[發明專利]一種動力響應時空重構裝置

有效

• 申請號: 201810770421.0
• 申請日: 2018-07-13
• 公開（公告）號: CN108982810B
• 公開（公告）日: 2020-03-03
• 發明（設計）人: 周燕國;夏鵬;劉凱;汪玉冰;陳云敏
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01D21/02
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 劉曉春

1.一種動力響應時空重構裝置，其特征在于：所述動力響應時空重構裝置用于整個動力試驗過程的數據采集、處理以及最終數據處理結果的可視化展示和重現，所述動力響應時空重構裝置包括試驗數據采集模塊、試驗數據時空重構模塊、試驗數據管理與存儲模塊，所述試驗數據采集模塊用于實時采集并同步截取不同傳感器采集的動力響應原始數據和導入歷史數據；所述試驗數據時空重構模塊用于將采集到的動力響應原始數據直接經過一步實時處理分析得到最終數據處理結果并進行可視化展示和重現，所述的可視化展示和重現是指一個時間點或者多個連續的時間點采集到的所有數據的處理結果、和/或按照一定的時間和空間順序對采集到的所有時間點的所有數據的處理結果進行可視化展示和重現；所述的試驗數據管理與存儲模塊用于所述動力響應時空重構裝置所有數據的存儲和管理；所述的動力響應原始數據包括加速度原始數據、孔壓原始數據、土壓原始數據、軸壓原始數據、應變原始數據、壓電彎曲元原始數據、壓電壓縮元原始數據、激光位移計原始數據、LVDT原始數據、CPTu原始數據、T-bar原始數據、TDR原始數據、熱成像儀原始數據、運動相機或高速相機原始數據、光纖光柵原始數據；所述的最終數據處理結果包括加速度演變規律、土體剪應力剪應變、加速度計三維位移、液化深度/范圍規律、孔隙水滲流場分析、多個模型斷面應力場分析、土-結相互作用分析、結構體彎矩/軸力/變形計算分析、土體剛度、土體飽和度、場地變形規律、結構體變形規律、砂土強度演變與液化規律、粘土強度演變規律、場地液化過程中含水量變化、液化相變過程分析、場地地表和斷面變形規律；其中：所有傳感器在埋置之前都進行了標定和測試，而后在轉動離心機之前利用動力響應重構模塊建模：第一步輸入模型箱尺寸建立模型箱三維模型，第二步建立模型巖土的三維圖以及相應的模型巖土體的參數和超重力g值信息，第三步輸入傳感器位置的三維坐標信息以及相應的標定系數，將傾斜場地的模型尺寸建立在動力響應時空重構裝置內進行建模，并且將傳感器的位置信息和標定系數也一起輸入，輸入結束后動力響應重構裝置將會生成傳感器三維建模過程示意圖；完成之后轉動離心機并利用振動臺進行施振：試驗數據采集模塊高速記錄響應數據并實時傳輸給試驗數據時空重構模塊進行數據處理，試驗數據時空重構模塊分別經過試驗數據第一步數據處理子系統、試驗數據第二步數據處理子系統、試驗數據第三步數據處理子系統和試驗數據可視化展示與重現子系統，得到最終數據結果并將其呈現出來；其中，所述的試驗數據第一步數據處理子系統將采集到的動力響應原始數據實時生成標準格式數據；其中，動力響應原始數據是同步傳輸給試驗數據第一步數據處理子系統進行處理，試驗數據第一步數據處理子系統是根據前期輸入的標定系數進行數據轉化和數據曲線擬合；

所述的試驗數據第二步數據處理子系統將所述標準格式數據實時轉化為加速度對比、歸一化孔隙水壓力、土壓力變化、軸壓變化、結構體應變分布、剪切波速、壓縮波速、土體累積變形、結構體累積變形、砂土土體強度、粘土土體強度、土體含水量變化、溫度變化、PIV分析結果，然后傳輸給試驗數據第三步數據處理子系統進行專業化處理；其中，所述加速度對比分析是將不同位置處的加速度計在同一時刻的關鍵數據進行對比分析；所述歸一化孔隙水壓力是將孔壓計記錄的孔壓除以孔壓計所處位置的豎向有效應力形成歸一化孔隙水壓力；所述土壓力變化、軸壓變化、土體累積變形、結構體累積變形、土體含水量變化、溫度變化是將同一個傳感器在某一時刻記錄的數據與上一次記錄的數據做差進行對比分析；所述剪切波速和壓縮波速是根據成對壓電彎曲元和壓電壓縮元激發時間和到達時間的差異計算出來的；所述土體強度是根據強度真實值和修正系數反演出來的；所述的PIV分析是將標準圖片按照時間順序導入并根據像素追蹤原理計算土顆粒的運動軌跡；

所述的試驗數據第三步數據處理子系統用于數據的專業化分析處理，將所述專業化分析處理結果傳輸給試驗數據可視化展示與重現子系統；所述專業化分析處理包括：

1)根據加速度對比分析結果分析加速度演變規律并進行土體剪應力剪應變和加速度計三維位移計算，包括進行積分運算以及關鍵數據對比分析；所述的加速度演變規律是指振動產生的巖土體振動加速度由基巖向地表在水平雙向和豎向三個維度內的傳播規律，所述的土體剪應力剪應變是指振動過程中巖土體在不同深度所呈現出來的應力應變關系，所述的加速度計三維位移是指由加速度計記錄的數據反映其所處位置處巖土體的三維變形；

2)根據歸一化孔隙水壓力計算結果進行液化深度/范圍規律分析和孔隙水滲流場分析，所述孔隙水滲流分析是指孔隙液體在振動過程中的遷移過程分析，依據歸一化孔隙水壓力進行區域擬合和動力分析；

3)根據土壓力變化計算結果進行多個模型斷面應力場分析和孔隙水滲流場分析；所述的多個模型斷面應力場分析是指振動過程中巖土體由于動力荷載作用引起的應力場變化；

4)根據軸力變化計算結果進行土-結相互作用分析；所述的土-結相互作用分析是指巖土體與結構體的相互作用，包括應力和變形的相互影響分析；

5)根據結構體應變分布結果進行土-結相互作用分析、結構體彎矩計算、軸力計算和位移計算，包括進行積分、微分運算；

6)根據剪切波速計算結果計算土體剛度，依據剪切波速與土體剛度之間的特征關系式進行反演；

7)根據壓縮波速計算結果計算土體飽和度，依據壓縮波速與土體飽和度之間的特征關系式進行反演；

8)根據土體累積變形和結構體累積變形計算結果分析場地變形規律和結構體變形規律，依據累積變形計算結果進行場地變形區域擬合和結構體變形曲線擬合；

9)根據CPTu傳感器計算的砂土土體強度結果計算巖土體在不同位置處的強度演變與液化規律；

10)根據T-bar傳感器計算的粘土土體強度結果計算巖土體在不同位置處的強度演變規律；

11)根據土體含水量變化結果分析場地液化過程含水量變化；

12)根據溫度變化結果分析場地液化相變過程；

13)根據PIV處理結果分析場地地表和斷面變形規律，依據PIV處理結果進行變形趨勢擬合。