毕业设计（论文）-无核密度仪在沥青面层压实度检测中的应用.doc

目录 目 录长江大学毕业设计(论文)任务书i长江大学毕业论文(设计)指导教师审查意见错误！未定义书签。长江大学毕业论文(设计)评阅教师评语错误！未定义书签。长江大学毕业论文(设计)答辩记录及成绩评定错误！未定义书签。【摘要】ix【 abstract 】x1 前言11.1无核密度仪检测压实度的目的和意义11.2 无核密度仪的概念11.3 压实度的概念及评价标准22 本课题选题的背景42.1 本课题的来源42.2 我国在路基压实度方面的研究现状42.3 本课题解决的主要问题及应达到的技术要求52.4 本课题研究的发展过程及趋势52.5 本文的主要工作82.6 本课题研究的指导思想与技术路线103 路基含水测量的方案的选择和论证11 3.1路基含水量测量方案113.1.1 烘干法113.1.2 比重法123.1.3 射线法123.1.4 介电法123.2 基于无核密度仪原理的介电法133.2.1 时域反射法133.2.2 电容传感法153.3 所选择的方案对比以及所采用方案的优点174 对电容传感法实验过程的论述204.1 实验器材及仪器选择204.2实验原理图设计214.3 实验电路图设计225 对本课题的结果分析255.1 电容传感法测量含水量实验255.1.1 实验过程的步骤255.1.2 实验数据处理265.2 通过实验数据及拟合曲线得出的结论326 总结与展望33 参考文献35 致谢35 附录38任务书xx大学毕业设计(论文)任务书1. 毕业设计(论文)题目：无核密度仪在沥青面层压实度检测中的应用 2.毕业设计（论文）起止时间：2011年2 月21日2011年6 月10日3毕业设计(论文)所需资料及原始数据（指导教师选定部分）【1】蒙金冠,李结全.多雨地区公路路基水毁的原因及防治对策【j】.西部交通科技道路工程.2007，3.23-25【2】刘吉福，刘启党，杨春林.深层排水管在边坡治理中的应用【j】.探矿工程(岩土钻掘工程).2001年增刊.104【3】巫新民等.dts-1型土壤湿度传感器的纂本特性和应用【j】.农业气象.1987年第4期.【4】王伟,齐长永.土壤水分传感器的研究【j】.传感器技术.1991年第2期【5】孙字瑞,赵燕东,王一鸣.一种基于阻抗变换原理的土壤水分测量仪【j】.中国农业大学学报.1999(4).【6】赵燕东,王一鸣.基于驻波率原理的土壤水分测量方法的研究【j】.农业机械学报.2002(no.4).【7】余进凤.公路路基的压实控制分析【j】.科技信息(建筑与工程).2008年14期.126【8】赵爱芹,王雪飞,秦淑梅.简析影响现场土质路基施工压实的因素【j】.科技信息(建筑与工程).2007年第30期.106【9】丁云峰.路基压实影响因素及控制【j】.辽宁省交通高等专科学校学报.2005,3.第7卷第1期.33-35【10】方左英.路基工程【m】.人民交通出版社.北京.1987.4毕业设计(论文)应完成的主要内容通过阅读课本及论文从原理上论述含水率测量的原理，综合描述压实度测量的各种方法， 并做出优劣对比。选用其中一种合适的测量方法进行方案设计，并通过阻抗分析仪进行土壤测量，在多组土壤标本基础上，测量出一系列对比数据，验证所设计方法的可行性。5毕业设计(论文)的目标及具体要求 目标：原理上理解压实度测量的各种方法，并能选择其中一种方案为指导，做一系列测量实验，验证方案的可行性。 具体要求：阅读大量论文的基础上，深刻理解含水率测量的方法，实际动手进行对土壤标本进行测量，并能对数据进行一些分析。6. 完成毕业设计(论文)所需的条件及上机时数要求(1)阻抗分析仪(2)电子称(3)传感器探头装置(4)5个装土壤的盒子上机时间：120小时。任务书批准日期 2011年 31 月13 日 教研室(系)主任(签字) 任务书下达日期 2011年 1 月 13日 指导教师(签字) 完成任务日期 2011 年 6 月10日 学生（签名） ii开题报告无核密度仪在沥青面层压实度检测中的应用1题目的来源生产/社会实际2研究的目的和意义科技的进步推进了社会的发展 ,试验检测技术已经从 “破坏性检测 ”发展到 “无损性检测 ”,从 “有核化 ”发展到 “无核化 ”。新技术的应用加快了工程建设速度 ,引进无核密度仪进行试验检测工作对工程来说不失为一个创新 ,但从使用情况来看 ,其精度偏低、适用范围过小无疑制约着它的大范围推广应用。目前其性能还不能完全取代现有的核子密度仪 ,今后若能将其功能进一步完善 ,无核密度仪必能得到更广泛地应用。3阅读的主要参考文献及资料名称【1】蒙金冠,李结全.多雨地区公路路基水毁的原因及防治对策【j】.西部交通科技道路工程.2007，3.23-25【2】刘吉福，刘启党，杨春林.深层排水管在边坡治理中的应用【j】.探矿工程(岩土钻掘工程).2001年增刊.104【3】巫新民等.dts-1型土壤湿度传感器的纂本特性和应用【j】.农业气象.1987年第4期.【4】王伟,齐长永.土壤水分传感器的研究【j】.传感器技术.1991年第2期【5】孙字瑞,赵燕东,王一鸣.一种基于阻抗变换原理的土壤水分测量仪【j】.中国农业大学学报.1999(4).【6】赵燕东,王一鸣.基于驻波率原理的土壤水分测量方法的研究【j】.农业机械学报.2002(no.4).【7】余进凤.公路路基的压实控制分析【j】.科技信息(建筑与工程).2008年14期.126【8】赵爱芹,王雪飞,秦淑梅.简析影响现场土质路基施工压实的因素【j】.科技信息(建筑与工程).2007年第30期.106 4国内外现状和发展趋势 目前国内外仍然没有真正的实现无核化，虽然生产出了无核化的仪器，但是功能上和适用性方面还是有核密度仪处于主导地位，虽然无核密度仪在公路的测量方面已经开始，但无核化的仪器在精确度方面还是不行，与实际测量的数据相差较大，但是人类的智慧是无穷的，虽然现在无核化的技术不成熟，但是在不久的将来人类必然能将无核仪器取代有核的仪器，做到真正的无核化，从而人的生命更能得到保障，此项研究的前景必然是一片光明。5主要研究内容需重点研究的关键问题及解决思路。 主要研究内容：无核密度仪在社会实践中的应用，与有核密度仪相比有哪些优点和缺点，如何真正的实现从无核到有核的真正转变。需重点研究的关键问题：无核密度仪在沥青路面质量检测中的应用。解决思路：运用国外先进检测设备无核密度仪 (pqi)，并与传统的测量方法进行对比试验，总结pqi在沥青面层施工压实度检测中的精度，研究其用于沥青路面的适用性、使用方法、可靠性并控制测量误差，由于现有技术的局限性，只能够尽可能的控制和缩小误差，不能够完全的消除误差，但是随着技术的逐步完善，无核密度仪定有良好的前景。6 完成毕业设计（论文）所必须的工作条件（如工具书、计算机辅助设计、某类市场调研、实验设备和实验环境等）及解决办法。完成毕业设计的论文所必须的工作条件：科技英语词典、相关专业书籍以及参考资料，计算机、学校地物实验室基本的勘测工具。解决的办法：学校图书馆可以借阅相关资料、网上用搜索引擎查找、学校电子实验室可以提供各种实验条件和工具。7工作的主要阶段、进度和时间安排3.63.13 毕业设计完成开题报告3.144.28 完成资料及数据的收集和整理4.95.20 毕业设计完成初稿5.215.30 毕业设计修改并交指导老师定稿5.316.6 指导老师定稿完成后打印装订成册6.76.9 毕业设计交老师和学校审查6.106.11 毕业设计答辩8. 指导老师审查意见v审查意见vi成绩评定viii中文摘要无核密度仪在沥青路基压实度检测中的应用学生： 指导老师： 【摘要】路基是公路的重要组成部分，是路面的基础，它的施工质量的好坏直接影响到整个公路的工程质量。路基的强度和稳定性是保证路面强度和稳定性的先决条件。路基的含水量是影响路基质量的重要因素。由于路基的渗水测量其实就是土基的含水量测量，本文就是参考其中土壤含水量的测量方法，对其各种测量方法进行归类划分，研究每一种测量方法的原理及其优缺点，综合各种测量方法对路基的含水量进行改进和测量，最终去选择一种实用、经济可行的测量方法，并对其做最详细的介绍。本文讨论了影响路基强度和稳定性的因素，即最佳干密度和最佳含水量，及其两者之间的相互关系和相关理论计算，介绍了含水量测量的各种方法，包括烘干法、比重法、射线法、介电法。特别地，本文详细介绍了介电法中的时域反射法和电容传感法，并对其不同方法进行对比，讨论了每种方法的优缺点。通过实验表明，电容传感法（无核密度仪）方法应用可以被应用于公路路基水分含量检测当中。【关键字】公路 路基含水量 介电测量 电容传感法测量ix外文摘要【 abstract 】 highway subgrade is an important part of road foundation, which is the quality of construction, it affects the whole highway engineering quality. the strength of subgrade and stability is the guarantee pavement strength and stability of the prerequisites. the moisture content of subgrade is the important factors affect the quality of roadbed. because the roadbed seepage measurement is actually measuring the water content of the soil base, this paper is of the soil moisture reference to its measurement method classifies various measurement methods, research into each of the method of measuring principle and its advantages and disadvantages of various measurement methods, comprehensive roadbed water for improvement and measurement and ultimately to choose a practical, economic and feasible measurement methods, and its do the most detailed introduction. this paper discusses the influencing factors of roadbed strength and stability, namely the best dry density and optimum moisture, and the mutual relationship between the calculated and related theory, introduces the methods of moisture measurement, including baking dry, specific gravity method, ray method, dielectric method. specifically, the article introduces the dielectric method timing reflecting method and capacitance sensor, and the method of comparison of the different methods, discusses the advantages and disadvantages of each method. experiments show that capacitive sensing method (seedless density spectrometer) method can be used in highway subgrade of moisture content detection. 【 key words 】 highway subgrade moisture sensor to measure dielectric measurement capacitancex前言1 前言1.1无核密度仪检测压实度的目的和意义科技的进步推进了社会的发展 ,试验检测技术已经从 “破坏性检测 ”发展到 “无损性检测 ”,从 “有核化 ”发展到 “无核化 ”。新技术的应用加快了工程建设速度 ,引进无核密度仪进行试验检测工作对工程来说不失为一个创新 ,但从使用情况来看 ,其精度偏低、适用范围过小无疑制约着它的大范围推广应用。目前其性能还不能完全取代现有的核子密度仪 ,今后若能将其功能进一步完善 ,无核密度仪必能得到更广泛地应用。在西部大开发过程中，交通基础建设是各地的先行举措，我国规划在西部地区修筑的公路里程达到了 35 万公里。公路行业对填土路基的压实标准规定较为全面，对高速公路规定，路基顶面以下 80cm 以内压实度要达到 95% ,80cm 以下150cm以上要达到 93%。目前公路路基的压实度检验仍主要采用灌砂法、环刀法等方法，这些传统的检测手段效率低，且会对路面结构层造成破坏，核子密度仪法因放射性防护问题而使用不便。无核密度仪测量沥青面层压实度技术作为一种公路质量无损检测的新技术，可以使工作人员在压实过程中实时检测压实状况、控制压实质量，从而保证路基路面在最少碾压遍数下得到充分压实，避免压实不足或过分压实等现象。这样，既能节省人力、缩短工期、保障人生安全又可以在保证施工质量的基础上加快施工进度，具有明显的社会效益和经济效益。1.2 无核密度仪的概念无核密度仪是相对于核子密度仪来说的多种不使用同位素放射源检测土工材料的密度的各种检测仪器的统称。 核子密度仪在过去的四十多年中一直是世界各地检测土工材料的密度最广泛使用的方法，因为核子密度仪具有其它检测方法所不具备的检测准确、快速、经济和无损检测等优点。尽管核子仪使用起来非常安全，从来没有对操作人员产生危害，但由于核子仪使用了同位素放射源，出于对辐射的忧虑，许多人希望获得一种不使用同位素也可以准确快速地进行密度和水分测试的手段，即无核技术。在过去的三十多年中，先后有数十种无核密度和湿度检测技术形成商品，比如前几年的geogauge、edg、pt和pqi等等，每一种产品问世时都被叫第1页（共39页）无核密度仪在沥青路基压实度中的应用做无核密度仪，宣布可以取代核子密度仪。所以无核密度仪这个概念在不同的时期代表不同的内容。 电磁密度仪利用发射的电磁波在材料中的能量吸收和损耗来检测材料的密度。电磁密度仪主要包括一个电磁波发射器、一个隔离环和一个电磁波接收器。其检测原理是向被检测材料中发射电磁波，电磁波是指电场和磁场相互作用.振动而产生的波动,是放射线、光,电波的总称。电磁波在材料中传播时，其能量发生吸收和损耗，材料对电磁波能量的吸收和损耗取决于材料的介电常数。介电常数是指物质保持电荷的能力。 沥青混合料的组成成分、沥青、集料、空气和水都有不同的介电常数。如果沥青混合料被碾压（即密度增加），混合料中各种成分的相互比例发生变化，材料总的介电常数发生变化，从而对电磁波的能量吸收的能力产生变化。电磁密度仪通过检测电磁波能量的吸收和损耗的程度，来反映材料的密度变化。但这样测得的密度变化是一种相对的变化，而不是密度的绝对值的变化，其检测结果不能用于质量控制和验收。pqi等电磁法密度仪比较适宜的用途的检测部分沥青混合料面层的密度离析。 当混合料的组成成分发生变化，或使用的集料来源、沥青类型，级配等发生变化时，都会材料的介电常数发生变化而对检测结果产生影响。所以对于每一种混合料，电磁密度仪进行检测时，都必须首先使用与被检测材料完全相同的材料制作出密度已知的材料块进行标定。当混合料发生变化后，必须进行新的标定。其它一些因素也会影响检测。仪器使用的塑料垫环的厚度和成分、被检测材料的表面不平整都会影响检测结果。 土工材料中各种组成成分的介电常数大约位于1-6之间，水的介电常数为80左右，所以即使材料中存在极少量的水份，也会对电磁波的传播产生很大的影响。所以，土壤等常规的材料中含有的水分使电磁密度仪的检测结果没有任何意义。除了部分热沥青混合料以外，电磁密度仪完全不能用于检测其它土工材料。1.3 压实度的概念及评价标准公路路基的压实质量，属于公路路基工程质量控制中的一个关键环节，现行路基第2页（共39 页）前言工程施工技术规范中对路基填土压实质量的控制指标是土的最大干密度和最佳含水量。压实系数(压实度)是现场所测压实土的干密度与室内标准实验获得的最大干密度之比值，最佳含水量是控制填土能否达到最大密实度的关键指标。因而，最佳含水量是路基填筑碾压质量控制的主要检测指标和手段，直接决定现场填土压实质量是否符合施工技术规范的要求。最佳含水量的求解方法是通过室内标准击实试验，测出土的干密度与含水量，然后绘制出干密度与含水量试验曲线，曲线峰值对应的含水量则为最佳含水量，这就是通常所说的图解法。由于传统的手工图解法简单直观，容易为试验人员所掌握，因而在实际工作中广泛采用。但此法要求试验人员有一定的经验，试验数据全面，否则很难得到准确的解答，因而它的缺陷很明显，于是有人尝试以数解法求解，同时数解法需要以数值分析为基础，计算量大。当前评价沥青路面压实度的方法主要有破坏性检测法和无损检测法2种。破坏性检测主要是取芯法，它对路面造成了一定程度的破坏，且检测样本极其有限，不能及时全面地反馈施工质量来指导施工。而沥青路面作为一个产品，在今后逐步完善的施工质量控制与质量保证(qcqa)体系中应做到质量验收由合格判定向优良等级判定的转换，逐步实现按质支付。因此，选定合适的控制指标。保证检测手段和评价方法的公正性、致性和可溯源性成为了关键。显然，路面施工均匀性是路面质量优良等级判定的重要控制指标，这就必然要求对施工路段的空隙率或者密度分布及表面构造深度分布进行大样本检测，以评定其质量优劣及改进效果。无疑，无损检测方法是实现检测的大样本、高频率要求的理想检测手段。第3页（共39页）无核密度仪在沥青路基压实度检测中的应用2 本课题选题的背景2.1 本课题的来源生产研究2.2 我国在路基压实度方面的研究现状路基是形成公路工程的主体，是公路工程的重要组成部分，路基施工质量的好坏和实时监测和维护，直接影响到整个公路的质量，同时又是路面的基础。它和路面共同承担着行车作用传递来的荷载，没有坚固、稳定的路基，就谈不上有稳固的路面。其质量直接影响到路面的正常使用和使用年限，这就要求路基必须具有足够的强度和稳定性。因而，保证路基强度和稳定性是保证路面强度和稳定性以及增强公路整体强度的前提，反过来，只有稳固的路基，没有结构合理、密实、稳定的路面也是不行的。近年来，我国的公路建设步伐越来越快。同时，在重交通荷载、超载及其它自然环境等诸多外部因素的影响下，修建的道路不久就出现了许多不同程度的病害，导致公路的使用性能迅速下降，严重地影响了车辆快速、安全行驶，而且给养护和维修带来了巨大的压力。“百害水为先，在危害公路的众多因素之中，水是主要的自然因素之一。水的作用会加剧路基路面结构的破坏，加快路面使用性能的恶化，缩短道路的使用寿命，尤其是南方地区的路基，易遭受水毁破坏。每年雨季期间，部分公路长期在水中浸泡，轻则影响公路的通行能力，重则中断交通，危及行车安全，而且造成很大的经济损失。同时近年来随着高速公路向山区快速大范围的延伸，高填深挖、半填半挖路段所占比例越来越大，路基产生纵向深度裂缝沉降变形的病害屡见不鲜，据不完全统计，从19951997年，广西因水毁而造成的路基破坏达34126hl年；2005年的1.7月广西全区公路累计中断交通417条，在建部分高速公路和路网项目遭受水毁直接经济损失达4.04亿元。还有据不完全统计，广东省内的坡体变形和坡面变形，尤其是滑坡，90以上发生在雨季而地下水是触发边坡变形破坏的主要因素。大量的工程实践证明，路基含水量对边坡稳定性的危害极大。据调查分析，在我国，降雨成为导致滑坡形成的主要触发因素或促发原因，滑坡变形特征、位移速度与降雨量导致的路基渗水量成正比关系。所以通过路基渗水测量可以及时实时的去了解路基的情况，从而去采取相应的措施确保公路的正常运第5页（共39页）选题背景行。同时路基工后沉降是公路的主要病害之一，也是困扰建设者与设计者的主要难题之一。无论从理论上讲，还是从实际的施工来讲，路基工后沉降绝对地不发生是不可能的，但我们可以从设计和施工及其工后测量及维护方面尽最大努力去减少工后沉降因为路基工后沉降是铁路和公路的事故隐患，对铁路和公路养护维修及行车运营造成极大的浪费，路基是路面的主要支持体，路基工后沉降必将破坏路面的正常使用柔性路面将产生坑槽、车辙、塌陷等破坏形式，刚性路面则会发生断裂、错缝，在不同性质路面的连接处和桥梁与2 公路路基渗水性测量方法研究道路的连接处容易形成错台。所有这些，不仅严重地影响行车地舒适度，大大降低道路、桥粱及车辆地使用寿命，造成极大的浪费，而且是造成交通事故的主要因素。在未来的一段时间里，高速公路建设将延伸到地形和地质条件较为复杂的地区，而且由于高等级公路穿山越谷，沿线所经地质复杂，不良地质、地段较多，而且高等级公路的路基填筑普遍较高，地基必须承担车辆荷载和填土荷载的双重压力，尤其是南方地区雨量充沛，雨季时间长，公路路基或构筑物汇水面积大，降雨时将汇积的大量雨水，可能造成公路路基水毁破坏现象更加严重。因此，加强对路基水毁分析非常重要，同时根据路基的水毁分析指定行之有效的方法以及实时的检测和维护更为重要，因为实时的监测和定时的维护是保证公路正常畅通运营依据和保证，从而大大减少了国家因为路基的强度不够和不稳定造成的不必要的损失。在沥青路面施工过程中，快速、准确测定各面层的密度是保证沥青路面工程质量最重要的技术措施之一按照传统方法，沥青面层各层密度通常是先通过在施工现场钻芯取样，然后将样芯送往实验室。采用表干法、水中重法、蜡封法等进行测定。钻芯取样费时费力。试验结果受人为因素和设备等影响较大，准确性和可靠性难以保证且具滞后性，因此该方法不能作为施工过程控制的有效手段。无核密度仪是一种无破损的路面检测设备， 能实时检测沥青面层施工过程中的面层压实度和密度，具有测试方便、快速、实时等特点。在中国，使用无核密度仪检测沥青路面密度还处于尝试阶段。2.3 本课题解决的主要问题及应达到的技术要求对于公路而言，路基是路面的基础，路基的工程质量如何，将直接决定着路面的第5页（共39页）无核密度仪在沥青路基压实度检测中的应用使用性能及人们对公路总体的综合评价。影响公路路基的强度和稳定性的最重要的因素就是公路路基的压实度，而影响公路路基的压实度的最主要物理因素就为路基的含水量。高填方路段经常会出现路堤整体沉降或局部沉陷，究其原因，主要是路基的压实度不够。实践证明，路基的压实程度对路基的强度和稳定性影响极大，压实度不够的路基，在自然因素和行车荷作用下，必然要产生较大的变形或破坏，这是由于未经压实的路基抵抗荷载及暴雨或水流冲刷的能力很低；在季节性冰冻区，由于毛细作用，水分积聚，发生冻胀和翻浆现象。与此相反，压实紧密的路基，强度提高，透水性降低，变形显著减小，稳定性得到明显改善，可以避免大规模的破坏。因此，路基的压实是路基施工中极其重要的环节，是保证路基质量的关键。影响压实的因素有填料的含水量、土质、压实功能及压实工具和压实方法。含水量是影响压实效果的决定性因素，在最佳含水量时，最容易获得最佳的压实效果，压实到最佳密实度的土体水稳性最好；不同的土类，有不同的最佳含水量及最大密实度；对于同类土，压实功能增加，其最佳含水量减小，而最佳密实度增加。当含水量一定时，压实功能越大，密实度越高。根据这一特性，施工中可通过增加压实功来提高密实度。但是，当压实功能增加到一定程度后，土的密实度增加就不显著，若再用增加压实功来提高密实度就不经济了，因此，也不能单纯用增加压实功来提高密实度。施工时，应根据不同的土质，不同的压实标准选择相应的压实机具，确定最佳压实厚度、压实遍数，掌握好碾压速度，准确控制最佳含水量，以保证得到最大密实度。2.4 本课题研究的发展过程及趋势 1930年美国工程师proctor通过试验首先提出:同一种土在相同的压实功能下,其干密度随土中含水率的不同而发生变化。室内击实试验可以获得填土的最优含水率和与之对应的最大干密度。自此世界各国均以此压实理论和试验方法指导施工,并且以填筑料的压实度控制压实标准,以判断压实土的强度和变形特性。根据碾压式土石坝施工规范(dl/t 5129 - 2001) ,均质粘性土坝需每200500 检测1次干密度,传统的环刀法、灌砂法测定填土密度需要测定其含水第6页（共39页）选题背景率。不管是烘干法还是酒精燃烧法获取压实度结果均需要较长时间,与相对较短的建设工期及高效率的碾压施工常常产生矛盾。为解决以上问题, 20世纪80年代,国外相关研究机构利用微电子技术,通过放射性元素测量填土的密度、含水率的仪器问世,即核子湿度密度仪。虽说生产核子密度仪时已将对人体的辐射影响考虑到较为低微的水平上,但核子密度仪因涉及到辐射因素,国内需要申请辐射许可证及环境评价报告,且需进行专门的安全储藏方法、定期的泄露测试及设备标定,使用过程限制性因素较多。为避免核子密度仪辐射泄露的危险, 20世纪末期相关人员研制出基于时域反射法( tdr)原理的一种测量土壤含水率和干密度的新型仪器,即mdi无核密度仪。在沥青路面施工过程中快速；准确测定各面层的密度是保证沥青路面工程质量最重要的技术措施之一 按照传统方法，沥青面层各层密度通常是先通过在施工现场钻芯取样，然后将样芯送往实验室。采用表干法、水中重法、蜡封法等进行测定。钻芯取样费时费力试验结果受人为因素和设备等影响较大，准确性和可靠性难以保证且具滞后性 因此该方法不能作为施工过程控制的有效手段。 无核密度仪是一种无破损的路面检测设备， 能实时检测沥青面层施工过程中的面层压实度和密度，具有测试方便、快速、实时等特点。在中国，使用无核密度仪检测沥青路面密度还处于尝试阶段。在路基施工过程中，需要对路基填土的含水量进行反复测试，确保填土的含水量，保证压实度。而工后对路基填土含水量的实时监测，目前还未见报到。工后路基含水量的增大，将造成土体强度和稳定性降低，从而引起一些病害，影响行车安全。因此对路基工后含水量进行实时监测，为路基的定时维护提供有力的依据以确保安全生产，显得尤为重要。本课题研究的目的旨在研究一种长期用于监测路基含水量变化的方法，更好地为现场路基养护服务，另外，此课题也可应用于一些设置防渗、防漏层的工程，如库区防渗、垃圾填埋场防渗、地下工程防渗等工程的工后防渗、防漏性能的长期监测。近年来，由于采用的感湿材料和测量土质及其具体用途的不同，人们的渗水性测量分析方法有很多种类，它们各具特点，适用领域也不同。而且随着测量技术和电子技术的发展，及人们对土质路基的测量的方便性和实用性，越来越多的人们还开发和研制了各种各种各样的湿度传感器，由于采用的感湿材料不同，湿第7页（共39页）无核密度仪在沥青路基压实度检测中的应用度传感器有很多种类，它们各具特点，并且趋向于微型化和集成化，应用于工农业生产、气象、环保、科研等部门，但大部分真正能为公路路基含水量测量的实时系统分析却寥寥无几。公路路基含水量的测量其实最终也就是归结为土壤水分测量，而且半个多世纪以来，对土壤水分测量的研究一直都没有停止，各种渗水性测量技术层出不穷，形成了各具特色的当代土壤水分测量技术。对土壤水分的测量，可以从几个方面进行，一是直接测量土壤的重量含水量或容积含水量，如取样称重烘干法、中子仪法或射线法、测量土壤传导性的各种方法等；另一类是测量土壤的基质势，如张力计法、电阻块法、干湿计法、介电常数法或电磁波法、电容法、光电法等；还有一类非接触式的间接方法，如远红外遥测法、地面热辐射测量法、声学方法等。同时我国在土壤水分快速测量技术方面的研究也有了一定的进展，从用传统的烘干方法测量土壤含水量逐步发展为用快速、无损伤技术来测量土壤含水量。国家对此研究投入了大量的人力物力，无论是在国家自然科学基金、国家“九五攻关课题还是在国家“863”项目等重大科研项目中都有立项，力图寻找一种适合中国国情的、价廉物美的、便携式土壤水分快速测量技术，这对我国土壤水分快速测量技术的发展起到了很大的推动作用。早在二十世纪七十年代末期，西安电子科技大学就开发了svj3型微波水分测定仪，同时，兰州大学、南京大学也对此进行了探索性研究；1960年前后，我国开始进行实验室条件下利用b一射线透视法测量土壤含水量；巫新民等人从1982年就开始进行利用阻抗方法测量土壤含水量的研究；到了二十世纪末期，中国农业大学电气信息学院王一鸣教授等人研制成功了基于驻波率原理的快速土壤水分测量仪，在土壤水分快速测量技术方面取得了重大突破，缩短了我国土壤水分快速测量技术与国际先进水平的差距。2.5 本文的主要工作对于公路而言，路基是路面的基础，路基的工程质量如何，将直接决定着路面的使用性能及人们对公路总体的综合评价。路基施工时必须保证路基的压实度，而影响路基压实效果的因素有多重，总结有内因和外因。内因是指土质和湿度；外因是指压实功能及压实时的外界自然因素和人为的其他因素等。其中，路基土体的湿度是影响路基施工质量的重要因素之一，也是道路工程师们在路基施工质量控制中最关心的问题之一。路基的含水量对于其压实起着重要的作用，在公路路基施工中，通常控制在第8页（共39页）选题背景最佳含水量时进行压实。影响公路路基的强度和稳定性的最重要的因素就是公路路基的压实度，而影响公路路基的压实度的物理因素就为路基的干密度和含水量。而本课题需要解决的主要问题就是含水量测量的问题。公路路基的压实质量，属于公路路基工程质量控制中的一个关键环节，现行路基工程施工技术规范中对路基填土压实质量的控制指标是土的最佳含水量。压实度是现场所测压实土的干密度与室内标准实验获得的最大干密度之比值，最佳含水量是控制填土能否达到最大密实度的关键指标。因而，最佳含水量是路基填筑碾压质量控制的主要检测指标和手段，直接决定现场填土压实质量是否符合施工技术规范的要求。最佳含水量的求解方法是通过室内标准击实试验，测出土的含水量，然后绘制出含水量的试验曲线，曲线峰值即为最佳含水量，这就是通常所说的图解法。高填方路段经常会出现路堤整体沉降或局部沉陷，究其原因，主要是路基的压实度不够。实践证明，路基的压实程度对路基的强度和稳定性影响极大，压实度不够的路基，在自然因素和行车荷作用下，必然要产生较大的变形或破坏，这是由于未经压实的路基抵抗荷载及暴雨或水流冲刷的能力很低；在季节性冰冻区，由于毛细作用，水分积聚，发生冻胀和翻浆现象。与此相反，压实紧密的路基，强度提高，透水性降低，变形显著减小，稳定性得到明显改善，可以避免大规模的破坏。因此，路基的压实是路基施工中极其重要的环节，是保证路基质量的关键。含水量是影响压实效果的决定性因素，在最佳含水量时，最容易获得最佳的压实效果，因此本文主要工作放在介绍含水量的测量上。土壤含水量的测量虽然也取得了许多非常重要的成果，而且在某些方面取得了惊人的效果，但仍然有一些问题尚待解决，某些方面和领域在实际应用测量中存在许多问题和局限性，每一种方法都有优缺点。本文将通过把传统的测量含水量的方法进行对比，包括（烘干法，比重法，射线法，介电常数法），从中找到一种最优越,最理想的方法来进行含水量测量的研究，然后进行试验论证，使试验的结果具有说服性。第9页（共39页）无核密度仪在沥青路基压实度检测中的应用2.6 本课题研究的指导思想与技术路线公路路基的压实质量，属于公路路基工程质量控制中的一个关键环节，现行路基工程施工技术规范中对路基填土压实质量的控制指标是土的最佳含水量。压实度是现场所测压实土的干密度与室内标准实验获得的最大干密度之比值，最佳含水量是控制填土能否达到最大密实度的关键指标。因而，最佳含水量是路基填筑碾压质量控制的主要检测指标和手段，直接决定现场填土压实质量是否符合施工技术规范的要求。最佳含水量的求解方法是通过室内标准击实试验，测出土的含水量，然后绘制出含水量的试验曲线，曲线峰值即为最佳含水量，这就是通常所说的图解法。 本文重点研究的方法就是基于无核密度仪原理的电容传感法，通过试验测量出不同的含水量对应的不同数据，然后再用软件仿真法对所得到的数据进行仿真，从中找出所得到的数据与含水量之间的曲线关系，最终找到一种满足线性关系直线，于是我们就可以通过测量的数值来找到最佳含水量，从而就可以间接的反映出路基的最佳压实度。此方法也是本人在阅读大量参考资料总结出来的一种自我感觉比较可靠，而且比较合理的方案。本人认为该方法虽不是堪称完美，但从可行性和经济性、方便考虑等与其他方法相比都存在明显的优势。第10页（共39页）方案的选择与论证3 路基含水测量的方案的选择和论证3.1路基含水量测量方案路基施工时必须保证路基的压实度，影响路基压实效果的因素有多重，总结有内因和外因。内因是指土质和湿度；外因是指压实功能及压实时的外界自然因素和人为的其他因素等。其中，路基土体的湿度是影响路基施工质量的重要因素之一，也是道路工程师们在路基施工质量控制中最关心的问题之一。路基的含水量对于其压实起着重要的作用，在公路路基施工中，通常控制在最佳含水量时进行压实。公路路基含水量的测定其实也就是对土壤的含水量测定，而土壤含水量测定方法较多，本章就是借鉴土壤含水量的测定法去对路基含水量进行测量，先对每一种方法做一简单介绍，然后重点对介电法即无核密度仪测量法做具体介绍。 现行的路基含水量测定方法很多,包括烘干法、比重法、酒精燃烧法、碳化钙气压法、碳化钙化学反应失重法、微波炉法、电容法以及核子密度仪法。本节借鉴土壤含水量的测量方法简单介绍以下几种方法的基础上去介绍其他测量方法。3.1.1 烘干法烘干法是规范中国际公认的测定含水量的标准方法，也是最经典和最准确的方法。本试验方法适用于粘质土、粉质土、砂类土和有机质土类。采用电热烘箱或温度能保持105110的其他能源烘箱，也可用红外线烘箱，主要是通过土壤升温，使水分蒸发。按规程规定进行取样试验，计算土样的含水量。该测试方法是为测定土基含水量的标准方法，其优点是受到的影响因素相对较少，结果比较准确。缺点是烘烤时间太长，少则68h，多则8loh，且受土料类型不均匀的影响，烘干效果不一致，特别是该方法的热量是从土料的表面向内部传递，且由于遇到含有少量有机物的土料时，烘烤温度必须小于70，致使包含在小团块中附着的部分水分不能完全挥发，影响试验数据的精确度。对于公路工程施工来说，它有时会影响工程施工进度，对有机质含量超过5的土，可能由于各施工单位试验水平的不同，有些事先不能判定出来，按一般土进行烘干处理，从而导致一部分有机质损失了，测出的含水量比实际要大。当土的含水量较大时，由于烘箱的功率或烘箱体积大小的原因，导致在规定的时间内没有把土完全烘干，从而测出的含水量比实际含水量要小等。第13页（共39页）无核密度仪在沥青路基压实度检测中的应用3.1.2 比重法 比重法是通过测定湿土体积，估计土粒比重，从而间接计算土的含水量的方法，计算公式为：=100式中:为含水量()，精确到o.1；为湿土质量(g)；为土的比重；为瓶、水、土、玻璃瓶质量(g)；为瓶、水、玻璃瓶质量(g)。该方法可以快速测得含水量，适用于快速简易测定。由于土内气体能否充分排出，直接影响试验结果的精度，故本试验方法仅适用于砂类土，测量范围较小。3.1.3 射线法射线法包括中子散射法、射线法、x一射线法等。射线法的原理是射线直接穿过土体的时候能量会衰减，衰减量是土质含水量的函数，通过射线探测器计数，经过校准后得出土质含水量。中子散射法测量结果非常准确，是称重法之外的第二标准方法。测量相对比较简单、容易，速度也很快。但仪器设备昂贵，一次性投入大。中子法对土质采样范围为一球体，这使得在某些情况下测量结果出现偏差，如土壤处于干燥或湿润周期时、层状土壤、土壤表层等。此外，中子仪存在潜在的辐射危害，操作者必须经过培训并持有许可证。目前有轻便手持式的中子仪，是核子密度仪的一种类型。3.1.4 介电法 早在1939年，地质学家和土壤方面的科学家就发现，土壤的含水量与土壤的电介常数之间存在一种对应关系。但在当时，由于缺乏必要的设备无法利用这一重要的原理。直到第二次世界大战雷达研究的迅猛发展，科学家把当时的雷达技术引入到对时域反射技术的研究领域。随着在20世纪60年代初商业的tdr示波器的研究成功，利用此项技术测试土壤体积含水量成为可能。今天，tdr技术广泛的被各国科学家采用。利用土壤的介电特性测量土壤水分是一种行之有效、快速、简便、可靠的方法。最先对土壤的介电特性做出系统研究的是前苏联学者，他在1964年出版了引起世界关注的学术名著湿土介电特性研究方法。以此为基础，土壤的介电特性迅速应用于土壤含水量的测量技术中，而且具体实现方法千差万别。其中，高频电容探头测量土壤含水量、甚高频晶体管传输线振荡器测量土壤含水量、微波吸收法、频域反射法、驻波方案的选择与论证率法(也有学者将其归入频域反射法)、 时域反射法(包括时域传播法)及电容传感法等测量方法都属于基于土壤介电特性的土壤含水量测量方法。 本文只着重介绍了时域反射法和电容传感法，其中电容传感法是本文主要的的研究方法，也是本人在阅读大量资料之后确定的一种经济，方便，可行性好的一种比较实用的方法。下面就来为大家介绍这两种方法。3.2 基于无核密度仪原理的介电法3.2.1 时域反射法(tdr)时域反射法是一种介电测量中的高速测量技术，它是以feidegg等人关于许多液体介电特性的研究为基础而发展起来的。后来topp和davis将其引入用于土壤水分测量的研究。根据电磁波在不同介质中传播时其行进速度会有所改变的物理现象提出了时域反射法(time-domain reflecomen)，简称tdr测量方法。topp首先依此方法测得了土壤中气一固一液混合物的介电常数，进而利用统计数学中数值逼近的理论分类法找出了不同种类土壤含水量与介电常数间的多项式关系： =-5.3+2.92-5.5+4.3-含水量。-介电常数。tdr的工作原理：时域反射法测量土壤水分的基本原理是：1mhz1000mhz(一般为100mhz)的电磁脉冲在同轴传输线上的传播速度依赖于其传播物质的介电特性和损耗，在损耗较小时，其主要依赖介电常数的实部。tdr土壤水分速测仪是由脉冲信号发生器、同轴传输线、探头及高频示波器组成。高频脉冲产生器(pulse geilerator)发出loomhz的高频脉冲，并将其通过50q的同轴传输线(500 coaxial cable)传输到探针(probe)，由于同轴传输线与探针阻抗不匹配，有一部分电磁波在探针与传输线连结处沿同轴传输线反射回来，剩余的电磁波继续沿探针传输到探针的另一端，由于探针与土壤的阻抗不匹配又造成电磁波的再次反射。两次反射之间的时间是电磁波沿探针传输时间的两倍。两次反射之间的时间第13页（共39页）无核密度仪在沥青路基压实度检测中的应用可由高频示波器(sampling oscilloscope)来测量显示。传输时间可表示为： t=2lt一两次反射之间的时间(s)l一探头的长度(m)一介质(土壤)的介电常数c-电磁波在真空中的传播速度(m/s)(3)由此可得出介质的介电常数： =式中()称为探头的“表观长度。令=则： =如果土壤是完全干燥的，那么将会是2到4。如果土壤体积的25是水，那么将近11-12。值和水的体积百分含量之间的关系己经通过测试单元(高频示波器)中精确测量值建立起来，这些测试单元中水分所占有的体积事先都己精确测量好。这种关系被用来将的现场测量值转变为土壤的体积含水量。时域反射法测量土壤含水量的原理得到了大家的普遍认可，大量学者对tdr测量土壤含水量的测量敏感区域、土质对测量结果的影响tdr、探头几何结构对测量结果的影响、被测土壤中石块、气隙等杂物对测量结果的影响、用tdr来监测植物生长需水状况及与其他土壤水分快速测量方法的比较等方面做了大量的研究。值得一提是：tdr探针长度的下限不可能小于10cm，这是因为在测量过程中