量；根据四个压力传感器采集的压力信号和两个位移传感器采集的位移信号，利用压缩模量计算公式，计算土体的压缩模量；根据四个压力传感器采集的压力信号和两个位移传感器采集的位移信号，利用压实度计算公式，计算土体的压实度；
[0094]
其中，基床系数计算公式为：
[0095][0096]
变形模量计算公式为：
[0097][0098]
压缩模量计算公式为：
[0099][0100]
压实度计算公式为：
[0101]
[0102]
其中，k、eo、es和c分别表示土体的基床系数、变形模量、压缩模量和压实度，t1、t2、t3和t4分别为四个压力传感器采集的压力信号，g表示平板振动器的重力，a和b分别为平板振动器的长度和宽度，s1和s2分别表示两个位移传感器采集的位移信号，μ表示土体的泊松比，k
max
表示压实度达到100％时土体的基床系数。
[0103]
实施例4
[0104]
本发明实施例4提供一种电脑控制中心，包括：
[0105]
信号获取模块，用于获取四个压力传感器采集的压力信号和两个位移传感器采集的位移信号。
[0106]
土体参数计算模块，用于根据四个压力传感器采集的压力信号和两个位移传感器采集的位移信号计算土体参数；所述土体参数包括土体的基床系数、变形模量、压缩模量和压实度。
[0107]
其中，土体参数计算模块，具体包括：基床系数计算子模块，用于根据四个压力传感器采集的压力信号和两个位移传感器采集的位移信号，利用基床系数计算公式，计算土体的基床系数；变形模量计算子模块，用于根据四个压力传感器采集的压力信号和两个位移传感器采集的位移信号，利用变形模量计算公式，计算土体的变形模量；压缩模量计算子模块，用于根据四个压力传感器采集的压力信号和两个位移传感器采集的位移信号，利用压缩模量计算公式，计算土体的压缩模量；压实度计算子模块，用于根据四个压力传感器采集的压力信号和两个位移传感器采集的位移信号，利用压实度计算公式，计算土体的压实度；
[0108]
基床系数计算公式为：
[0109][0110]
变形模量计算公式为：
[0111][0112]
压缩模量计算公式为：
[0113][0114]
压实度计算公式为：
[0115][0116]
其中，k、eo、es和c分别表示土体的基床系数、变形模量、压缩模量和压实度，t1、t2、t3和t4分别为四个压力传感器采集的压力信号，g表示平板振动器的重力，a和b分别为平板振动器的长度和宽度，s1和s2分别表示两个位移传感器采集的位移信号，μ表示土体的泊松比，k
max
表示压实度达到100％时土体的基床系数。
[0117]
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
[0118]
1、本发明利用液压夯实机的动态夯实技术，克服了桥涵台背回填处狭小作业面，
存在压实盲点的缺点。
[0119]
2、该装备可根据施工要求不同，进行平面夯实，台阶夯实，沟槽凹坑夯实，斜面夯实等；可以处理桥台背、涵侧、桥墩周边等现有大型压实或夯实机械不可能接近区域的基础等重要设施局部基础，解决工后不均匀沉降问题。
[0120]
3、实现填层整体压实，填补了传统的表层压实技术如碾压、振动压实技术之间的空白。
[0121]
4、液压夯实机在施工中可以灵活的装配于大中小型挖掘机，使操作变得简便快捷，充分有效地使用设备。具有高强度、高效率、低能耗、低噪音、环保的优点，节约了大量的资源。
[0122]
5、可快速获取土体的各项物理力学参数。
[0123]
6、高度智能化，能够根据土体的压实度c，动态调整平板振动器夯实次数、各油缸压力等。
[0124]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0125]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。