一种道路结构层厚度的探地雷达检测验收方法

1.本发明涉及道路工程技术领域，特别是涉及一种道路结构层厚度的探地雷达检测验收方法。


背景技术：

2.双程走时法是基于探地雷达检测道路结构层厚度，并进行厚度合格验收的常用方法，测试探地雷达所发出的电磁波在道路结构层中的双程走时，在已标定所测道路结构层介电常数的基础上，计算所测道路结构层的厚度，并与验收合格厚度比较，判断测点处的道路结构层厚度是否合格。
3.现有的基于双程走时法的道路结构层厚度验收方法中，将道路结构层的介电常数视为定值，而实际上，道路结构层为非均质结构，不同测点处的介电常数在一定范围内波动，并非定值。
4.因此，基于双程走时法所测得的道路结构层厚度应当为满足一定概率分布特性的随机变量，据此判断的厚度验收测点处的厚度合格情况同样应当为随机变量，而非确切的“合格”或“不合格”判断，但在现有技术的基于探地雷达的道路结构层厚度验收方法中，均未考虑上述问题。


技术实现要素：

5.为了解决以上技术问题，本发明提供一种道路结构层厚度的探地雷达检测验收方法，包括以下步骤
6.s1、在标定段中选取多个测点，测试探地雷达电磁波的双程走时，取芯并标定各测点处道路结构层的介电常数；
7.s2、以正态分布曲线拟合各测点的介电常数，得到正态分布曲线的均值与标准差；
8.s3、对厚度验收所选取的测点，测试探地雷达电磁波的双程走时；
9.s4、对道路结构层厚度验收合格区间所对应的探地雷达电磁波，计算其双程走时的概率分布区间；
10.s5、计算厚度验收所选取的测点的验收合格概率，判断厚度合格情况。
11.本发明进一步限定的技术方案是：
12.进一步的，步骤s1中，道路结构层设置为沥青混合料面层、水泥混凝土面层以及无机结合料稳定碎石基层中的其中一种。
13.前所述的一种道路结构层厚度的探地雷达检测验收方法，步骤s1中，各测点处道路结构层的介电常数的标定方法包括以下步骤
14.s1.1、测试探地雷达所发射电磁波在测点处的双程走时t
′
；
15.s1.2、在测点处取芯，所取芯样从厚度验收层位的顶面贯通至底面，检测厚度验收层位顶面至底面的高度，得到此测点处厚度验收层位的实际厚度h
′
；
16.s1.3、根据下式计算此测点处的厚度验收层的介电常数，
[0017][0018]
其中，ε
′
表示介电常数，c表示真空中的光速。
[0019]
前所述的一种道路结构层厚度的探地雷达检测验收方法，步骤s1中，在标定段中选取多个测点的数量设置为大于等于20个。
[0020]
前所述的一种道路结构层厚度的探地雷达检测验收方法，步骤s2中，对拟合得到的各测点介电常数所满足的正态分布曲线进行shapiro-wilk正态性检验，如果不通过，则返回到步骤s1中，测试更多测点处道路结构层的介电常数后，再执行步骤s2。
[0021]
前所述的一种道路结构层厚度的探地雷达检测验收方法，步骤s2中，正态分布曲线的均值记作μ，标准差记作σ，所测道路结构层介电常数的概率分布服从正态分布n(μ,σ2)。
[0022]
前所述的一种道路结构层厚度的探地雷达检测验收方法，步骤s3中所用的探地雷达与步骤s1中所用的探地雷达设置为相同，且两个探地雷达保持相同的电磁波发射频率；厚度验收所选取测点处探地雷达电磁波的双程走时记作t0。
[0023]
前所述的一种道路结构层厚度的探地雷达检测验收方法，步骤s4中，对道路结构层厚度验收合格区间所对应的探地雷达电磁波，计算其双程走时的概率分布区间包括以下步骤
[0024]
s4.1、对厚度验收测点处所测道路结构层探地雷达电磁波，计算其双程走时的验收合格范围，道路结构层厚度验收合格的厚度区间记作[h1,h2]，厚度验收测点处所测道路结构层的介电常数记作ε0，所对应的探地雷达电磁波双程走时验收合格范围为
[0025]
s4.2、对厚度验收测点处所测道路结构层探地雷达电磁波，计算其双程走时平方的验收合格范围，即为
[0026]
s4.3、厚度验收测点处所测道路结构层的介电常数ε0服从步骤s2中所得的正态分布n(μ,σ2)，计算探地雷达电磁波双程走时验收合格范围下限平方所服从的正态分布此正态分布的概率密度函数记作f1(t2)；计算探地雷达电磁波双程走时验收合格范围上限平方所服从的正态分布此正态分布的概率密度函数记作f2(t2)；
[0027]
s4.4、基于正态分布曲线中的3σ法则，计算探地雷达电磁波双程走时验收合格范围下限平方的分布范围为计算探地雷达电磁波双程走时验收合格范围上限平方的分布范围为
[0028]
前所述的一种道路结构层厚度的探地雷达检测验收方法，步骤s5中，判断厚度合
格情况的方法包括以下步骤
[0029]
s5.1、基于步骤s3中所测厚度验收测点处探地雷达电磁波的双程走时t0，计算此处电磁波双程走时的平方t
02
；
[0030]
s5.2、若则此时测点处厚度100％偏薄，即为不合格，合格概率为0％；若则此时测点处厚度100％偏厚，即为不合格，合格概率为0％；
[0031]
s5.3、若则此时测点处厚度100％合格，合格概率为100％；
[0032]
s5.4、若则此时测点处厚度合格的概率为若则此时测点处厚度合格的概率为
[0033]
本发明的有益效果是：
[0034]
现有的基于探地雷达的道路结构层厚度验收方法中，将道路结构层的介电常数视为定值，而实际的道路结构层为非均质结构，不同测点处的介电常数在一定范围内波动，并非定值，而本发明所提出的一种道路结构层厚度的探地雷达检测验收方法，考虑道路结构层介电常数的概率分布特性，将其视作满足正态分布的非定值，从而将测得的道路结构层厚度视作随机变量，并将验收合格概率的概念引入道路结构层厚度的探地雷达验收中，所以本发明方法所得结论更加贴近实际情况。
附图说明
[0035]
图1为本发明的整体流程示意图。
具体实施方式
[0036]
实施例一：本实施例提供的一种道路结构层厚度的探地雷达检测验收方法，适用于基于探地雷达的沥青混合料面层、水泥混凝土面层或无机结合料稳定碎石基层的厚度验收，如图1所示，包括以下步骤
[0037]
s1、在标定段中选取多个测点，多个测点的数量设置为大于等于20个；测试探地雷达电磁波的双程走时，取芯并标定各测点处道路结构层的介电常数，包括以下分步骤
[0038]
s1.1、测试探地雷达所发射电磁波在测点处的双程走时t
′
；
[0039]
s1.2、在测点处取芯，所取芯样从厚度验收层位的顶面贯通至底面，检测厚度验收层位顶面至底面的高度，得到此测点处厚度验收层位的实际厚度h
′
；
[0040]
s1.3、根据下式计算此测点处的厚度验收层的介电常数，
[0041][0042]
其中，ε
′
表示介电常数，c表示真空中的光速。
[0043]
s2、以正态分布曲线拟合各测点的介电常数，得到正态分布曲线的均值与标准差；
[0044]
对拟合得到的各测点介电常数所满足的正态分布曲线进行shapiro-wilk正态性检验，如果不通过，则返回到步骤s1中，测试更多测点处道路结构层的介电常数后，再执行步骤s2；所得正态分布曲线的均值记作μ，标准差记作σ，所测道路结构层介电常数的概率分布服从正态分布n(μ,σ2)。
[0045]
s3、对厚度验收所选取的测点，测试探地雷达电磁波的双程走时；
[0046]
且步骤s3中所用的探地雷达与步骤s1中所用的探地雷达设置为相同，且两个探地雷达保持相同的电磁波发射频率；厚度验收所选取测点处探地雷达电磁波的双程走时记作t0。
[0047]
s4、对道路结构层厚度验收合格区间所对应的探地雷达电磁波，计算其双程走时的概率分布区间，包括以下分步骤
[0048]
s4.1、对厚度验收测点处所测道路结构层探地雷达电磁波，计算其双程走时的验收合格范围，道路结构层厚度验收合格的厚度区间记作[h1,h2]，厚度验收测点处所测道路结构层的介电常数记作ε0，所对应的探地雷达电磁波双程走时验收合格范围为
[0049]
s4.2、对厚度验收测点处所测道路结构层探地雷达电磁波，计算其双程走时平方的验收合格范围，即为
[0050]
s4.3、厚度验收测点处所测道路结构层的介电常数ε0服从步骤s2中所得的正态分布n(μ,σ2)，计算探地雷达电磁波双程走时验收合格范围下限平方所服从的正态分布此正态分布的概率密度函数记作f1(t2)；计算探地雷达电磁波双程走时验收合格范围上限平方所服从的正态分布此正态分布的概率密度函数记作f2(t2)；
[0051]
s4.4、基于正态分布曲线中的3σ法则，计算探地雷达电磁波双程走时验收合格范围下限平方的分布范围为计算探地雷达电磁波双程走时验收合格范围上限平方的分布范围为
[0052]
s5、计算厚度验收所选取的测点的验收合格概率，判断厚度合格情况，包括以下分步骤
[0053]
s5.1、基于步骤s3中所测厚度验收测点处探地雷达电磁波的双程走时t0，计算此处电磁波双程走时的平方t
02
；
[0054]
s5.2、若则此时测点处厚度100％偏薄，即为不合格，合格概率为0％；若则此时测点处厚度100％偏厚，即为不合格，合格概率为0％；
[0055]
s5.3、若则此时测点处厚度100％合格，合格概率为100％；
[0056]
s5.4、若则此时测点处厚度合格的概率为若则此时测点处厚度合格的概率为
[0057]
通过上述方法对某道路沥青混合料面层进行厚度验收，沥青面层的验收合格厚度区间为[17.1,18.9]cm；通过25个测点标定，测得沥青混合料面层的介电常数所满足的正态分布为n(5.16,0.142)，计算得到探地雷达电磁波双程走时验收合格范围下限平方的分布范围为[2.482,2.693]ns，计算探地雷达电磁波双程走时验收合格范围上限平方的分布范围为[2.743,2.976]ns。
[0058]
测得四处厚度验收测点处探地雷达电磁波的双程走时分别为2.451ns、2.579ns、2.804ns以及2.995ns，则计算可得四处测点的厚度合格概率分别为0％、41.2％、77.3％以及100％。
[0059]
实施例二：对某道路水泥混凝土面层进行厚度验收，沥青面层的验收合格厚度区间为[14.25,15.75]cm；通过30个测点标定，测得沥青混合料面层的介电常数所满足的正态分布为n(6.13,0.192)，计算得到探地雷达电磁波双程走时验收合格范围下限平方的分布范围为[2.240,2.463]ns，计算探地雷达电磁波双程走时验收合格范围上限平方的分布范围为[2.476,2.722]ns。
[0060]
测得四处厚度验收测点处探地雷达电磁波的双程走时分别为2.206ns、2.387ns、2.602ns以及2.781ns，则计算可得四处测点的厚度合格概率分别为0％、68.6％、46.9％以及100％。
[0061]
实施例三：对某道路无机结合料稳定基层进行厚度验收，沥青面层的验收合格厚度区间为[38,42]cm；通过30个测点标定，测得沥青混合料面层的介电常数所满足的正态分布为n(5.78,0.162)，计算得到探地雷达电磁波双程走时验收合格范围下限平方的分布范围为[5.832,6.338]ns，计算探地雷达电磁波双程走时验收合格范围上限平方的分布范围为[6.446,7.006]ns。
[0062]
测得四处厚度验收测点处探地雷达电磁波的双程走时分别为5.698ns、5.958ns、6.720ns以及7.151ns，则计算可得四处测点的厚度合格概率分别为0％、18.1％、51.8％以及100％。
[0063]
综上所述，考虑道路结构层介电常数的概率分布特性，将其视作满足正态分布的非定值，从而将测得的道路结构层厚度视作随机变量，并将验收合格概率的概念引入道路
结构层厚度的探地雷达验收中，所以本发明方法所得结论更加贴近实际情况。
[0064]
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

技术特征：
1.一种道路结构层厚度的探地雷达检测验收方法，其特征在于：包括以下步骤s1、在标定段中选取多个测点，测试探地雷达电磁波的双程走时，取芯并标定各测点处道路结构层的介电常数；s2、以正态分布曲线拟合各测点的介电常数，得到正态分布曲线的均值与标准差；s3、对厚度验收所选取的测点，测试探地雷达电磁波的双程走时；s4、对道路结构层厚度验收合格区间所对应的探地雷达电磁波，计算其双程走时的概率分布区间；s5、计算厚度验收所选取的测点的验收合格概率，判断厚度合格情况。2.根据权利要求1所述的一种道路结构层厚度的探地雷达检测验收方法，其特征在于：所述步骤s1中，道路结构层设置为沥青混合料面层、水泥混凝土面层以及无机结合料稳定碎石基层中的其中一种。3.根据权利要求1所述的一种道路结构层厚度的探地雷达检测验收方法，其特征在于：所述步骤s1中，各测点处道路结构层的介电常数的标定方法包括以下步骤s1.1、测试探地雷达所发射电磁波在测点处的双程走时t
′
；s1.2、在测点处取芯，所取芯样从厚度验收层位的顶面贯通至底面，检测厚度验收层位顶面至底面的高度，得到此测点处厚度验收层位的实际厚度h
′
；s1.3、根据下式计算此测点处的厚度验收层的介电常数，其中，ε
′
表示介电常数，c表示真空中的光速。4.根据权利要求1所述的一种道路结构层厚度的探地雷达检测验收方法，其特征在于：所述步骤s1中，在标定段中选取多个测点的数量设置为大于等于20个。5.根据权利要求1所述的一种道路结构层厚度的探地雷达检测验收方法，其特征在于：所述步骤s2中，对拟合得到的各测点介电常数所满足的正态分布曲线进行shapiro-wilk正态性检验，如果不通过，则返回到步骤s1中，测试更多测点处道路结构层的介电常数后，再执行步骤s2。6.根据权利要求1所述的一种道路结构层厚度的探地雷达检测验收方法，其特征在于：所述步骤s2中，正态分布曲线的均值记作μ，标准差记作σ，所测道路结构层介电常数的概率分布服从正态分布n(μ,σ2)。7.根据权利要求1所述的一种道路结构层厚度的探地雷达检测验收方法，其特征在于：所述步骤s3中所用的探地雷达与步骤s1中所用的探地雷达设置为相同，且两个探地雷达保持相同的电磁波发射频率；厚度验收所选取测点处探地雷达电磁波的双程走时记作t0。8.根据权利要求1所述的一种道路结构层厚度的探地雷达检测验收方法，其特征在于：所述步骤s4中，对道路结构层厚度验收合格区间所对应的探地雷达电磁波，计算其双程走时的概率分布区间包括以下步骤s4.1、对厚度验收测点处所测道路结构层探地雷达电磁波，计算其双程走时的验收合格范围，道路结构层厚度验收合格的厚度区间记作[h1,h2]，厚度验收测点处所测道路结构层的
介电常数记作ε0，所对应的探地雷达电磁波双程走时验收合格范围为s4.2、对厚度验收测点处所测道路结构层探地雷达电磁波，计算其双程走时平方的验收合格范围，即为s4.3、厚度验收测点处所测道路结构层的介电常数ε0服从步骤s2中所得的正态分布n(μ,σ2)，计算探地雷达电磁波双程走时验收合格范围下限平方所服从的正态分布此正态分布的概率密度函数记作f1(t2)；计算探地雷达电磁波双程走时验收合格范围上限平方所服从的正态分布此正态分布的概率密度函数记作f2(t2)；s4.4、基于正态分布曲线中的3σ法则，计算探地雷达电磁波双程走时验收合格范围下限平方的分布范围为计算探地雷达电磁波双程走时验收合格范围上限平方的分布范围为9.根据权利要求1所述的一种道路结构层厚度的探地雷达检测验收方法，其特征在于：所述步骤s5中，判断厚度合格情况的方法包括以下步骤s5.1、基于步骤s3中所测厚度验收测点处探地雷达电磁波的双程走时t0，计算此处电磁波双程走时的平方t
02
；s5.2、若则此时测点处厚度100％偏薄，即为不合格，合格概率为0％；若则此时测点处厚度100％偏厚，即为不合格，合格概率为0％；s5.3、若则此时测点处厚度100％合格，合格概率为100％；s5.4、若则此时测点处厚度合格的概率为若则此时测点处厚度合格的概率为

技术总结
本发明公开了一种道路结构层厚度的探地雷达检测验收方法，涉及道路工程技术领域，可为基于探地雷达的沥青混合料面层、水泥混凝土面层或无机结合料稳定碎石基层的厚度验收提供参考，包括以下步骤：标定各测点处道路结构层的介电常数；以正态分布曲线拟合各测点的介电常数；测试厚度验收测点电磁波的双程走时；计算厚度验收合格区间双程走时的概率分布区间；计算测点验收合格概率，判断厚度合格情况；考虑道路结构层介电常数的概率分布特性，将其视作满足正态分布的非定值，从而将测得的道路结构层厚度视作随机变量，并将验收合格概率的概念引入道路结构层厚度的探地雷达验收中，使得结论更加贴近实际情况。得结论更加贴近实际情况。得结论更加贴近实际情况。


技术研发人员：马涛 范剑伟 朱雅婧 张一鸣
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：2023.03.31
技术公布日：2023/8/4