專利名稱：一種填石路基的模量反算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及填石路基質(zhì)量檢測技術(shù)，特別是涉及一種在對填石路基結(jié)構(gòu)性能進行評價時的模量反算方法。
背景技術(shù)：
自1953年貝克曼(Benkelman)發(fā)明了梁式彎沉儀以來，道路彎沉檢測技術(shù)的研究開發(fā)一直受到國際上的廣泛重視。至今，彎沉檢測設(shè)備已經(jīng)從靜力彎沉檢測發(fā)展到模擬行車荷載作用的動力彎沉檢測，并從對單點彎沉的檢測發(fā)展到對道路彎沉盆的測試。相應(yīng)地，道路結(jié)構(gòu)性能評價也從道路整體強度定性評價發(fā)展到對道路結(jié)構(gòu)層模量的定量反算。
20世紀70年代末，第一臺落錘式彎沉儀(FWD)問世。由于FWD能夠快速、準確地測試出路表彎沉盆，且其彎沉數(shù)據(jù)和時程數(shù)據(jù)包含著豐富的結(jié)構(gòu)強度信息，能夠較好地反應(yīng)道路結(jié)構(gòu)實際受力狀態(tài)，因此，F(xiàn)WD可為道路結(jié)構(gòu)層模量的反算提供可靠的依據(jù)，從而使得FWD成為廣大道路工作者青睞的彎沉檢測設(shè)備。
目前，公路建設(shè)已進入了地質(zhì)情況相對復(fù)雜的山區(qū)，“開山筑路”也隨之成為公路建設(shè)的典型特征。如何應(yīng)用“用之無道，棄之可惜”的開山石方成為公路建設(shè)者一個必須面對的問題。為了充分利用這些廢棄石方，為公路建設(shè)節(jié)約資金，填石路基施工控制技術(shù)被提上了重要議程，并逐漸應(yīng)用于山區(qū)筑路過程中。相應(yīng)地，填石路基的質(zhì)量檢測技術(shù)也日顯重要。
由于FWD的檢測結(jié)果能夠為道路結(jié)構(gòu)層的模量反算提供可靠的依據(jù)，因此，如果能將利用FWD檢測結(jié)果的模量反算方法引入填石路基的質(zhì)量檢測技術(shù)中，則必定會為填石路基的結(jié)構(gòu)性能評價提供可靠依據(jù)。
圖1是現(xiàn)有模量反算方法利用FWD檢測結(jié)果進行模量反算的流程圖。參見圖1，現(xiàn)有的模量反算方法是由鄭州大學(xué)開發(fā)的SIDMOD軟件所提供的，其進行模量反算的過程包括以下步驟步驟101用戶對FWD的實際測試數(shù)據(jù)進行人工修正。
這里，F(xiàn)WD的實際測試數(shù)據(jù)只包含彎沉數(shù)據(jù)，并且，用戶所進行的人工修正也只是一些簡單的數(shù)據(jù)檢查，如檢查彎沉數(shù)據(jù)的突變情況，即在FWD的實際測試數(shù)據(jù)中，如果一個測點的彎沉數(shù)據(jù)大于其前一個測點的彎沉數(shù)據(jù)，則刪除該測點的所有測試數(shù)據(jù)，免于分析。
步驟102用戶向模量反算系統(tǒng)輸入修正后的FWD實際測試數(shù)據(jù)。
步驟103用戶選取并輸入一組初始模量值。
步驟104模量反算系統(tǒng)根據(jù)用戶輸入的模量值計算理論彎沉值。
步驟105模量反算系統(tǒng)判斷計算出的理論彎沉值與工程實測彎沉值之間的差值是否滿足擬合精度要求，如果是，則直接執(zhí)行步驟107，否則執(zhí)行步驟106。
步驟106模量反算系統(tǒng)根據(jù)理論彎沉值與工程實測彎沉值之間的差值計算出一組模量值，將計算出的模量值作為當前用戶輸入的模量值，返回步驟103。
這里，對于路基的模量反算，是將其視為半無限體，不進行分層，所以模量反算系統(tǒng)實際上只計算調(diào)整了一個模量值。
步驟107將本次選取的模量值作為所需的模量反算結(jié)果。
然而，現(xiàn)有模量反算方法適合針對具有路面、基層以及路基等完整道路結(jié)構(gòu)層來進行模量反算。而象填石路基這樣不具有明顯層位、非完整的道路結(jié)構(gòu)形式，現(xiàn)有模量反算方法一般是將其視為半無限體，或者由技術(shù)人員人為進行分層，既沒有科學(xué)依據(jù)，也沒有統(tǒng)一的標準，致使反算結(jié)果差異很大。另外，填石路基不同于土質(zhì)路基，其強度形成機理和變形特征有其自身的特殊性。如果直接將現(xiàn)有模量反算方法應(yīng)用于填石路基模量反算中，則會存在對于填石路基理論彎沉計算的特殊性缺乏足夠認識和沒有對填石路基FWD測試數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)修正的缺陷，從而無法為填石路基結(jié)構(gòu)性能的評價提供可靠依據(jù)。
因此，開發(fā)出一種能夠利用FWD的實際測試數(shù)據(jù)并針對填石路基進行模量反算的方法，已經(jīng)成為一個亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種填石路基的模量反算方法，為填石路基結(jié)構(gòu)性能的評價提供可靠依據(jù)。
為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的一種填石路基的模量反算方法，包括以下步驟A、獲取填石路基的結(jié)構(gòu)參數(shù)和FWD的測試數(shù)據(jù)；B、根據(jù)填石路基的結(jié)構(gòu)參數(shù)確定填石路基的層位和泊松比取值，并對FWD測試數(shù)據(jù)中包含的實測彎沉數(shù)據(jù)進行修正；C、根據(jù)修正后的FWD測試數(shù)據(jù)及已確定的填石路基的層位和泊松比取值計算出一組初始模量值，將計算出的該組初始模量值作為當前模量值；D、根據(jù)當前模量值計算彎沉值，判斷計算出的彎沉值與步驟A獲取的FWD測試數(shù)據(jù)中包括的實測彎沉值之間的差值是否滿足擬合精度要求，如果是，則將當前所得模量值作為模量反算結(jié)果，然后結(jié)束本流程，否則，執(zhí)行步驟E；E、根據(jù)計算出的彎沉值與實測彎沉值之間的差值計算出一組模量值，將計算出的該組模量值作為當前所得模量值，返回步驟D。
在步驟A中，所獲取的填石路基的結(jié)構(gòu)參數(shù)中包括填石路基的填筑高度；在步驟B中，根據(jù)已獲取的填石路基的填筑高度確定填石路基的層位。
在步驟B中，所述根據(jù)已獲取的填石路基的填筑高度確定填石路基層位的步驟包括B11、判斷填石路基的填筑高度是否小于1.5米，如果是，則將路基作為一層，將地基作為一層，然后結(jié)束當前流程，否則，執(zhí)行步驟B12；B12、判斷填石路基的填筑高度是否大于3米，如果是，則將厚度在0.6米～1.2米的上層路基作為一層，將剩余深度的路基連同地基作為一層，然后結(jié)束當前流程，否則，執(zhí)行步驟B13；B13、將填石路基分為上下兩層，上層厚度在0.6米～1.5米之間，或是1～2層填筑厚度，下層厚度不大于1.8米，將地基作為一層。
在步驟A中，所獲取的填石路基的結(jié)構(gòu)參數(shù)中包括填石路基的邊坡處理方式；在步驟B中，根據(jù)已獲取的填石路基的邊坡處理方式確定泊松比的取值。
所述根據(jù)已獲取的填石路基的邊坡處理方式確定泊松比取值的步驟包括B21、判斷填石路基的邊坡處理方式是否為框架護坡，如果是，則將泊松比取值為0.33，否則，執(zhí)行步驟B22；B22、判斷填石路基的邊坡處理方式是否為碼砌邊坡，如果是，則將泊松比取值為0.35，否則，將泊松比取值為0.36。
在步驟B中，所述對FWD測試數(shù)據(jù)中包含的實測彎沉數(shù)據(jù)進行修正，包括以下步驟B31、對于同一測點的連續(xù)落錘試驗，如果各錘記錄的荷載峰值都小于其容許偏差的2％，則保留該測點的所有數(shù)據(jù)，否則，刪除該測點的所有數(shù)據(jù)；B32、在保留測點的FWD測試數(shù)據(jù)中，判斷一個測點若干錘所采集彎沉數(shù)據(jù)的標準差與容許偏差的比值是否小于1，如果是，則保留該測點的所有數(shù)據(jù)，否則刪除該測點的所有數(shù)據(jù)。
在步驟B中，所述對FWD測試數(shù)據(jù)中包含的實測彎沉數(shù)據(jù)進行修正的步驟進一步包括保留測試荷載在800KPa以上測點的所有數(shù)據(jù)，刪除測試荷載在800KPa以下測點的所有數(shù)據(jù)。
在步驟A中，所述FWD測試數(shù)據(jù)中包含實測時程數(shù)據(jù)；步驟B在對FWD測試數(shù)據(jù)中包括的實測彎沉數(shù)據(jù)進行修正之后進一步包括對于實測時程數(shù)據(jù)的殘余變形率大于10％且小于30％的測點，將彎沉傳感器的原始峰值減去傳感器的殘余變形量，得到修正后的測點彎沉數(shù)據(jù)，對于實測時程數(shù)據(jù)的殘余變形率大于30％的測點，直接刪除該測點的所有數(shù)據(jù)。
所述步驟B進一步包括在系統(tǒng)運行得到測點的相位差時，將荷載傳感器到達峰值時刻彎沉傳感器的瞬間彎沉值保留為該測點的彎沉數(shù)據(jù)；所述步驟C進一步包括根據(jù)修正后各測點的彎沉數(shù)據(jù)計算所述的一組初始模量值。
所述步驟B進一步包括在系統(tǒng)運行得到彎沉盆形狀系數(shù)后，保留彎沉盆形狀系數(shù)在1.0～2.5之間的測點數(shù)據(jù)，刪除彎沉盆形狀系數(shù)在1.0～2.5范圍之外的測點數(shù)據(jù)；所述步驟C進一步包括根據(jù)由彎沉盆形狀系數(shù)修正后的測點數(shù)據(jù)計算所述的一組初始模量值。
在步驟C中，所述根據(jù)修正后的FWD測試數(shù)據(jù)以及已確定的填石路基的層位和泊松比取值計算一組初始模量值的步驟包括C11、判斷填石路基是否已分為2層，如果是，則執(zhí)行步驟C12，否則，直接執(zhí)行步驟C15；C12、判斷下層是否為僅由地基形成的半無限體，如果是，則執(zhí)行步驟C13，否則，執(zhí)行步驟C14；C13、由公式E=pc*ac2*(1-μ2)*cdef*r,r=1500mm]]>計算下層地基的初始模量值，由公式 計算上層路基的初始模量值，公式中，ac是FWD承載板半徑，c為彎沉常數(shù)，其值為c=1.1log(rac)+1.15,]]>pc是FWD的試驗荷載值，μ是泊松比值，r是距荷載中心的距離，def是實測的離荷載中心距離為r的傳感器彎沉值，將計算出的上層路基初始模量值和下層地基初始模量值作為一組初始模量值，然后結(jié)束當前流程；C14、由公式 計算上層路基的初始模量值和下層由地基與部分路基組成的半無限體的初始模量值，將計算出的上層路基初始模量值和下層半無限體的初始模量值作為一組初始模量值，然后結(jié)束當前流程；C15、由公式E=pc*ac2*(1-μ2)*cdef*r,r=1500mm]]>計算下層由地基形成的半無限體的初始模量值，由公式 計算上層和中間層路基的初始模量值，將計算出的上層和中間層路基初始模量值以及下層由地基形成的半無限體的初始模量值作為一組初始模量值。
該方法進一步包括限定模量值的范圍為50～700MPa；在步驟E中，所述將計算出的一組模量值作為當前所得模量值的步驟包括100、判斷計算出的一組模量值中是否存在大于700MPa的模量值，如果存在，則取大于700MPa的模量值等于700MPa，執(zhí)行步驟101，如果不存在，則直接執(zhí)行步驟101；101、判斷計算出的該組模量值中是否存在小于50MPa的模量值，如果存在，則取小于50MPa的模量值等于50MPa，然后將得到的該組模量值作為當前得到的模量值。
可見，本發(fā)明提出的方法具有以下特點和優(yōu)點
1、本發(fā)明能夠直接利用FWD的實際測試數(shù)據(jù)進行填石路基的模量反算，從而為填石路基結(jié)構(gòu)性能的評價提供了可靠依據(jù)。
2、本發(fā)明所依據(jù)的工程實測數(shù)據(jù)不僅包括FWD測試結(jié)果，而且還包括填石路基的各項結(jié)構(gòu)參數(shù)，比如填石路基的填筑高度和填石路基的邊坡處理方式。并且，F(xiàn)WD的實際測試數(shù)據(jù)中不僅包括彎沉數(shù)據(jù)，還包括時程數(shù)據(jù)，從而使得本發(fā)明能夠針對填石路基的具體工程特性準確進行模量反算。
3、由于填石路基強度形成機理及變形特性的特殊性，并考慮到FWD荷載的應(yīng)力滲透能力，在利用彈性層狀體系理論對填石路基進行彎沉計算時，填石路基結(jié)構(gòu)層的厚度對填石路基模量反算結(jié)果影響很大。而本發(fā)明根據(jù)填石路基的填筑高度進行適當分層，滿足了填石路基模量反算的特殊性。
4、本發(fā)明將填石路基的邊坡施工處理情況通過泊松比這一量化的力學(xué)參數(shù)融入到填石路基的模量反算中，使得填石路基的回彈模量從一定程度上反映了邊坡的處理效果，顯示了填石路基實際施工質(zhì)量的好壞，具有重要的現(xiàn)實意義。
5、本發(fā)明對FWD的實測彎沉數(shù)據(jù)進行一系列的修正，包括FWD彎沉數(shù)據(jù)采集可靠性檢查和修正、時程數(shù)據(jù)的殘余變形率檢查和修正、荷載與彎沉峰值相位差的修正以及彎沉盆形狀系數(shù)修正，然后再將修正后的FWD彎沉數(shù)據(jù)引入填石路基模量反算中，從而使得本發(fā)明所依據(jù)的FWD彎沉數(shù)據(jù)更加真實有效，增強了模量反算結(jié)果的可靠性。
6、本發(fā)明根據(jù)填石路基的層位、泊松比和修正后的FWD彎沉數(shù)據(jù)來計算初始模量值，并限定所迭代的后續(xù)模量值的范圍，從而避免了現(xiàn)有模量反算方法中由用戶任意選擇初始模量值和后續(xù)的迭代模量值所造成的模量反算過程繁雜和模量反算結(jié)果不一致、不合理的缺點。


圖1是現(xiàn)有模量反算方法利用FWD檢測結(jié)果進行模量反算的流程圖。
圖2是本發(fā)明利用FWD檢測結(jié)果對填石路基進行模量反算的流程圖。
圖3是本發(fā)明確定填石路基的層位和泊松比的原理圖。
圖4是本發(fā)明修正FWD彎沉數(shù)據(jù)的流程圖。
圖5是在本發(fā)明中根據(jù)荷載與彎沉峰值相位差修正彎沉數(shù)據(jù)的示意圖。
圖6是采用本發(fā)明方法時系統(tǒng)所顯示的FWD原始測試數(shù)據(jù)的示意圖。
圖7是采用本發(fā)明的方法時系統(tǒng)所顯示的彎沉盆示意圖。
圖8是采用本發(fā)明的方法時系統(tǒng)所顯示的測點檢查結(jié)果示意圖。
圖9是采用本發(fā)明的方法時系統(tǒng)所顯示的荷載及彎沉?xí)r程數(shù)據(jù)示意圖。
圖10是采用本發(fā)明的方法時系統(tǒng)所顯示的模量反算結(jié)果示意圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步地詳細描述。
針對現(xiàn)有模量反算方法應(yīng)用于填石路基模量反算中時，存在對于填石路基理論彎沉計算的特殊性缺乏足夠認識和沒有對填石路基FWD測試數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)修正的缺陷，本發(fā)明在深入研究了填石路基的強度形成機理及變形特性的基礎(chǔ)之上，從分層原則和泊松比修正兩個方面提出了填石路基理論彎沉計算的特殊性；在分析了FWD測試性能的基礎(chǔ)上，提出了填石路基FWD測試數(shù)據(jù)的修正依據(jù)，從而提出了完整的適合于填石路基的模量反算方法。
圖2是本發(fā)明利用FWD檢測結(jié)果對填石路基進行模量反算的流程圖。參見圖2，本發(fā)明所提出的填石路基模量反算方法包括以下步驟步驟201根據(jù)工程實測數(shù)據(jù)，向模量反算系統(tǒng)輸入填石路基的結(jié)構(gòu)參數(shù)和FWD的實際測試數(shù)據(jù)。
這里，填石路基的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括實際填石路基的填筑高度和邊坡處理方式等。FWD的實測數(shù)據(jù)中主要包括彎沉數(shù)據(jù)和時程數(shù)據(jù)。
步驟202根據(jù)填石路基的結(jié)構(gòu)參數(shù)確定填石路基模量反算時的層位和泊松比取值。
這里，請參見圖3。圖3是本發(fā)明確定填石路基的層位和泊松比的原理圖。下面，結(jié)合圖3說明本發(fā)明如何確定填石路基模量反算時的層位。
現(xiàn)有的模量反算方法沒有對路基進行分層，而是將路基和地基視為半無限體進行處理。但是，由于填石路基強度形成機理及變形特性的特殊性，而且FWD荷載的應(yīng)力滲透能力有一定的限度，在利用彈性層狀體系理論對填石路基進行彎沉計算時，填石路基結(jié)構(gòu)層的厚度對填石路基模量反算結(jié)果影響很大，如果不進行分層，則會導(dǎo)致最終的模量反算結(jié)果與實際模量值相差甚遠。因此，本發(fā)明根據(jù)填石路基的填筑高度進行分層，分層原則是當填石路基的填筑高度小于1.5米時，利用雙層體系理論進行計算。這是由于，填石路基與自然地基的模量差別較大，將路基與地基一起作為半無限體進行分析誤差將會很大。當填石路基的填筑高度小于1.5米時，本發(fā)明要求FWD測試荷載完全可以滲透，故應(yīng)將整個路基作為一層，將地基看成半無限體作為一層，利用雙層體系理論進行計算；當填石路基的填筑高度在1.5～3米之間時，利用三層體系理論進行計算。這是由于，當填石路基的填筑高度在1.5米～3米之間時，路基的模量與其自身的深度關(guān)系密切，所以應(yīng)該對路基進行適當分層。本發(fā)明將路基分為上下兩層，上層厚度在0.6米～1.5米之間，或是1～2層填筑厚度，下層厚度不大于1.8m，將地基看成半無限體作為一層，因此利用三層體系理論進行分析；當路基填筑高度大于3m時，利用雙層體系理論進行計算。這是由于，當路基填筑高度大于3m時，由于FWD荷載的滲透能力無法到達填石路基深處，因此，將厚度在0.6m～1.2m的上層路基作為一層，將剩余深度的深層路基連同地基看成半無限體作為一層，利用雙層體系理論進行分析。
至此，本發(fā)明完成了針對不同填筑高度的填石路基進行合理分層的過程。
接下來，說明本發(fā)明如何確定模量反算方法中所需的泊松比。
本發(fā)明根據(jù)填石路基的邊坡處理方式來確定泊松比的取值。不同邊坡處理方式下泊松比的取值可參見表1。

表1在現(xiàn)有的模量反算方法中，路基泊松比通常取值為0.35，與路基填料及邊坡處理方式無關(guān)。但是，對于填石路基，其強度穩(wěn)定性本質(zhì)上來源于顆粒間的摩擦阻力和咬合作用。研究資料表明，其強度很大程度上受到剪切面上的正應(yīng)力或周圍壓力的支配，可見，周圍壓力是決定填石路基抗剪強度穩(wěn)定性的重要因素。這與工程實踐中，填石路基的破壞絕大多數(shù)最先出現(xiàn)在邊坡附近的現(xiàn)象是相符的。所以目前填石路基的施工十分重視邊坡的處理。為此，本發(fā)明將邊坡的處理情況通過泊松比這一量化的力學(xué)參數(shù)融入到填石路基的模量反算中，使得填石路基的回彈模量從一定程度上反映了邊坡的處理效果，具有重要的現(xiàn)實意義。
泊松比是結(jié)構(gòu)體在同一荷載作用下，水平方向變形與豎直方向變形的比值。在目前的填石路基施工中，常見的邊坡處理可歸類為框架護坡和碼砌邊坡。參見表1，本發(fā)明中的框架護坡，是指直接在邊坡上做的起防護作用的圬工框架。此類邊坡處理方式，防護效果較好，圍壓較大，側(cè)向變形受到很大的限制，路基的水平變形也相應(yīng)減小，從而使得泊松比相應(yīng)減小。所以在本發(fā)明中，如果邊坡已進行框架護坡處理，則令泊松比小于通常取值0.35，將泊松比取值為0.33。對于碼砌邊坡，是指在距路基邊緣向內(nèi)側(cè)1～2米的范圍內(nèi)采用人工碼砌代替機械碾壓，以提高路基邊緣的密實程度。此類處理方式的處治效果不如框架護坡好，路基所受圍壓也相對較小，因此，泊松比的取值應(yīng)大于框架護坡時的泊松比，所以在本發(fā)明中，如果邊坡已進行碼砌處理，則將泊松比取值為0.35。如果邊坡未進行任何處理，則會使得填石路基的質(zhì)量存在潛在的危險，所以在本發(fā)明中，令邊坡無處理時的泊松比稍大于泊松比的通常取值，使得在相同條件下反算出的模量偏小，以提示工程檢驗人員填石路基的質(zhì)量存在問題，因此，如果邊坡無處理，則泊松比取值為0.36。
步驟203根據(jù)FWD實際測試數(shù)據(jù)和模量反算系統(tǒng)運行中所得參數(shù)修正測點數(shù)據(jù)。
這里，由于模量反算結(jié)果受原始數(shù)據(jù)即FWD實測彎沉數(shù)據(jù)的影響較大，實測彎沉數(shù)據(jù)的小誤差可能會導(dǎo)致反算模量數(shù)量級上的偏差。對于填石路基這一點尤為突出。因此在對填石路基進行模量反算時，除了對實測數(shù)據(jù)進行基本的修正之外，還必須對其進行特殊的修正或剔除。圖4是本發(fā)明修正FWD彎沉數(shù)據(jù)的流程圖。參見圖4，本發(fā)明修正FWD彎沉數(shù)據(jù)的過程包括首先，進行FWD彎沉數(shù)據(jù)采集可靠性檢查和修正。
為了避免將系統(tǒng)誤差較大的FWD數(shù)據(jù)帶入計算，減小荷載及彎沉水平對測試數(shù)據(jù)的影響，本發(fā)明對FWD的彎沉數(shù)據(jù)進行可靠性檢查，具體做法如下(1)保留測試荷載在800KPa以上的測點數(shù)據(jù)，刪除測試荷載在800KPa以下的測點數(shù)據(jù)。
這是由于，在填石路基上進行FWD測試時，由于填石路基的剛度較大，而且其填筑深度小則2～3m，大則十幾米，甚至幾十米。當利用定量反算模量的方法評價填石路基的整體結(jié)構(gòu)性能時，由于材料與荷載的非線性性質(zhì)，需要加大測試荷載來增強FWD荷載應(yīng)力的滲透能力，使得填石路基實際受力模型更加符合彈性層狀體系的分析模型。在現(xiàn)有模量反算方法中，對于土質(zhì)路基采用了700KPa測試荷載，其路基工作區(qū)深度約為1.9m。在本發(fā)明中，加大填石路基的測試荷載，當測試荷載大于800KPa時路基工作區(qū)深度為1.8m，這與土質(zhì)路基700KPa荷載條件下的路基工作區(qū)深度1.9m基本相同，因此可保證填石路基的結(jié)構(gòu)質(zhì)量評價體系與目前關(guān)于路基結(jié)構(gòu)質(zhì)量的評價體系是吻合的。更重要的是，大量的反算實踐證明，填石路基的測試荷載在800KPa以上的彎沉數(shù)據(jù)與彈性層狀體系理論比較吻合，利用其進行模量反算，結(jié)果合理，精度較高。因此，本發(fā)明保留測試荷載在800KPa以上的測試數(shù)據(jù)，刪除測試荷載在800KPa以下的測試數(shù)據(jù)。
(2)修正實測的荷載數(shù)據(jù)。對于保留的各個測點數(shù)據(jù)，在同一測點的連續(xù)落錘試驗中，如果各錘記錄的荷載峰值都小于其容許偏差即平均值的2％，則認為荷載記錄可靠，并保留，否則，認為荷載記錄不可靠，刪除該荷載記錄。
此條修正原則可理解為，當一個測點若干錘所采集荷載峰值的標準差與容許偏差的比值小于100％時，則認為數(shù)據(jù)可靠，保留該測試數(shù)據(jù)，如果此比值大于或等于100％，則表明數(shù)據(jù)不可靠，刪除該測試數(shù)據(jù)。比如，連續(xù)三錘的荷載平均值為50.86KN，標準差為0.117KN，則容許偏差為50.86×2％＝1.02，故此百分率為0.117/1.02＝11.5％＜100％，所以該荷載記錄數(shù)據(jù)可靠，保留該荷載數(shù)據(jù)。
(3)修正實測的彎沉數(shù)據(jù)。對于保留的各個測點數(shù)據(jù)，計算一個測點若干錘所采集彎沉數(shù)據(jù)的標準差與容許偏差比值的百分率，若該比值小于100％，則表明數(shù)據(jù)可靠，保留該數(shù)據(jù)，反之表明數(shù)據(jù)不可靠，刪除該數(shù)據(jù)。
這里，容許偏差是根據(jù)大量試驗數(shù)據(jù)總結(jié)出來的，它等于±1.5um±1.25％×數(shù)據(jù)平均值。比如，連續(xù)若干錘的彎沉數(shù)據(jù)平均值為360um，標準差為3.1um，則容許偏差為1.5+0.0125×360＝6.0um，則此百分率為3.1/6.0＝51.7％＜100％，說明數(shù)據(jù)可靠，保留該彎沉數(shù)據(jù)。
其次，根據(jù)FWD實際測試數(shù)據(jù)中時程數(shù)據(jù)的殘余變形率修正彎沉數(shù)據(jù)。對于保留的各個測點數(shù)據(jù)，本發(fā)明對時程數(shù)據(jù)的殘余變形率大于10％且小于30％的測點進行修正，并刪除殘余變形率大于30％的測點數(shù)據(jù)。
這里，殘余變形率是指彎沉?xí)r程曲線末端的殘余變形占彎沉峰值的百分比。殘余變形率標識著結(jié)構(gòu)體的彈性性質(zhì)，如果測點的殘余變形率較大，則用彎沉傳感器的峰值去代替回彈彎沉，再用該“回彈彎沉”去反算結(jié)構(gòu)的回彈模量就會得到不準確的模量反算結(jié)果。因此本發(fā)明對殘余變形率大于10％且小于30％的測點進行修正，即將彎沉傳感器的原始峰值減去傳感器的殘余變形量，得到修正后的測點彎沉值。對于殘余變形率大于30％的測點，則可能是由于人工失誤、設(shè)備老化或試驗方法不得當?shù)仍驅(qū)е略摐y點的殘余變形率大于30％，所以該測點數(shù)據(jù)不可靠，應(yīng)予以剔除。
再次，根據(jù)荷載與彎沉峰值的相位差修正彎沉數(shù)據(jù)。
這里，參見圖5，圖5是在本發(fā)明中根據(jù)荷載與彎沉峰值相位差修正彎沉數(shù)據(jù)的示意圖。相位差是指荷載與彎沉到達峰值的時間間隔。利用相位差過大的測點彎沉數(shù)據(jù)進行模量反算時，往往使得整個路段的反算模量變異系數(shù)大幅提高，致使結(jié)構(gòu)強度評價的可靠度降低。為了減小數(shù)據(jù)與理論力學(xué)模型的背離，對于保留的各個測點數(shù)據(jù)，本發(fā)明以荷載傳感器的峰值為準，在模量反算系統(tǒng)運行中采集各彎沉傳感器的瞬間彎沉來得到測點的彎沉數(shù)據(jù)，降低相位差對模量反算結(jié)果的影響。比如，在圖5中，荷載到達峰值的時間是在t1時刻，而各彎沉曲線到達峰值的時間卻不在t1時刻，因此，本發(fā)明以荷載到達峰值的時間t1時刻為準，將各彎沉曲線在t1時刻的彎沉點即A’點、B’點、C’點和D’點的彎沉值作為各測點的彎沉數(shù)據(jù)。
最后，根據(jù)彎沉盆形狀系數(shù)修正測點數(shù)據(jù)，即保留彎沉盆形狀系數(shù)F在1.0～2.5之間的測試點數(shù)據(jù)，刪除彎沉盆形狀系數(shù)F在1.0～2.5范圍之外的測試點的數(shù)據(jù)。
這是由于，經(jīng)過上述FWD彎沉數(shù)據(jù)采集可靠性檢查、時程數(shù)據(jù)的殘余變形率檢查和荷載與彎沉峰值相位差的修正后保留的測試點數(shù)據(jù)，模量反算系統(tǒng)運行所得的彎沉盆形狀系數(shù)F應(yīng)在1.0～2.5之間，如果不在此范圍內(nèi)，則表明在實際工程試驗中所得的測試數(shù)據(jù)背離理論力學(xué)模型較遠，利用其進行模量反算，結(jié)果可靠性很低，應(yīng)將其刪除。
步驟204根據(jù)保留和修正后的FWD彎沉數(shù)據(jù)，以及確定出的填石路基的層位和泊松比計算一組初始模量值。
這里，在現(xiàn)有模量反算方法中，用戶首先選取一個初始模量，由該初始模量值計算出彎沉值，并根據(jù)計算出的彎沉值與實測彎沉值間的差異再次選取模量值，如此重復(fù)，直到所得彎沉值與實測彎沉值之間的差值滿足用戶要求。由此可見，在現(xiàn)有模量反算方法中，用戶選取的初始模量值是一個關(guān)鍵值，不同的初始模量可能使后續(xù)的迭代過程按照不同路徑進行收斂，甚至導(dǎo)致后續(xù)模量無法收斂，致使無法反算出模量。并且，不同的用戶即使使用相同的實測數(shù)據(jù)如果其輸入的首次初始模量值不同，也會使得最后得到的反算結(jié)果存在差異，從而無法確定出模量值。雖然現(xiàn)有模量反算方法可以采用一定的數(shù)學(xué)手段來緩解初始值問題，但無法從根本上避免。因此，在本發(fā)明中，由系統(tǒng)來確定初始模量，無需用戶輸入，徹底地解決了初始值問題。
本發(fā)明確定初始模量值的做法是在確定初始模量時，系統(tǒng)根據(jù)已在步驟202中由填石路基的填筑高度所確定的層位和由邊坡處理方式所確定的泊松比，以及步驟203中保留的FWD彎沉數(shù)據(jù)來確定初始模量值，具體實現(xiàn)方法為a、當填石路基的填筑高度小于1.5m時，由于按照雙層體系理論進行分析，且下層是由地基形成的半無限體，上層是有限厚度填石層。因此，對于下層的地基，初始模量值計算公式為E=pc*ac2*(1-μ2)*cdef*r,r=1500mm---(1-1)]]>在公式1-1中，c為彎沉常數(shù)，其值為c=1.1log(rac)+1.15,]]>r為FWD距離荷載中心的距離1500mm，pc是FWD的試驗荷載(KPa)，ac是FWD承載板半徑(mm)，μ是由邊坡處理方式而確定的泊松比值，def是離荷載中心距離為r即1500mm的傳感器彎沉值。
對于上層的填石路基，初始模量值同樣根據(jù)1-1式確定，但r不再是1500mm，而是r分別為200mm、300mm、450mm、600mm、900mm、1200mm、1500mm和1800mm時，所得的初始模量值中的最小值，即
因此，得到一組初始模量值，其中包括上層路基的初始模量值和下層地基的初始模量值。
b、當填石路基填筑厚度在1.5m～3m之間時，由于按照三層體系理論進行分析，因此，對于下層由地基形成的半無限體，初始模量同樣按照公式1-1確定，即E=pc*ac2*(1-μ2)*cdef*r,r=1500mm]]>對于上層的填石路基，初始模量值為 對于中間層的填石路基，初始模量值為 因此，得到一組初始模量值，其中包括上層路基的初始模量值、中間層路基的初始模量值和下層地基的初始模量值。
c、當路基填筑厚度大于3m時，由于按照雙層體系理論進行分析，且上層為有限厚填石層，下層是由地基與填石層共同組成的半無限體。因此，可令上下層的初始模量值相同，均為 因此，得到一組初始模量值，其中包括上層路基的初始模量值和下層路基與地基半無限體的初始模量值。
步驟205根據(jù)當前得到的一組模量值計算理論彎沉數(shù)據(jù)。
這里，將步驟204中根據(jù)已確定的填石路基的層位所計算出的一組模量值帶入彈性層狀體系的彎沉公式中計算理論彎沉數(shù)據(jù)。
步驟206判斷計算出的彎沉數(shù)據(jù)與實測彎沉數(shù)據(jù)之間的差值是否滿足擬合精度要求，如果是，則直接執(zhí)行步驟208，否則，執(zhí)行步驟207。
步驟207模量調(diào)整，得到下一步迭代的一組模量值，然后返回步驟205。
這里，所說的模量調(diào)整并獲取下一步迭代的模量值是指，根據(jù)計算出的彎沉數(shù)據(jù)與實測彎沉數(shù)據(jù)之間的差值估算一組模量值，將估算出的該組模量值作為當前得到的模量值。
較佳地，本發(fā)明可限定迭代的模量值范圍為50～700MPa。這一原則是通過現(xiàn)場試驗和工程調(diào)查而確定的。因此，如果獲取的迭代模量值即估算出的模量值大于700MPa，則本發(fā)明將該迭代模量值重新賦值為700MPa，如果獲取的迭代模量值即估算出的模量值小于50MPa，則本發(fā)明將該迭代模量值重新賦值為50MPa，如果估算出的模量值在50～700MPa之間，則無需替換。從而可減少模量反算次數(shù)，避免迭代過程中模量偏離真實值太遠，優(yōu)化迭代路徑。
步驟208將本次使用的一組模量值作為所求的模量反算結(jié)果。
至此，本發(fā)明完成了對填石路基的模量反算。
在得到模量反算結(jié)果后，將所得的模量反算結(jié)果與已定填石路基模量標準中所規(guī)定的標準值進行比較，如果符合要求，則認為填石路基的施工質(zhì)量合格，否則，認為其不合格，從而完成了對填石路基質(zhì)量的評價。
圖6是采用本發(fā)明的方法時系統(tǒng)所顯示的FWD原始測試數(shù)據(jù)的示意圖。在圖6中，下拉框顯示的是FWD原始測試數(shù)據(jù)的典型結(jié)構(gòu)。比如，下拉框中的“Drops”代表系統(tǒng)獲取的實測彎沉數(shù)據(jù)，“Histories”代表系統(tǒng)獲取的實測時程數(shù)據(jù)。從而體現(xiàn)了本發(fā)明充分利用FWD的多種實測數(shù)據(jù)進行填石路基模量反算的。
圖7是采用本發(fā)明的方法時系統(tǒng)所顯示的彎沉盆示意圖。參見圖7，根據(jù)本發(fā)明方法對FWD彎沉數(shù)據(jù)進行修正和剔除，所保留的FWD彎沉數(shù)據(jù)形成的彎沉盆具有比較規(guī)則的形狀，較好地反映了模量反算的理論力學(xué)模型，從而體現(xiàn)了本發(fā)明對FWD彎沉數(shù)據(jù)進行修正和剔除原則的正確性。
圖8是采用本發(fā)明的方法時系統(tǒng)所顯示的測點檢查結(jié)果示意圖。圖8體現(xiàn)了本發(fā)明保留測試荷載在800KPa以上的測試數(shù)據(jù)，刪除測試荷載在800KPa以下的測試數(shù)據(jù)原則的可實施性。
圖9是采用本發(fā)明的方法時系統(tǒng)所顯示的荷載及彎沉?xí)r程數(shù)據(jù)示意圖。參見圖9，圖中窗口上顯示了FWD時程曲線的各特征參數(shù)，其中第二行的“殘余變形率”與“相位差”參數(shù)，正是本發(fā)明在“FWD彎沉數(shù)據(jù)的修正和剔除”中提到的其中兩個修正和剔除依據(jù)，體現(xiàn)了本發(fā)明對FWD彎沉數(shù)據(jù)修正和剔除原則的可實施性。
圖10是采用本發(fā)明的方法時系統(tǒng)所顯示的模量反算結(jié)果示意圖。參見圖10，其右中部有一個復(fù)選框“由文件產(chǎn)生測點信息”，該復(fù)選框即可將指定的路基參數(shù)文件導(dǎo)入系統(tǒng)，該路基參數(shù)的格式為每一行為一個測點，按照彎沉數(shù)據(jù)的排列順序，第一個記錄為“路基填筑高度”，第二個記錄為“邊坡處理類型”，其中“1”為框架護坡；“2”為碼砌邊坡；“3”為無邊坡處理，從而體現(xiàn)了本發(fā)明的可實施性。另外，該窗口中并沒有初始模量的輸入焦點，表明該初始模量由系統(tǒng)自動生成，體現(xiàn)了本發(fā)明有關(guān)“確定初始模量”的發(fā)明思想。
總之，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種填石路基的模量反算方法，其特征在于，該方法包括以下步驟A、獲取填石路基的結(jié)構(gòu)參數(shù)和落錘式彎沉儀FWD的測試數(shù)據(jù)；B、根據(jù)填石路基的結(jié)構(gòu)參數(shù)確定填石路基的層位和泊松比取值，并對FWD測試數(shù)據(jù)中包含的實測彎沉數(shù)據(jù)進行修正；C、根據(jù)修正后的FWD測試數(shù)據(jù)以及已確定的填石路基的層位和泊松比取值計算出一組初始模量值，將計算出的該組初始模量值作為當前模量值；D、根據(jù)當前模量值計算彎沉值，判斷計算出的彎沉值與步驟A獲取的FWD測試數(shù)據(jù)中包括的實測彎沉值之間的差值是否滿足擬合精度要求，如果是，則將當前所得模量值作為模量反算結(jié)果，然后結(jié)束本流程，否則，執(zhí)行步驟E；E、根據(jù)計算出的彎沉值與實測彎沉值之間的差值計算出一組模量值，將計算出的該組模量值作為當前所得模量值，返回步驟D。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟A中，所獲取的填石路基的結(jié)構(gòu)參數(shù)中包括填石路基的填筑高度；在步驟B中，根據(jù)已獲取的填石路基的填筑高度確定填石路基的層位。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在步驟B中，所述根據(jù)已獲取的填石路基的填筑高度確定填石路基層位的步驟包括B11、判斷填石路基的填筑高度是否小于1.5米，如果是，則將路基作為一層，將地基作為一層，然后結(jié)束當前流程，否則，執(zhí)行步驟B12；B12、判斷填石路基的填筑高度是否大于3米，如果是，則將厚度在0.6米～1.2米的上層路基作為一層，將剩余深度的路基連同地基作為一層，然后結(jié)束當前流程，否則，執(zhí)行步驟B13；B13、將填石路基分為上下兩層，上層厚度在0.6米～1.5米之間，或是1～2層填筑厚度，下層厚度不大于1.8米，將地基作為一層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟A中，所獲取的填石路基的結(jié)構(gòu)參數(shù)中包括填石路基的邊坡處理方式；在步驟B中，根據(jù)已獲取的填石路基的邊坡處理方式確定泊松比的取值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)已獲取的填石路基的邊坡處理方式確定泊松比取值的步驟包括B21、判斷填石路基的邊坡處理方式是否為框架護坡，如果是，則將泊松比取值為0.33，否則，執(zhí)行步驟B22；B22、判斷填石路基的邊坡處理方式是否為碼砌邊坡，如果是，則將泊松比取值為0.35，否則，將泊松比取值為0.36。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟B中，所述對FWD測試數(shù)據(jù)中包含的實測彎沉數(shù)據(jù)進行修正，包括以下步驟B31、對于同一測點的連續(xù)落錘試驗，如果各錘記錄的荷載峰值都小于其容許偏差的2％，則保留該測點的所有數(shù)據(jù)，否則，刪除該測點的所有數(shù)據(jù)；B32、在保留測點的FWD測試數(shù)據(jù)中，判斷一個測點若干錘所采集彎沉數(shù)據(jù)的標準差與容許偏差的比值是否小于1，如果是，則保留該測點的所有數(shù)據(jù)，否則刪除該測點的所有數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在步驟B中，所述對FWD測試數(shù)據(jù)中包含的實測彎沉數(shù)據(jù)進行修正的步驟進一步包括保留測試荷載在800KPa以上測點的所有數(shù)據(jù)，刪除測試荷載在800KPa以下測點的所有數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟A中，所述FWD測試數(shù)據(jù)中包含實測時程數(shù)據(jù)；步驟B在對FWD測試數(shù)據(jù)中包括的實測彎沉數(shù)據(jù)進行修正之后進一步包括對于實測時程數(shù)據(jù)的殘余變形率大于10％且小于30％的測點，將彎沉傳感器的原始峰值減去傳感器的殘余變形量，得到修正后的測點彎沉數(shù)據(jù)，對于實測時程數(shù)據(jù)的殘余變形率大于30％的測點，直接刪除該測點的所有數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟B進一步包括在系統(tǒng)運行得到測點的相位差時，將荷載傳感器到達峰值時刻彎沉傳感器的瞬間彎沉值保留為該測點的彎沉數(shù)據(jù)；所述步驟C進一步包括根據(jù)修正后各測點的彎沉數(shù)據(jù)計算所述的一組初始模量值。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟B進一步包括在系統(tǒng)運行得到彎沉盆形狀系數(shù)后，保留彎沉盆形狀系數(shù)在1.0～2.5之間的測點數(shù)據(jù)，刪除彎沉盆形狀系數(shù)在1.0～2.5范圍之外的測點數(shù)據(jù)；所述步驟C進一步包括根據(jù)由彎沉盆形狀系數(shù)修正后的測點數(shù)據(jù)計算所述的一組初始模量值。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在步驟C中，所述根據(jù)修正后的FWD測試數(shù)據(jù)以及已確定的填石路基的層位和泊松比取值計算一組初始模量值的步驟包括C11、判斷填石路基是否已分為2層，如果是，則執(zhí)行步驟C12，否則，直接執(zhí)行步驟C15；C12、判斷下層是否為僅由地基形成的半無限體，如果是，則執(zhí)行步驟C13，否則，執(zhí)行步驟C14；C13、由公式E=pc*ac2*(1-μ2)*cdef*r,]]>r＝1500mm計算下層地基的初始模量值，由公式 計算上層路基的初始模量值，公式中，ac是FWD承載板半徑，c為彎沉常數(shù)，其值為c=1.1log(rac)+1.15,]]>pc是FWD的試驗荷載值，μ是泊松比值，r是距荷載中心的距離，def是實測的離荷載中心距離為r的傳感器彎沉值，將計算出的上層路基初始模量值和下層地基初始模量值作為一組初始模量值，然后結(jié)束當前流程；C14、由公式 計算上層路基的初始模量值和下層由地基與部分路基組成的半無限體的初始模量值，將計算出的上層路基初始模量值和下層半無限體的初始模量值作為一組初始模量值，然后結(jié)束當前流程；C15、由公式E=pc*ac2*(1-μ2)*cdef*r,]]>r＝1500mm計算下層由地基形成的半無限體的初始模量值，由公式 計算上層和中間層路基的初始模量值，將計算出的上層和中間層路基初始模量值以及下層由地基形成的半無限體的初始模量值作為一組初始模量值。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法進一步包括限定模量值的范圍為50～700MPa；在步驟E中，所述將計算出的一組模量值作為當前所得模量值的步驟包括
100.判斷計算出的一組模量值中是否存在大于700MPa的模量值，如果存在，則取大于700MPa的模量值等于700MPa，然后執(zhí)行步驟101，如果不存在，則直接執(zhí)行步驟101；
101.判斷計算出的該組模量值中是否存在小于50MPa的模量值，如果存在，則取小于50MPa的模量值等于50MPa，然后將得到的該組模量值作為當前得到的模量值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種填石路基的模量反算方法，包括以下步驟a.獲取填石路基結(jié)構(gòu)參數(shù)和落錘式彎沉儀(FWD)測試數(shù)據(jù)；b.由填石路基結(jié)構(gòu)參數(shù)確定填石路基的層位和泊松比，對FWD測試數(shù)據(jù)中實測彎沉數(shù)據(jù)進行修正；c.根據(jù)修正后的FWD測試數(shù)據(jù)及已確定的填石路基層位和泊松比計算一組初始模量值，將計算出的該組初始模量值作為當前所得模量值；d.由當前所得模量值計算彎沉值，判斷計算出的彎沉值與實測彎沉值之間的差值是否滿足要求，如果是，則將當前所得模量值作為模量反算結(jié)果，結(jié)束本流程，否則由計算出的彎沉值與實測彎沉值之間的差值計算一組模量值，將計算出的該組模量值作為當前所得模量值，返回步驟d。本發(fā)明可為填石路基的結(jié)構(gòu)性能評價提供可靠依據(jù)。
文檔編號G01N3/30GK1576817SQ20041007457
公開日2005年2月9日 申請日期2004年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月7日
發(fā)明者沙愛民, 竇光武, 賈侃, 涂圣武 申請人:長安大學(xué)