[发明专利]一种动力响应时空重构装置

权利要求书

1.一种动力响应时空重构装置，其特征在于：所述动力响应时空重构装置用于整个动力试验过程的数据采集、处理以及最终数据处理结果的可视化展示和重现，所述动力响应时空重构装置包括试验数据采集模块、试验数据时空重构模块、试验数据管理与存储模块，所述试验数据采集模块用于实时采集并同步截取不同传感器采集的动力响应原始数据和导入历史数据；所述试验数据时空重构模块用于将采集到的动力响应原始数据直接经过一步实时处理分析得到最终数据处理结果并进行可视化展示和重现，所述的可视化展示和重现是指一个时间点或者多个连续的时间点采集到的所有数据的处理结果、和/或按照一定的时间和空间顺序对采集到的所有时间点的所有数据的处理结果进行可视化展示和重现；所述的试验数据管理与存储模块用于所述动力响应时空重构装置所有数据的存储和管理；所述的动力响应原始数据包括加速度原始数据、孔压原始数据、土压原始数据、轴压原始数据、应变原始数据、压电弯曲元原始数据、压电压缩元原始数据、激光位移计原始数据、LVDT原始数据、CPTu原始数据、T-bar原始数据、TDR原始数据、热成像仪原始数据、运动相机或高速相机原始数据、光纤光栅原始数据；所述的最终数据处理结果包括加速度演变规律、土体剪应力剪应变、加速度计三维位移、液化深度/范围规律、孔隙水渗流场分析、多个模型断面应力场分析、土-结相互作用分析、结构体弯矩/轴力/变形计算分析、土体刚度、土体饱和度、场地变形规律、结构体变形规律、砂土强度演变与液化规律、粘土强度演变规律、场地液化过程中含水量变化、液化相变过程分析、场地地表和断面变形规律；其中：所有传感器在埋置之前都进行了标定和测试，而后在转动离心机之前利用动力响应重构模块建模：第一步输入模型箱尺寸建立模型箱三维模型，第二步建立模型岩土的三维图以及相应的模型岩土体的参数和超重力g值信息，第三步输入传感器位置的三维坐标信息以及相应的标定系数，将倾斜场地的模型尺寸建立在动力响应时空重构装置内进行建模，并且将传感器的位置信息和标定系数也一起输入，输入结束后动力响应重构装置将会生成传感器三维建模过程示意图；完成之后转动离心机并利用振动台进行施振：试验数据采集模块高速记录响应数据并实时传输给试验数据时空重构模块进行数据处理，试验数据时空重构模块分别经过试验数据第一步数据处理子系统、试验数据第二步数据处理子系统、试验数据第三步数据处理子系统和试验数据可视化展示与重现子系统，得到最终数据结果并将其呈现出来；其中，所述的试验数据第一步数据处理子系统将采集到的动力响应原始数据实时生成标准格式数据；其中，动力响应原始数据是同步传输给试验数据第一步数据处理子系统进行处理，试验数据第一步数据处理子系统是根据前期输入的标定系数进行数据转化和数据曲线拟合；

所述的试验数据第二步数据处理子系统将所述标准格式数据实时转化为加速度对比、归一化孔隙水压力、土压力变化、轴压变化、结构体应变分布、剪切波速、压缩波速、土体累积变形、结构体累积变形、砂土土体强度、粘土土体强度、土体含水量变化、温度变化、PIV分析结果，然后传输给试验数据第三步数据处理子系统进行专业化处理；其中，所述加速度对比分析是将不同位置处的加速度计在同一时刻的关键数据进行对比分析；所述归一化孔隙水压力是将孔压计记录的孔压除以孔压计所处位置的竖向有效应力形成归一化孔隙水压力；所述土压力变化、轴压变化、土体累积变形、结构体累积变形、土体含水量变化、温度变化是将同一个传感器在某一时刻记录的数据与上一次记录的数据做差进行对比分析；所述剪切波速和压缩波速是根据成对压电弯曲元和压电压缩元激发时间和到达时间的差异计算出来的；所述土体强度是根据强度真实值和修正系数反演出来的；所述的PIV分析是将标准图片按照时间顺序导入并根据像素追踪原理计算土颗粒的运动轨迹；

所述的试验数据第三步数据处理子系统用于数据的专业化分析处理，将所述专业化分析处理结果传输给试验数据可视化展示与重现子系统；所述专业化分析处理包括：

1)根据加速度对比分析结果分析加速度演变规律并进行土体剪应力剪应变和加速度计三维位移计算，包括进行积分运算以及关键数据对比分析；所述的加速度演变规律是指振动产生的岩土体振动加速度由基岩向地表在水平双向和竖向三个维度内的传播规律，所述的土体剪应力剪应变是指振动过程中岩土体在不同深度所呈现出来的应力应变关系，所述的加速度计三维位移是指由加速度计记录的数据反映其所处位置处岩土体的三维变形；

2)根据归一化孔隙水压力计算结果进行液化深度/范围规律分析和孔隙水渗流场分析，所述孔隙水渗流分析是指孔隙液体在振动过程中的迁移过程分析，依据归一化孔隙水压力进行区域拟合和动力分析；

3)根据土压力变化计算结果进行多个模型断面应力场分析和孔隙水渗流场分析；所述的多个模型断面应力场分析是指振动过程中岩土体由于动力荷载作用引起的应力场变化；

4)根据轴力变化计算结果进行土-结相互作用分析；所述的土-结相互作用分析是指岩土体与结构体的相互作用，包括应力和变形的相互影响分析；

5)根据结构体应变分布结果进行土-结相互作用分析、结构体弯矩计算、轴力计算和位移计算，包括进行积分、微分运算；

6)根据剪切波速计算结果计算土体刚度，依据剪切波速与土体刚度之间的特征关系式进行反演；

7)根据压缩波速计算结果计算土体饱和度，依据压缩波速与土体饱和度之间的特征关系式进行反演；

8)根据土体累积变形和结构体累积变形计算结果分析场地变形规律和结构体变形规律，依据累积变形计算结果进行场地变形区域拟合和结构体变形曲线拟合；

9)根据CPTu传感器计算的砂土土体强度结果计算岩土体在不同位置处的强度演变与液化规律；

10)根据T-bar传感器计算的粘土土体强度结果计算岩土体在不同位置处的强度演变规律；

11)根据土体含水量变化结果分析场地液化过程含水量变化；

12)根据温度变化结果分析场地液化相变过程；

13)根据PIV处理结果分析场地地表和断面变形规律，依据PIV处理结果进行变形趋势拟合。