确定附加质量法检测土石坝堆石料密度相关参数的方法与流程

1.本发明的实施方式涉及土石坝堆石料密度检测技术领域，更具体地，本发明的实施方式涉及一种确定附加质量法检测土石坝堆石料密度相关参数的方法。


背景技术：

2.本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述可包括可以探究的概念，但不一定是之前已经想到或者已经探究的概念。因此，除非在此指出，否则在本部分中描述的内容对于本技术的说明书和权利要求书而言不是现有技术，并且并不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
3.随着土石坝工程建设技术的不断发展，工程填筑施工效率日渐提高，随着施工进度的加快，工程对筑坝料施工质量检测效率的要求也逐步提高。对于土石填筑工程，填筑料压实后的干密度与施工质量具有较好的相关性，能够从一定程度上反映施工质量。长期以来，在堆石坝、堆石路基、堆石地基等工程堆石材料压实密度的检测中习惯采用的方法是坑测法。由于坑测法需要完成挖坑、采样、称重、灌水、测量试坑体积、试坑回填压实等多道工序，而且为了不扰动试坑边沿堆石土的原状结构，完成以上工序主要靠人工作业，故每个测点的现场作业时间少则几个小时，多则十几个小时，加上资料整理分析工作，时间就更长，严重影响了工程进度。
4.附加质量法是一种堆石料密度原位无损动测法。这种方法是以单自由度线弹性体系为理论模型，并根据叠加原理采取在堆石土振动体系上附加多级刚性质量体的办法，测出体系的自振频率，解出体系的动刚度和参振质量，再将其转化为堆石料密度的。经过30年来的发展，附加质量法已广泛应用于多个重大土石坝工程堆石料密度的检测。但是，附加质量法的理论模型仍为十分理想的质弹阻模型，是通过假定堆石料为一维单自由度运动体系进行求解。在推算密度的过程中，假设在附加不同质量冲击作用下，检测部位堆石料的参振刚度与质量不变。众所周知，这些假设与实际情况不符。然而，附加质量法的理论基础并未深入开展研究，假设与实际的差异对检测结果精度的影响程度尚不清楚，这无疑影响了附加质量法的进一步改进与推广应用。因此，开展附加质量法相关的基础研究十分必要。
5.由于堆石这种岩土材料自身复杂性，通过纯数学公式的理论推导开展附加质量法的研究无疑是行不通的。近几十年来，数值仿真分析已逐渐成为研究岩土材料与岩土工程的主流方法。此时，建立附加质量法的数值模型至关重要。理论上，采用离散元法模拟堆石颗粒的真实分布情况，就能获得精准的结果。但是，由于堆石料颗粒尺寸变化范围较大，离散元法往往受计算能力的限制，较难模拟真实的足尺级配，堆石料的力学特性的描述常常差强人意。另外，离散元法也较难合理模拟冲击波的传播特性。
6.综上所述，目前通常采用附加质量法来检测土石坝堆石料密度，但是附加质量法的密度检测结果是在假设附加不同质量冲击作用下，检测部位堆石料的参振刚度与质量不变的情况下取得的，由于这些假设与实际不符，假设与实际的差异势必会影响检测结果的精度。然而，针对这一情况，目前并没有一种有效的解决方法。
7.因此，目前急需一种能够堆石料在附加不同质量时受冲击作用下，检测部位堆石料的参振刚度与质量改变的情况下，高精度推算出所测堆石料密度的检测方法。


技术实现要素：

8.现有技术中，土石坝堆石料密度检测存在以上诸多弊端。为此，非常需要一种确定附加质量法检测土石坝堆石料密度相关参数的方法，用于解决堆石料在附加不同质量时受冲击作用下，检测部位堆石料的参振刚度与质量改变的情况下，如何高精度推算出所测堆石料的密度。
9.在本发明实施方式中，提供了一种确定附加质量法检测土石坝堆石料密度相关参数的方法，该方法包括：联合已确定的堆石料模型尺寸、附加质量块尺寸和荷载大小，以及网格剖分、粘弹性波动边界，建立附加质量法的堆石料密度检测仿真模型；利用附加质量法对多种不同密度的堆石料开展室内小型物模试验，获得附加不同质量下冲击波在每种堆石料的传播特性，并依据所获得的冲击波在每种堆石料的传播特性，对所述堆石料密度检测仿真模型进行标定；利用标定后的堆石料密度检测仿真模型对待测堆石料开展仿真试验，获得待测堆石料在附加不同质量下的参振范围和振动主频；其中，堆石料的振动主频为附加质量块中间位置的振动主频；利用待测堆石料在附加不同质量下的参振范围，分别计算得到待测堆石料在附加不同质量下的参振体积；将待测堆石料在附加不同质量下的振动主频，分别代入堆石料的参振质量与振动主频之间的关系式，得到待测堆石料在附加不同质量下的参振质量；结合待测堆石料在附加不同质量下的参振质量和参振体积，计算得到该待测堆石料在附加不同质量下的密度；其中，所述堆石料的参振质量与振动主频之间的关系式通过以下步骤得到：利用标定后的堆石料密度检测仿真模型对多种不同密度的堆石料开展仿真试验，获取每种堆石料在附加不同质量下的参振范围和振动主频；利用所获得的堆石料参振范围计算得到相应的堆石料参振体积，结合已知的堆石料密度和所获得的堆石料参振体积计算得到相应的堆石料参振质量，从而获得多组堆石料的参振质量和振动主频，通过拟合得到堆石料的参振质量与振动主频之间的关系式。
10.在一个实施例中，所述网格剖分为跨尺度网格剖分。
11.在另一个实施例中，所述跨尺度网格剖分采用有限元-比例边界有限元耦合剖分方法实现。
12.在又一个实施例中，所述跨尺度网格剖分通过以下步骤实现：利用附加质量法对多种不同密度的堆石料开展室内小型物模试验，获得每种堆石料在附加不同质量下的参振范围；对所获得的每种堆石料在附加不同质量下的参振范围进行统计分析，得到堆石料的粗略参振范围；利用所述堆石料的粗略参振范围确定网格剖分的尺寸，使所述堆石料的粗略参振范围内的网格尺寸小于堆石料粗略参振范围外的网格尺寸。
13.在再一个实施例中，所述粘弹性波动边界添加在堆石料模型的侧面及底部，且粘弹性波动边界不影响堆石料模型内部的动力响应。
14.在还一个实施例中，添加所述粘弹性波动边界通过以下步骤实现：在堆石料模型的侧面及底部添加粘弹性波动边界，扩大模型范围，直至添加不同边界时模拟结果相同，且大、小范围模型内部的动力响应相同，则所添加的粘弹性波动边界有效。
15.在还一个实施例中，利用数学统计方法对获得的多组堆石料参振质量和振动主频
进行拟合，得到堆石料的参振质量与振动主频之间的关系式。
16.在还一个实施例中，所述堆石料参振体积利用所获得的堆石料参振范围和堆石料模型的尺寸计算得到。
17.在还一个实施例中，堆石料的参振范围为仿真模型内部从加载点到振动波的位移峰值衰减至设定值的范围。
18.在还一个实施例中，所述堆石料模型尺寸、附加质量块尺寸和荷载大小，根据已有室内三轴试验成果和大坝变形实测结果确定。
19.本发明的有益效果包括：本发明在建立附加质量法的堆石料密度检测仿真模型后，利用室内小型物模试验的结果对建立的堆石料密度检测仿真模型进行标定，使该仿真模型能更加精准地描述堆石料的力学特性、冲击荷载的传播特性，确保仿真结果的真实可靠；然后，利用标定后的堆石料密度检测仿真模型对多种不同密度的堆石料开展仿真试验，通过仿真试验获得多组堆石料的参振质量和振动主频，从而拟合得到堆石料的参振质量与振动主频之间的关系式，由于用来拟合关系式的参振质量和振动主频均随附加质量的变化而变化，所以拟合得到的关系式，能够反映堆石料在附加不同质量时受冲击作用下，堆石料的参振刚度与参振质量改变的情况下，参振质量和振动主频之间的关系；最后，利用标定后的堆石料密度检测仿真模型对待测堆石料开展仿真试验，将获得的待测堆石料在附加不同质量下的振动主频，分别代入拟合得到的关系式，得到待测堆石料在附加不同质量下的参振质量，进而结合待测堆石料在附加不同质量下的参振质量和参振体积，计算得到该待测堆石料在附加不同质量下的密度，由此可见本发明方法检测得到的待测堆石料的密度，是堆石料在附加不同质量时受冲击作用下，检测部位堆石料的参振刚度与参振质量改变的情况下得到的，与实际情况相符，检测得到的堆石料密度准确性更高。
20.另外，本发明采用跨尺度网格剖分方法，能充分利用参振范围外区域对获取堆石料参振范围的影响较小的特点，在粗略参振范围内采用更精细的网格尺寸，能确保计算的精确性；在粗略参振范围外采用相对稀疏的网格尺寸，能提高计算效率，并且不影响计算精度；从而有效避免了采用传统有限元网格造成的网格量大，计算效率低等问题。
21.对于土石填筑工程，填筑料压实后的干密度与施工质量具有较好的相关性，能够从一定程度上反映施工质量，因此利用本发明进行堆石料密度检测，能极大提高筑坝料施工质量检测效率。
附图说明
22.通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：
23.图1示意性地示出了根据本发明一个实施例的一种确定附加质量法检测土石坝堆石料密度相关参数的方法的流程图；
24.图2示意性地示出了根据本发明实施例的步骤1的二维跨尺度网格剖分示意图；
25.图3示意性地示出了根据本发明实施例的步骤1的三维跨尺度网格剖分示意图；
26.图4示意性地示出了根据本发明实施例的步骤2的小型物模试验示意图；
27.在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。
具体实施方式
28.下面将参考若干示例性实施方式来描述本发明的原理和精神。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本发明，而并非以任何方式限制本发明的范围。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
29.下面参考本发明的若干代表性实施方式，详细阐释本发明的原理和精神。
30.现有技术中，利用附加质量法测量堆石料密度的过程为：通过附加多级质量块，获取附加不同质量下附加质量块中心点的动力信息，利用叠加原理，来推算堆石料的参振质量，进而结合对应的参振范围，求得堆石料密度，具体如下：
31.设土体的参振质量为m0、附加质量为δm，根据叠加原理有：
[0032][0033]
k＝ω2·
(δm+m0)
[0034]
当附加质量δm＝0时，则有：k＝ω
02
·
m0[0035]
式中，z、分别为质点振动的位移函数、加速度函数，k为体系动刚度，ω和ω0分别为系统的固有频率和参振体的固有频率；m0为参振体的参振质量。
[0036]
如果在土体上加一级附加质量δm1，可测到一个ω1,这样一个方程中仍有两个未知量k、m0，还是没有唯一解；由于传统附加质量法假设附加不同质量下，参振堆石料的参振质量m0和体系动刚度k不变，那么通过加两级附加质量δm1、δm2，能得到两个相应的频率ω1、ω2，方程k＝ω2·
(δm+m0)才有唯一解，得下式：
[0037][0038]
如此，通过两次附加质量块，即可得到参振堆石料的参振质量m0。
[0039]
在根据叠加原理完成参振质量m0的推算后，根据已获得的参振范围和模型箱尺寸，可推算出参振体积v。进而依据密度计算公式，可得参振堆石料的密度为：
[0040][0041]
由上述过程可知，现有传统附加质量法是在假设附加不同质量下，参振堆石料的参振质量和体系动刚度不变的情况下，计算参振堆石料密度的。由于这些假设与实际不符，假设与实际的差异势必会影响检测结果的精度。
[0042]
本发明将针对这一情况，实现堆石料在附加不同质量时受冲击作用下，检测部位堆石料的参振刚度与质量改变的情况下，高精度推算出所测堆石料的密度。
[0043]
在介绍了本发明的基本原理之后，下面具体介绍本发明的各种非限制性实施方式。
[0044]
根据本发明的实施方式，提出了一种确定附加质量法检测土石坝堆石料密度相关参数的方法。此外，附图中的任何元素数量均用于示例而非限制，以及任何命名都仅用于区分，而不具有任何限制含义。
[0045]
下面参考图1来描述根据本发明示例性实施方式的一种确定附加质量法检测土石坝堆石料密度相关参数的方法。需要注意的是，本发明的实施方式可以应用于适用的任何场景。只要是涉及到堆石料密度检测的应用场景中，均可以采用本发明所介绍的方法。
[0046]
图1示意性地示出了根据本发明一个实施例的一种确定附加质量法检测土石坝堆石料密度相关参数的方法的流程图。
[0047]
在步骤1中，联合已确定的堆石料模型尺寸、附加质量块尺寸和荷载大小，以及网格剖分、粘弹性波动边界，建立附加质量法的堆石料密度检测仿真模型；
[0048]
其中，堆石料模型根据堆石料的实际类型(碎石、砂砾)、级配确定，本实施例中，以附加质量法质弹模型为基础，忽略堆石料阻尼的影响，将堆石料的振动等效为单自由度无阻尼自由振动体系。
[0049]
本实施例中，堆石料模型尺寸、附加质量块尺寸和荷载大小，根据已有室内三轴试验成果和大坝变形实测结果确定。
[0050]
本实施例的网格剖分为跨尺度网格剖分，具体地，采用有限元-比例边界有限元耦合剖分方法生成跨尺度网格，二维跨尺度网格剖分示意图如图2所示，三维跨尺度网格剖分示意图如图3所示，进行跨尺度网格剖分的具体过程如下：
[0051]
利用附加质量法对多种不同密度的堆石料开展室内小型物模试验，获得每种堆石料在附加不同质量下的参振范围；对所获得的每种堆石料在附加不同质量下的参振范围进行统计分析，得到堆石料的粗略参振范围；利用堆石料的粗略参振范围确定网格剖分的尺寸，使堆石料的粗略参振范围内的网格尺寸小于堆石料粗略参振范围外的网格尺寸。
[0052]
这种跨尺度网格剖分方法，充分利用了参振范围外区域对获取堆石料参振范围的影响较小的特点，在粗略参振范围内采用更精细的网格尺寸，能确保计算的精确性；在粗略参振范围外采用相对稀疏的网格尺寸，能提高计算效率，并且不影响计算精度；从而有效避免了采用传统有限元网格造成的网格量大，计算效率低等问题。
[0053]
作为其他实施方式，若在侧重于计算精度的情况下，也可以采用粗略参振范围内外的网格尺寸相同的划分方式。
[0054]
本实施例中，粘弹性波动边界添加在堆石料模型的侧面及底部，且粘弹性波动边界不影响堆石料模型内部的动力响应。具体地，添加粘弹性波动边界通过以下步骤实现：
[0055]
在堆石料模型的侧面及底部增加粘弹性波动边界，并验证边界的有效性，首先进行与理论解相近的工况研究，扩大模型范围，以消除边界类型对模拟结果的影响，当在此模型范围下，模型添加不同边界时模拟结果相同，即可认为添加边界对模拟结果不造成影响，该工况与实际情况相符合，可认为该模拟结果为理论解；将此结果与原来模型结果进行对比，当结果一致时，说明在该边界的影响下，大小范围模型内部动力响应基本相同，可认为给小范围模型施加的粘弹性波动边界可以有效的吸收和反弹振动波，可以有效的模拟振动波在无限域内的传播，验证了该边界的有效性。
[0056]
在步骤2中，利用附加质量法对多种不同密度的堆石料开展室内小型物模试验，获得附加不同质量下冲击波在每种堆石料的传播特性，并依据所获得的冲击波在每种堆石料的传播特性，对堆石料密度检测仿真模型进行标定；
[0057]
标定后的堆石料密度检测仿真模型能够更加精准地描述堆石料的力学特性、冲击波的传播特性。
[0058]
利用附加质量法开展小型物模试验的示意图如图4所示。图中，重锤的重量和高度、模型箱尺寸、附加质量块尺寸均根据实际需要设置，其中，重锤从设定高度落在堆石料上的应力即为荷载大小。例如，可以根据已有室内三轴试验成果、大坝变形实测结果等，确
定小型物模试验的荷载大小、模型箱尺寸和附加质量块尺寸。
[0059]
利用附加质量法开展小型物模试验的具体过程如下：
[0060]
首先进行试验布置，具体地：先在模型箱内进行堆石料的铺设，铺设完成后进行多遍碾压，并在堆石料内部选择多个动力监测点，每个动力监测点都布设振动传感器，通过在堆石料内部布设振动传感器的形式，来大致确定冲击波的有效传播范围；然后在模型箱内部堆石料上平铺一层平整用细沙，再在上面盖上附加质量块，并在附加质量块的中心位置布置加速度传感器。
[0061]
试验布置完成后，将重锤吊起固定高度，水平砸至附加质量块旁堆石上，通过加速度传感器测量附加质量块中心位置的动力信息变化以备用。
[0062]
依此形式，利用附加质量法对多种不同密度的堆石料开展物模试验，针对每种密度的堆石料，均通过逐级增加附加质量块的方式，测得附加不同质量下冲击波在每种堆石料的传播特性，从而能够利用所获得的冲击波在每种堆石料的传播特性，对堆石料密度检测仿真模型进行标定；同时也能测得附加不同质量下各动力监测点处振动波的位移峰值衰减程度，从而能够根据振动波的位移峰值衰减程度，确定每种堆石料在附加不同质量下的参振范围，进而综合多组堆石料参振范围，统计分析得到堆石料的粗略参振范围，供网格剖分使用；同时，还能测得每种堆石料在附加不同质量下附加质量块中心位置的动力信息，进而能根据附加质量块中心位置的动力信息，确定附加质量块中间位置的振动主频，作为堆石料的振动主频。
[0063]
在步骤3中，利用标定后的堆石料密度检测仿真模型对待测堆石料开展仿真试验，获得待测堆石料在附加不同质量下的参振范围和振动主频；其中，堆石料的参振范围为仿真模型内部从加载点到振动波的位移峰值衰减至设定值的范围，堆石料的振动主频为附加质量块中间位置的振动主频；
[0064]
具体地，针对待测堆石料，通过逐级增加附加质量块的方式，获取附加不同质量下仿真模型内部所有位置的动力信息和附加质量块中间位置的振动主频；从仿真模型内部所有位置的动力信息中获取模型内部所有位置处振动波的位移峰值衰减程度，将从加载点到振动波的位移峰值衰减至设定值(该设定值根据实际需要设置)的范围作为振动波的有效传播范围，也就是堆石料的参振范围。
[0065]
在步骤4中，利用待测堆石料在附加不同质量下的参振范围，分别计算得到待测堆石料在附加不同质量下的参振体积；
[0066]
其中，堆石料的参振体积利用所获得的堆石料参振范围和堆石料模型的尺寸计算得到。例如，假设堆石料参振范围为半径为1m的圆，那么只要知道堆石料模型的高，就能利用圆柱体体积公式，计算出该参振范围所对应的参振体积。
[0067]
在步骤5中，将待测堆石料在附加不同质量下的振动主频，分别代入堆石料的参振质量与振动主频之间的关系式，得到待测堆石料在附加不同质量下的参振质量；
[0068]
本实施例中，堆石料的参振质量与振动主频之间的关系式，通过以下步骤得到：
[0069]
利用标定后的堆石料密度检测仿真模型对多种不同密度的堆石料开展仿真试验，获取每种堆石料在附加不同质量下的参振范围和振动主频；利用所获得的堆石料参振范围结合堆石料模型的尺寸，计算得到相应的堆石料参振体积；结合已知的堆石料密度和所获得的堆石料参振体积计算得到相应的堆石料参振质量，从而获得多组堆石料的参振质量和
振动主频，通过拟合得到堆石料的参振质量与振动主频之间的关系式。
[0070]
作为举例，拟合方法可以采用数学统计方法中的最小二乘法等。
[0071]
具体地，进行仿真实验时，针对每种密度的堆石料，通过逐级增加附加质量块的方式，获取附加不同质量下仿真模型内部所有位置的动力信息和附加质量块中间位置的振动主频；从仿真模型内部所有位置的动力信息中获取模型内部所有位置处振动波的位移峰值衰减程度，将加载点到振动波的位移峰值衰减至设定值的范围作为振动波的有效传播范围，也就是堆石料的参振范围。
[0072]
在步骤6中，结合待测堆石料在附加不同质量下的参振质量和参振体积，计算得到该待测堆石料在附加不同质量下的密度。
[0073]
假设已求得堆石料的参振质量和参振体积，那么利用密度计算公式，就能计算出相应的堆石料密度。
[0074]
下面通过具体的案例来验证本发明方法的有效性。
[0075]
荷载选择40kg的重锤从0.3m的高度自由落下，锤与堆石料接触面为直径为0.2m的圆形底面，堆石料材料的杨氏模量e为1000mpa，泊松比μ为0.35，取2100kg/m3、2200kg/m3、2300kg/m3三种密度的堆石料材料进行验证，荷载施加于模型顶部中间位置，开展动力计算分析，模型范围取2m
×
2m，扩大模型范围为10m
×
10m，给模型施加粘弹性边界并且验证了边界的有效性。在此模型范围下，边界对动力响应结果不产生影响，振动波在此模型范围下可以自由传播，与实际情况相同，即该范围模型模拟结果与理论解相同，模拟结果可认为是理论解。网格尺寸为0.05m
×
0.05m，网格尺寸符合波动传播精度要求。
[0076]
首先，通过逐级增加质量块的方式，测定附加不同质量下的堆石料参振范围，其中，取从加载点到位移峰值衰减至60％的范围为参振范围。然后利用本发明方法根据已知的密度参数及已获得的参振范围来进行参振质量推算。
[0077]
堆石料密度为2100kg/m3时，附加不同质量下的振动主频f、推算的参振质量，如表1所示：
[0078]
表1堆石料密度为2100kg/m3时推算的参振质量
[0079][0080]
由表1可以看出，附加一级质量块为55.05kg，附加二级质量块为110.1kg，附加三级质量块为165.15kg，以此类推，附加七级质量块为385.35kg。
[0081]
堆石料密度为2200kg/m3时，附加不同质量下的振动主频f、推算的参振质量，如表2所示：
[0082]
表2堆石料密度为2200kg/m3时推算的参振质量
[0083][0084]
通过2100kg/m3、2200kg/m3两种堆石料密度的振动主频及推算出的参振质量，利用最小二乘法拟合出振动主频f与参振质量m之间的关系式：
[0085]
m＝0.212269331f+66.34839706
[0086]
利用拟合得到的振动主频f与参振质量m之间的关系式，结合附加不同质量下2300kg/m3堆石料的振动主频，推算相应附加质量下2300kg/m3堆石料的参振质量，并结合相应附加质量下2300kg/m3堆石料的参振范围，计算附加不同质量下2300kg/m3堆石料的密度，并将得到的堆石料密度计算值与实际值进行对比，得到密度误差。
[0087]
表3堆石料密度为2300kg/m3时推算的参振质量
[0088][0089]
通过表3可以看出，在附加三级质量块以上的工况下，利用拟合得到的振动主频f与参振质量m之间的关系式推算得到的参振质量，计算得到的密度误差可控制在百分之二左右，而且随着附加质量块数的增加，本发明方法的精度也越来越高，在附加质量块四块及以上后，本发明方法测量精度极高，满足使用需求。
[0090]
综上所述，本发明方法检测得到的堆石料密度，是在附加不同质量时受冲击作用下，检测部位堆石料的参振刚度与参振质量改变的情况下得到的，与实际情况相符，检测得到的堆石料密度准确性更高。
[0091]
本领域技术技术人员知道，本发明的实施方式可以实现为一种系统、方法或计算机程序产品。因此，本公开可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件、完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，或者硬件和软件结合的形式，本文一般称为“电路”、“模块”“单元”或“系统”。此外，在一些实施例中，本发明还可以实现为在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可读的程序代码。
[0092]
可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是，但不限于，电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读
存储介质的更具体的例子(非穷举示例)例如可以包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
[0093]
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。
[0094]
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、smalltalk、c++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络(包括局域网(lan)或广域网(wan))连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
[0095]
可以把这些计算机程序指令存储在能使得计算机或其它可编程数据处理装置以特定方式工作的计算机可读介质中，这样，存储在计算机可读介质中的指令就产生出一个包括实现流程图和/或框图中的方框中规定的功能/操作的指令装置的产品。
[0096]
也可以把计算机程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机或其它可编程装置上执行的指令能够提供实现流程图和/或框图中的方框中规定的功能/操作的过程。
[0097]
应当注意，尽管在上文详细描述中提及了确定附加质量法检测土石坝堆石料密度相关参数的方法的若干步骤，但是这种划分仅仅并非强制性的。实际上，根据本发明的实施方式，上文描述的两个或更多步骤的特征和功能可以在一个步骤中具体化。反之，上文描述的一个步骤的特征和功能可以进一步划分为由多个步骤来具体化。

技术特征：
1.一种确定附加质量法检测土石坝堆石料密度相关参数的方法，其特征在于，该方法包括：联合已确定的堆石料模型尺寸、附加质量块尺寸和荷载大小，以及网格剖分、粘弹性波动边界，建立附加质量法的堆石料密度检测仿真模型；利用附加质量法对多种不同密度的堆石料开展室内小型物模试验，获得附加不同质量下冲击波在每种堆石料的传播特性，并依据所获得的冲击波在每种堆石料的传播特性，对所述堆石料密度检测仿真模型进行标定；利用标定后的堆石料密度检测仿真模型对待测堆石料开展仿真试验，获得待测堆石料在附加不同质量下的参振范围和振动主频；其中，堆石料的振动主频为附加质量块中间位置的振动主频；利用待测堆石料在附加不同质量下的参振范围，分别计算得到待测堆石料在附加不同质量下的参振体积；将待测堆石料在附加不同质量下的振动主频，分别代入堆石料的参振质量与振动主频之间的关系式，得到待测堆石料在附加不同质量下的参振质量；结合待测堆石料在附加不同质量下的参振质量和参振体积，计算得到该待测堆石料在附加不同质量下的密度；其中，所述堆石料的参振质量与振动主频之间的关系式通过以下步骤得到：利用标定后的堆石料密度检测仿真模型对多种不同密度的堆石料开展仿真试验，获取每种堆石料在附加不同质量下的参振范围和振动主频；利用所获得的堆石料参振范围计算得到相应的堆石料参振体积，结合已知的堆石料密度和所获得的堆石料参振体积计算得到相应的堆石料参振质量，从而获得多组堆石料的参振质量和振动主频，通过拟合得到堆石料的参振质量与振动主频之间的关系式。2.根据权利要求1所述的确定附加质量法检测土石坝堆石料密度相关参数的方法，其特征在于，所述网格剖分为跨尺度网格剖分。3.根据权利要求2所述的确定附加质量法检测土石坝堆石料密度相关参数的方法，其特征在于，所述跨尺度网格剖分采用有限元-比例边界有限元耦合剖分方法实现。4.根据权利要求3所述的确定附加质量法检测土石坝堆石料密度相关参数的方法，其特征在于，所述跨尺度网格剖分通过以下步骤实现：利用附加质量法对多种不同密度的堆石料开展室内小型物模试验，获得每种堆石料在附加不同质量下的参振范围；对所获得的每种堆石料在附加不同质量下的参振范围进行统计分析，得到堆石料的粗略参振范围；利用所述堆石料的粗略参振范围确定网格剖分的尺寸，使所述堆石料的粗略参振范围内的网格尺寸小于堆石料粗略参振范围外的网格尺寸。5.根据权利要求4所述的确定附加质量法检测土石坝堆石料密度相关参数的方法，其特征在于，所述粘弹性波动边界添加在堆石料模型的侧面及底部，且粘弹性波动边界不影响堆石料模型内部的动力响应。6.根据权利要求5所述的确定附加质量法检测土石坝堆石料密度相关参数的方法，其特征在于，添加所述粘弹性波动边界通过以下步骤实现：在堆石料模型的侧面及底部添加粘弹性波动边界，扩大模型范围，直至添加不同边界时模拟结果相同，且大、小范围模型内部的动力响应相同，则所添加的粘弹性波动边界有效。
7.根据权利要求6所述的确定附加质量法检测土石坝堆石料密度相关参数的方法，其特征在于，利用数学统计方法对获得的多组堆石料参振质量和振动主频进行拟合，得到堆石料的参振质量与振动主频之间的关系式。8.根据权利要求7所述的确定附加质量法检测土石坝堆石料密度相关参数的方法，其特征在于，所述堆石料参振体积利用所获得的堆石料参振范围和堆石料模型的尺寸计算得到。9.根据权利要求8所述的确定附加质量法检测土石坝堆石料密度相关参数的方法，其特征在于，堆石料的参振范围为仿真模型内部从加载点到振动波的位移峰值衰减至设定值的范围。10.根据权利要求1-9任一项所述的确定附加质量法检测土石坝堆石料密度相关参数的方法，其特征在于，所述堆石料模型尺寸、附加质量块尺寸和荷载大小，根据已有室内三轴试验成果和大坝变形实测结果确定。

技术总结
本发明的实施方式提供了一种确定附加质量法检测土石坝堆石料密度相关参数的方法。该方法利用室内小型物模试验结果对建立的堆石料密度检测仿真模型进行标定；用标定后的仿真模型对待测堆石料开展仿真试验，将所得待测堆石料在附加不同质量下的振动主频，分别代入拟合得到的参振质量与振动主频之间的关系式，得到待测堆石料在附加不同质量下的参振质量，进而结合待测堆石料在附加不同质量下的参振质量和参振体积，计算得到该待测堆石料在附加不同质量下的密度，由于用来拟合关系式的参振质量和振动主频均随附加质量变化而变化，因此本发明能在堆石料附加不同质量受冲击，检测部位堆石料的参振刚度与参振质量改变的情况下，高精度检测堆石料密度。精度检测堆石料密度。精度检测堆石料密度。


技术研发人员：余翔 李明昊 白帅强 赵华伟 李忠旭
受保护的技术使用者：洛阳瑞昌环境工程有限公司
技术研发日：2023.06.06
技术公布日：2023/9/7