本发明专利技术公开了一种基于空气耦合探地雷达的土基压实度测量方法及装置，包括：通过空气耦合探地雷达系统实时计算当前位置土基介电常数；通过GPS定位器关联土基介电常数与测量位置；通过实时压实度反馈显示器计算土基压实度，绘制场地内土基二维压实度分布数据。相对于现有技术，本发明专利技术实现了土基压实度的连续、实时、无损检测，并在显示器中实现了压实度分布的可视化展示，进一步指导操作人员进行现场的压实路径优化，对于工程应用中土基连续压实控制施工具有重要指导意义。控制施工具有重要指导意义。控制施工具有重要指导意义。
【技术实现步骤摘要】
一种基于空气耦合探地雷达的土基压实度测量方法及装置
[0001]本专利技术属于道路工程无损检测
，具体涉及一种基于空气耦合探地雷达的土基压实度测量方法及装置。
技术介绍
[0002]公路土基压实作为施工的关键步骤，充分压实可提高结构强度、刚度及稳定性，保障道路结构的服役使用性能。现场施工数据表明：压实度每增加1％，路用材料对应的承载能力能提高10
‑
15％。反之，土基压实度不足会引起路基沉降、滑坡、翻浆、冻胀等病害，进而破坏道路结构，降低道路使用寿命。
[0003]现有土基压实度测量技术通过压实完成后的单点检测采集压实数据，无法获取现场全局压实度分布信息和整体压实情况，缺乏土基压实度实时变化信息。事后检测延缓路面施工铺装进度，难以针对欠压或过压进行现场实时修补工作，造成人力物力浪费，无法满足公路施工精细化、智能化的要求。
[0004]作为一种电磁无损检测技术，探地雷达可提供实时土基压实控制。探地雷达通过分析来自土基的电磁波反射信号波形、振幅和时间变化，从而计算对应位置介电常数，并通过室内标定试验获得的介电常数
‑
压实度指数回归曲线计算土基压实度。探地雷达允许高速率和非接触数据采集，通过空气耦合天线和自动化算法可实现土基压实过程中的实时、连续压实度反馈。使用探地雷达进行土基压实度实时测量时存在如下技术问题：
[0005](1)缺乏实时信号处理和土基压实度反馈算法，无法直观展示现场压实度随压实次数的变化情况，判断当前位置是否为欠压或过压区域。
[0006](2)现场测量计算的土基压实度数据无法自动化匹配对应定位数据，难以确定过压或欠压位置，影响基于全过程土基压实度预测结果的实时压实修补。
技术实现思路
[0007]专利技术目的：针对以上问题，本专利技术提出一种基于空气耦合探地雷达的土基压实度测量方法及装置。该方法可提供压实过程现场全局土基压实度变化，进行现场的压实度控制，指导实时补压和修复工作，实现传统土基压实的施工工后控制向工中控制转变，避免施工过程“过压”或“欠压”问题造成的经济和道路使用寿命损失，提升质量的同时，可显著提高施工效率、降低设备油耗、人工等工程成本。
[0008]技术方案：为实现本专利技术的目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0009]一种基于空气耦合探地雷达的土基压实度测量方法，包括如下步骤：
[0010]步骤1，获取场地内原状土或与原状土相同类型土样，制备不同压实度的土样试件，测试土样密度和土样介电常数，绘制指数回归曲线；
[0011]步骤2，压实过程开始前启动空气耦合探地雷达系统，标定信号增益和滤波器，进行系统预热；
[0012]步骤3，预热完成后使用标定金属板水平放置于空气耦合天线下方，采集探地雷达
信号，该信号为所述空气耦合天线发射出的初始信号；移除金属板，采集土基表面探地雷达信号，该信号为上述初始信号在土基表面和内部传播信号；
[0013]步骤4，使用步骤2中空气耦合天线的初始信号和土基表面反射信号，基于表面反射法计算当前压实位置土样介电常数，根据步骤1中获得的指数回归曲线获取当前压实位置土样压实度；
[0014]步骤5，获取当前位置，经多测线扫描和结果拼接绘制场地内土样二维压实度分布图，记录并显示实时压实度；判断是否压实不足或压实过度，进行现场压实路径优化。
[0015]作为本专利技术的一种优选方案，所述标定金属板为钢板或铜板，尺寸不少于1平方米。金属板导致电磁波全反射，可获取来自空气耦合天线的发射信号波形和波幅；金属板尺寸可覆盖空气耦合探地雷达天线发射的电磁波足印，提供完整的全反射电磁波能量。
[0016]作为本专利技术的一种优选方案，步骤4所述表面反射法计算土样介电常数公式如下：
[0017][0018]其中，ε
soil
为土基的介电常数，A0为土基表面反射的振幅，由探地雷达天线发射土基得到的表面反射信号获取；A
p
为金属板标定信号中表面反射的振幅，由探地雷达天线发射标定金属板得到的反射信号获取。
[0019]本专利技术还提供了一种基于空气耦合探地雷达的土基压实度测量装置，包含空气耦合探地雷达系统、实时压实度反馈显示器、GPS定位器以及标定金属板；所述空气耦合探地雷达系统安装于土基压实设备上，空气耦合天线通过非金属横杆安装于压实设备滚轮前方，通过线缆连接探地雷达主机，该主机安装于压实设备控制室，连接实时压实度反馈显示器；所述GPS定位器安装于压实设备顶部，连接所述探地雷达主机，用于数据采集过程中GPS记录当前数据坐标，并通过几何转换对应空气耦合探地雷达天线位置；所述实时压实度反馈显示器用于在压实过程实时反馈现场土基压实度，在过压或欠压状态下显示警报，指导现场的压实路径优化。
[0020]所述空气耦合探地雷达系统在压实过程中实时采集电磁波信号，经所述主机进行自动降噪信号处理，获取当前空气耦合天线位置的土基反射信号，使用表面反射法计算介电常数。所述压实度测量装置遍历扫描现场土基，通过所述主机和GPS计算测线上土基介电常数分布；拼接各条测线土基介电常数分布结果，获取土基的二维介电常数分布；测试不同压实度原状土介电常数，与对应压实度拟合，绘制指数回归曲线；基于获取的土基二维介电常数分布，通过指数回归曲线计算得到土基二维压实度分布。
[0021]作为本专利技术的一种优选方案，所述空气耦合天线高度距离压实土基表面不少于30cm。
[0022]作为本专利技术的一种优选方案，所述非金属横杆制作材料为玻璃纤维或高强度塑料，可有效避免横杆在空气耦合探地雷达天线中产生来自金属材料的反射噪声。
[0023]有益效果：与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下有益的技术效果：
[0024]1、本专利技术可实现土基压实度的连续、无损检测。
[0025]2、本专利技术可将土基压实度数据与定位数据相结合，确定压实不足或过度区域，方
便现场施工人员进行现场压实路径优化和针对性的修补措施。
[0026]3、本专利技术能对压实度分布情况进行直观、实时的可视化展示，方便现场施工人员确定压实质量不合格区域。
附图说明
[0027]图1是本专利技术实施的安装在压路机上探地雷达的方案示意图；
[0028]图2是本专利技术实施的土基压实过程中压实度随碾压遍数变化曲线。
具体实施方式
[0029]下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明。
[0030]本专利技术所述的一种基于空气耦合探地雷达的土基压实度测量装置，包含空气耦合探地雷达系统、实时压实度反馈显示器、GPS定位器以及标定金属板；空气耦合探地雷达系统安装于土基压实设备上，空气耦合天线通过非金属横杆安装于压实滚轮前方，通过线缆连接探地雷达主机，该主机安装于压实设备控制室，连接压实度反馈屏幕，用于在压实过程中实时采集电磁波信号并进行自动信号处理，计算空气耦合天线当前位置的土基介电常数；GPS定位器安装于压实设备车顶，连接所述探地雷达控本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于空气耦合探地雷达的土基压实度测量方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，获取场地内原状土或与原状土相同类型土样，制备不同压实度的土样试件，测试土样密度和土样介电常数，绘制指数回归曲线；步骤2，压实过程开始前启动空气耦合探地雷达系统，标定信号增益和滤波器，进行系统预热；步骤3，预热完成后使用标定金属板水平放置于空气耦合天线下方，采集探地雷达信号，该信号为所述空气耦合天线发射出的初始信号；移除金属板，采集土基表面探地雷达信号，该信号为上述初始信号在土基表面和内部传播信号；步骤4，使用步骤2中空气耦合天线的初始信号和土基表面反射信号，基于表面反射法计算当前压实位置土样介电常数，根据步骤1中获得的指数回归曲线获取当前压实位置土样压实度；步骤5，获取当前位置，经多测线扫描和结果拼接绘制场地内土样二维压实度分布图，记录并显示实时压实度；判断是否压实不足或压实过度，进行现场压实路径优化。2.根据权利要求1所述的一种基于空气耦合探地雷达的土基压实度测量方法，其特征在于：所述标定金属板为钢板或铜板，尺寸不少于1平方米。3.根据权利要求1所述的一种基于空气耦合探地雷达的土基压实度测量方法，其特征在于：步骤4所述表面反射法计算土样介电常数公式如下：其中，ε
soil
为土基的介电常数，A0为土基表面反射的振幅，由探地雷达天线发射土基得到的表面反射信号获取；A
p
为金属板标定信号中表面反射的振幅，由探地雷达天线发射标定金属板得到的反射信号获取。4.一种基于探地雷达的土基压实度信号采集装置，其特征在于，所述装置包括：空气耦合探地雷达系统、实时压实度反馈显示器、GPS定位器以及标定金属板；所述空气耦合探...
【专利技术属性】
技术研发人员：王飔奇，朱宇，马涛，张伟光，童峥，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。