山区公路弃渣工程尺度参数数字化测定方法及设备

1.本发明属于山区公路弃渣工程建设技术领域，更具体地，涉及一种山区公路弃渣工程尺度参数数字化测定方法及设备。


背景技术：

2.山区公路建设的桥隧比，相对于平原地区要高很多，不可避免的产生土石方平衡问题，弃渣需要选择场地堆放；弃渣工程设计一般是基于坡率控制其整体稳定性，而强度参数又是弃渣边坡坡率设计的重要依据；弃渣场稳定性专题评估是在上述工程特性下利用极限平衡法计算不同工况下弃渣边坡稳定性系数，与对应的安全标准对比，评判其稳定性，计算参数更是重中之重；因此准确合理测定山区公路土石混合弃渣的工程特性是科学设计、合理评估的基础。
3.然而，山区交通工程弃渣具有显著的土石混合、欠固结、非均匀、来源复杂等特征，当前弃渣工程特性测定，对于容重，一般采用现场灌砂法测定，即挖一个有限体积土坑，测定其重量和体积，计算得到弃渣容重；对于弃渣的黏聚力和内摩擦角，一般采取扰动样，在室内通过有限体积直剪试验获取；具体地，在整形弃渣场的表面选择几处位置，利用有限数量有限尺度土坑的弃渣重量测量和土坑体积测量，获取该测点位置弃渣容重值；采取扰动样，在室内进行有限数量有限尺度直剪试验，获取该测点弃渣内摩擦角和弃渣黏聚力；而采用有限尺度和有限数量土石混合弃渣的物理力学试验存在取样的代表性差和测试结果离散性大的问题，传统试验测试方法和技术，很难准确测定土石混合弃渣的容重和强度(黏聚力和内摩擦角)等工程特性参数；空间变异性和时间变异性较强的土石混合弃渣工程特性准确测定是山区公路弃渣工程稳定性评价和安全设计领域面临技术挑战；因此，急需要寻找弃渣大尺度尤其是工程尺度参数测试方法和技术，以解决代表性难题。


技术实现要素：

4.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种山区公路弃渣工程尺度参数数字化测定方法及设备，根据弃渣场施工过程重量和体积记录数据，计算得到工程尺度弃渣容重，根据弃渣堆填过程中的多阶段极限坡角测量，统计得到工程尺度弃渣内摩擦角，根据极限堆高试验测定极限直立高度hcr，结合以获取弃渣容重和内摩擦角，代入公式推导得到工程尺度弃渣黏聚力，进而获得工程尺度条件下山区公路土石混合弃渣工程特性；本发明能够解决山区公路建设中有限体积有限数量土石混合弃渣取样的代表性难题和测试结果离散性问题，为欠固结、非均匀、固体废弃土石混合弃渣物理力学参数测试提供了一种工程尺度测试方法和技术；为山区公路弃渣边坡稳定性专题评估，提供计算参数；为山区公路弃渣边坡设计提供基础数据，可用于山区公路弃渣工程勘察、设计、施工、管理和评估。
5.为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种山区公路弃渣工程尺度参数数字化测定方法，包括如下步骤：
6.s1：在工程尺度条件下，依据弃渣堆填全过程施工记录的每车次净载弃渣重量获
取不同来源弃渣的重量信息，最终获得弃渣总重量，根据弃渣初始地形体积和弃渣整形地形体积的差值获得弃渣总体积，根据弃渣总重量和弃渣总体积获得弃渣总容重，进而获得工程尺度条件下土石混合弃渣总容重参数；
7.s2：在工程尺度条件下，依据弃渣堆填过程的多次极限排放坡角测量，持续获取不同阶段不同来源弃渣的天然休止坡角数据，根据极限排放坡角测量值统计坡角特征值，利用坡角特征值的平均值等效弃渣内摩擦角获取工程尺度条件下土石混合弃渣内摩擦角参数；
8.s3：在工程尺度条件下，依据极限堆高试验获得弃渣的临界直立高度，结合步骤s1获得的弃渣总容重参数和步骤s2获得的弃渣内摩擦角参数，得到工程尺度条件下土石混合弃渣黏聚力参数，进而准确获得工程尺度条件下山区公路土石混合弃渣的工程特性。
9.进一步地，步骤s1还包括弃渣总重量根据下式计算：
[0010][0011]
其中，g为弃渣总重量；i为车次；gi为第i车弃渣重量，通过设置地磅或者单车载重量获取；n为总车次。
[0012]
进一步地，步骤s1还包括弃渣总体积根据下式计算：
[0013]
v＝v
reshape-v
initial
，
[0014]
其中，v为弃渣总体积，单位m3，通过分别测绘整形后弃渣地形图和初始弃渣地形地形图并求差获取弃渣总体积；v
reshape
为整形后弃渣地形图，通过测绘获取；v
initial
为初始弃渣地形地形图，通过测绘获取。
[0015]
进一步地，步骤s1还包括弃渣总容重根据下式计算：
[0016][0017]
其中，γ为弃渣总容重；g为弃渣总重量；v为弃渣总体积。
[0018]
进一步地，步骤s2还包括整体坡角测量≥8次。
[0019]
进一步地，步骤s2还包括弃渣内摩擦角根据下式计算：
[0020][0021]
其中，为土石混合弃渣内摩擦角；j为坡角测量的次数；为第j次坡角测量值；m为坡角测量总次数。
[0022]
进一步地，步骤s3还包括弃渣黏聚力根据下式计算：
[0023][0024]
其中，c为弃渣黏聚力；γ为弃渣容重；h为临界直立高度，通过现场极限堆高试验获取；为土石混合弃渣内摩擦角。
[0025]
本发明的第二个方面提供一种山区公路弃渣工程尺度参数数字化测定系统，包括：弃渣容重测定模块，用于依据弃渣堆填全过程施工记录的累积弃渣重量数据，结合初始
地形和整形地形测量得到弃渣总体积，再通过弃渣总重量除以总体积计算得到弃渣总容重；弃渣内摩擦角测定模块，用于依据弃渣堆填过程的多阶段极限排放坡角测量，根据极限排放坡角统计坡角特征值，利用坡角统计坡角特征值等效得到工程尺度条件下弃渣内摩擦角参数；弃渣黏聚力测定模块，用于依据极限堆高试验测定的极限直立高度，结合测得的弃渣容重和内摩擦角，代入公式推导得到工程尺度弃渣黏聚力。
[0026]
本发明的第三个方面提供一种电子设备，包括：至少一个处理器、至少一个存储器和通信接口；其中，
[0027]
所述处理器、存储器和通信接口相互间进行通信；
[0028]
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，通过所述处理器调用所述程序指令执行本发明第一方面的各种实现方式中任一种实现方式所提供的山区公路弃渣工程尺度参数数字化测定方法。
[0029]
本发明的第四个方面提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行本发明第一方面的各种实现方式中任一种实现方式所提供的山区公路弃渣工程尺度参数数字化测定方法。
[0030]
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0031]
(1)本发明的一种山区公路弃渣工程尺度参数数字化测定方法及设备，根据弃渣场施工过程重量和体积记录数据，计算得到工程尺度弃渣容重，根据弃渣堆填过程中的多阶段极限坡角测量，统计得到工程尺度弃渣内摩擦角，根据极限堆高试验测定极限直立高度h，结合以获取弃渣容重和内摩擦角，代入公式推导得到工程尺度弃渣黏聚力，进而获得工程尺度条件下山区公路土石混合弃渣工程特性；本发明能够解决山区公路建设中有限体积有限数量土石混合弃渣取样的代表性难题和测试结果离散性问题，为欠固结、非均匀、固体废弃土石混合弃渣物理力学参数测试提供了一种工程尺度测试方法和技术；为山区公路弃渣边坡稳定性专题评估，提供计算参数；为山区公路弃渣边坡设计提供基础数据，可用于山区公路弃渣工程勘察、设计、施工、管理和评估。
[0032]
(2)本发明的一种山区公路弃渣工程尺度参数数字化测定方法及设备，从整体角度测量，摒弃了现有的局部取样，方法简单可靠；依据弃渣工程施工顺序，设计了不同指标的测试过程和方法，在施工过程记录数据汇总的基础上，不再单独进行土石混合弃渣工程特性测试，所得土石混合弃渣容重、黏聚力和内摩擦角等工程特性均为工程尺度参数，具有很强的平均特征和代表性，可用指导山区公路弃渣工程勘察、设计、施工和管理。
[0033]
(3)本发明的一种山区公路弃渣工程尺度参数数字化测定方法及设备，基于数字化施工技术，在不增加额外工作的基础上，可以得到土石混合弃渣工程尺度容重、内摩擦角和黏聚力参数；弃渣总重量，通过弃渣运送过程中每车次净载弃渣重量监测及获取，持续获取不同来源弃渣的重量信息，最终获得全部弃渣重量数据；弃渣总体积，通过堆填地形和初始地形的对比获取弃渣总体积，通过弃渣总重量和弃渣总体积获得弃渣总容重，与传统方法相比能够解决有限次数取样的代表性，同时通过工程尺度条件下获得各参数的平均值，能够解决测量结果的离散性问题；通过对弃渣体积持续跟踪测量，实现对弃渣总容重的动态监测，进而了解弃渣固结的稳定状态；弃渣内摩擦角，利用弃渣堆填过程中的极限坡角测量，持续获取不同阶段不同来源弃渣的天然休止坡角数据，休止坡角带有稳定、极限特征，
且一般小于内摩擦角，即具有保守特征，这样利用该参数的统计平均值等效内摩擦角，这样得到的弃渣工程尺度摩擦角也具有极限、稳定和保守特征；弃渣黏聚力的获取过程带有一定稳定特征，可以最大程度的避免室内有限尺度试验造成的剪切面部位局部石块自锁形成的高咬合力假象，得到符合实际情况的弃渣黏聚力参数。
[0034]
(4)本发明的一种山区公路弃渣工程尺度参数数字化测定方法，实验技术路线与传统方法不同，本发明依托数字化施工，不增加额外工作，没有了取样和室内试验过程，避免了取样的代表性问题和有限数量有限尺度试验问题；本发明的弃渣总容重、弃渣内摩擦角和弃渣黏聚力的获取都是在工程尺度条件下进行的，避免了有限尺度和空间变异性带来的取样及试验的代表性问题；在弃渣重量、弃渣体积、弃渣坡角测量和堆填高度试验数据持续动态全过程追踪基础上，得到工程尺度条件下土石混合弃渣容重、土石混合弃渣摩擦角和土石混合弃渣黏聚力参数，区别于传统的静态测量和静态参数，能够避免有限数量试验和时间变异性带来的试验结果的代表性问题。
附图说明
[0035]
图1为本发明实施例的山区公路弃渣工程尺度参数数字化测定方法的流程示意图；
[0036]
图2为本发明实施例的山区公路弃渣工程尺度参数数字化测定方法的实施过程示意图；
[0037]
图3为本发明实施例的山区公路弃渣工程尺度参数数字化测定系统的结构示意图；
[0038]
图4本发明实施例的电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
[0039]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0040]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。另外，本发明提供的各个实施例或单个实施例中的技术特征可以相互任意结合，以形成可行的技术方案，这种结合不受步骤先后次序和/或结构组成模式的约束，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
[0041]
附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。基于这种认识，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方
框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
[0042]
如图1和图2所示，本发明的第一个方面提供一种山区公路弃渣工程尺度参数数字化测定方法，包括如下步骤：
[0043]
s1：在工程尺度条件下，依据弃渣堆填全过程施工记录的每车次净载弃渣重量获取不同来源弃渣的重量信息，最终获得弃渣总重量，根据弃渣初始地形体积和弃渣整形地形体积的差值获得弃渣总体积，根据弃渣总重量和弃渣总体积获得弃渣总容重，进而获得工程尺度条件下土石混合弃渣总容重参数；弃渣总体积通过整形地形减去初始地形获得；其中，弃渣总重量根据式(1)计算：
[0044][0045]
其中，g为弃渣总重量，单位为kn；i为车次；gi为第i车弃渣重量，单位为kn，通过设置地磅或者单车载重量获取；n为总车次；本发明的弃渣总重量，通过弃渣运送过程中每车次净载弃渣重量监测及获取，持续获取不同来源弃渣的重量信息，最终获得全部弃渣重量数据；
[0046]
弃渣总体积根据式(2)计算：
[0047]
v＝v
reshape-v
initial
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0048]
其中，v为弃渣总体积，单位m3，通过分别测绘整形后弃渣地形图和初始弃渣地形地形图并求差获取弃渣总体积；v
reshape
为整形后弃渣地形图，通过测绘获取；v
initial
为初始弃渣地形地形图，通过测绘获取；本发明的弃渣总体积，通过堆填地形和初始地形的对比获取弃渣总体积，通过弃渣总重量和弃渣总体积获得弃渣总容重，与传统方法相比能够解决有限次数取样的代表性，同时通过工程尺度条件下获得各参数的平均值，能够解决测量结果的离散性问题；通过对弃渣体积持续跟踪测量，实现对弃渣总容重的动态监测，进而了解弃渣固结的稳定状态；
[0049]
土石混合弃渣总容重根据式(3)计算：
[0050][0051]
其中，γ为弃渣总容重，单位为kn/m3；g为弃渣总重量，单位为kn；v为弃渣总体积；
[0052]
s2：在工程尺度条件下，依据弃渣堆填过程的多次极限排放坡角测量，持续获取不同阶段不同来源弃渣的天然休止坡角数据，根据极限排放坡角测量值统计坡角特征值，利用坡角特征值的平均值等效弃渣内摩擦角获取工程尺度条件下土石混合弃渣内摩擦角参数；整体坡角测量≥8次；极限排放坡角平均值等于具有保守特征的弃渣内摩擦角；其中土石混合弃渣内摩擦角根据式(4)计算：
[0053]
[0054]
其中，为土石混合弃渣内摩擦角，单位
°
，通过统计分析得到坡角平均值确定；j为坡角测量的次数；为第j次坡角测量值，单位
°
；m为坡角测量总次数；本发明的弃渣内摩擦角，利用弃渣堆填过程中的极限坡角测量，持续获取不同阶段不同来源弃渣的天然休止坡角数据，休止坡角带有稳定、极限特征，且一般小于内摩擦角，即具有保守特征，这样利用该参数的统计平均值等效内摩擦角，这样得到的弃渣工程尺度摩擦角也具有极限、稳定和保守特征；
[0055]
s3：在工程尺度条件下，依据极限堆高试验获得弃渣的临界直立高度，结合步骤s1和步骤s2获得的弃渣总容重参数和弃渣内摩擦角参数，获取工程尺度条件下土石混合弃渣黏聚力参数，进而获得工程尺度条件下山区公路土石混合弃渣工程特性；其中土石混合弃渣黏聚力根据式(5)计算：
[0056][0057]
其中，c为弃渣黏聚力，单位为kpa；γ为弃渣容重，单位为kn/m3；h为临界直立高度，单位为m，通过现场极限堆高试验获取；为土石混合弃渣内摩擦角，单位为
°
；本发明的弃渣黏聚力利用弃渣整形过程中的极限堆高试验，获取极限直立高度，结合预先获得的弃渣总容重参数和弃渣内摩擦角参数代入公式计算得到弃渣黏聚力，弃渣黏聚力的获取过程带有一定稳定特征，可以最大程度的避免室内有限尺度试验造成的剪切面部位局部石块自锁形成的高咬合力假象，得到符合实际情况的弃渣黏聚力参数。
[0058]
本发明的实验技术路线与传统方法不同，基于数字化施工技术，在不增加额外工作的基础上，可以得到土石混合弃渣工程尺度容重、内摩擦角和黏聚力参数；整个过程中没有取样和室内试验过程，避免了取样的代表性问题和有限数量有限尺度试验问题；本发明的弃渣总容重、弃渣内摩擦角和弃渣黏聚力的获取是在在工程尺度条件下获得弃渣重量、弃渣体积、弃渣坡角测量和堆填高度试验数据并持续动态全过程追踪，区别于传统的静态测量和静态参数，能够避免有限尺度和空间变异性带来的取样及试验的代表性问题；能够避免有限数量试验和时间变异性带来的试验结果的代表性问题。
[0059]
本发明各个实施例的实现基础是通过具有处理器功能的设备进行程序化的处理实现的；因此在工程实际中，可以将本发明各个实施例的技术方案及其功能封装成各种模块；基于这种现实情况，如图3所示，本发明的第二个方面提供一种山区公路弃渣工程尺度参数数字化测定系统，用于实现上述第一个方面的一种山区公路弃渣工程尺度参数数字化测定方法，包括弃渣容重测定模块，用于确定工程尺度弃渣容重；弃渣内摩擦角测定模块，用于确定工程尺度弃渣内摩擦角；弃渣黏聚力测定模块，用于依据极限堆高试验测定的极限直立高度，结合测得的弃渣容重和内摩擦角，代入公式推导得到工程尺度弃渣黏聚力；所述弃渣容重测定模块依据弃渣堆填全过程施工记录的累积弃渣重量数据，结合初始地形和整形地形测量得到弃渣总体积，弃渣总重量除以总体积计算得到弃渣总容重；所述弃渣内摩擦角测定模块依据弃渣堆填过程的多阶段极限排放坡角测量，根据极限排放坡角统计坡角特征值，利用坡角统计坡角特征值等效得到工程尺度条件下弃渣内摩擦角参数；所述弃渣黏聚力测定模块依据极限堆高试验或者咬合力经验取值，获取工程尺度条件下弃渣黏聚力参数，通过测定的极限直立高度与容重、内摩擦角及黏聚力公式，推算求取工程尺度条件
下弃渣黏聚力。
[0060]
本发明的第一个方面的测定方法是依托电子设备实现的，如图4所示，本发明的第三个方面提供一种电子设备，所述电子设备包括：至少一个处理器(processor)、通信接口(communications interface)、至少一个存储器(memory)和通信总线，其中，至少一个处理器，通信接口，至少一个存储器通过通信总线完成相互间的通信；至少一个处理器可以调用至少一个存储器中的逻辑指令，以执行前述各个方法实施例提供的方法的全部或部分步骤；即，存储器存储有可被处理器执行的程序指令，处理器调用程序指令能够执行第一方面的各种实现方式中任一种实现方式所提供的一种山区公路弃渣工程尺度参数数字化测定方法及设备。
[0061]
上述的至少一个存储器中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的第四个方面提供一种非暂态计算机可读存储介质，非暂态计算机可读存储介质用于存储计算机指令，通过计算机指令使计算机执行第一方面的各种实现方式中任一种实现方式所提供的一种山区公路弃渣工程尺度参数数字化测定方法及设备；本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个方法实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0062]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0063]
本发明的一种山区公路弃渣工程尺度参数数字化测定方法及设备的工作原理：根据弃渣场施工过程重量和体积记录数据，计算得到工程尺度弃渣容重，根据弃渣堆填过程中的多阶段极限坡角测量，统计得到工程尺度弃渣内摩擦角，根据极限堆高试验测定极限直立高度hcr，结合以获取弃渣容重和内摩擦角，代入公式推导得到工程尺度弃渣黏聚力，进而获得工程尺度条件下山区公路土石混合弃渣工程特性；本发明可以解决有限体积有限数量土石混合弃渣取样的代表性难题和测试结果离散性问题，为欠固结、非均匀、固体废弃土石混合弃渣物理力学参数测试提供了一种工程尺度测试方法和技术；为山区公路弃渣边坡稳定性专题评估，提供计算参数；为山区公路弃渣边坡设计提供基础数据，可用于山区公路弃渣工程勘察、设计、施工、管理和评估；本发明整体测量方法简单可靠；依据弃渣工程施
工顺序，设计了不同指标的测试过程和方法，在施工过程记录数据汇总的基础上，不再单独进行土石混合弃渣工程特性测试，所得土石混合弃渣容重、黏聚力和内摩擦角等工程特性均为工程尺度参数，具有很强的平均特征和代表性，可用指导山区公路弃渣工程勘察、设计、施工和管理。
[0064]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。