高铁路基剪切波速计算方法、装置、设备及可读存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术涉及剪切波速计算技术领域，具体而言，涉及一种高铁路基剪切波速计算方法、装置、设备及可读存储介质。所述方法包括：获取第一数据和第二数据；计算所述第二数据对应的第一频率函数；计算出所述第二加速度传感器所处位置的路基的第一阻尼比；计算出所述第二加速度传感器所处位置的第一剪切模量；根据所述第一剪切模量，计算出所述第二加速度传感器所处位置的路基的第一剪切波速。本发明专利技术通过将传感器分层重叠布置在路基中，实时采集振动波信息，实时计算土体的阻尼比，再利用动参数和阻尼比的动力学模型，依次实时计算出薄层填料的动剪切模态比，进而根据动剪切模量实时计算出薄层填料的剪切波速，不受检测间隔距离和时间的限制。

【技术实现步骤摘要】
高铁路基剪切波速计算方法、装置、设备及可读存储介质
本专利技术涉及剪切波速计算
，具体而言，涉及一种高铁路基剪切波速计算方法、装置、设备及可读存储介质。
技术介绍
铁路建设过程中下部结构分为隧道、桥梁和路基段，其中路基段由于主要组成结构为碎石、土和砂浆等填料，存在非均质性，因此其结构稳定性较为重要，剪切波速是对于铁路路基工程抗震设计的重要指导因素，不同的剪切波速不仅影响土的类型分类，还影响铁路地基覆盖层厚度的确定，因此，路基土体的剪切波速测定尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高铁路基剪切波速计算方法、装置、设备及可读存储介质，以改善上述问题。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一方面，本申请实施例提供了一种高铁路基剪切波速计算方法，所述方法包括：获取第一数据和第二数据，所述第一数据包括设置在变频激振器上的第一加速度传感器所采集到的第一加速度时程数据；所述第二数据包括设置在所述变频激振器正下方的路基中的第二加速度传感器所采集到的第二加速度时程数据；根据所述第一数据和所述第二数据，计算所述第二数据对应的第一频率函数；根据所述第一频率函数，计算出所述第二加速度传感器所处位置的路基的第一阻尼比；根据所述第一阻尼比，计算出所述第二加速度传感器所处位置的第一剪切模量；根据所述第一剪切模量，计算出所述第二加速度传感器所处位置的路基的第一剪切波速。可选地，所述根据所述剪切模量，计算出所述第二加速度传感器所处位置的剪切波速后，还包括：获取第三数据，所述第三数据包括设置在所述第二加速度传感器正下方的路基中的第三加速度传感器所采集到的第三加速度时程数据；根据所述第一数据和所述第三数据，计算所述第三数据对应的第二频率函数；根据所述第二频率函数，计算出所述第二加速度传感器所处位置的路基的第二阻尼比；根据所述第二阻尼比，计算出所述第二加速度传感器所处位置的第二剪切模量；根据所述第一剪切模量、所述第二剪切模量和所述第一剪切波速，计算出所述第三加速度传感器所处位置的路基的第二剪切波速。当所述第二加速度传感器的正下方有多个第三加速度传感器时，重复上述方法，即可求得每个所述第三加速度传感器所处位置的路基的剪切波速。可选地，所述获取第一数据和第二数据后，还包括：通过公式(1)依次将所述第一数据和第二数据进行消除趋势项，公式(1)为：yk＝xk-(a0-a1k-...-amk)(1)公式(1)中，yk为消除趋势项后的数据，xk为第k个加速度数据，xk可视为xk＝a0+a1k+a2k2+...+amkm，a0、a1和am分别为第0阶、第1阶和第m阶分量，k＝0，1，2，...，m；通过公式(2)依次将消除趋势项后的数据进行滤波，公式(2)为：公式(2)中，T为周期，t为时间，ω(t)为频率。可选地，所述根据所述第一数据和所述第二数据，计算所述第二数据对应的第一频率函数，包括：通过公式(3)计算所述第一频率函数，公式(3)为：公式(3)中，H(k)为所述第一频率函数；sxy(k)为以所述第一数据为激励信号，以所述第二数据为响应信号的互功率谱密度函数，sxy(k)由公式(4)求得，sxx(k)为所述第二数据的自率谱密度函数，sxx(k)由公式(5)求得：公式(4)为：公式(5)为：公式(4)和公式(5)中，Xi(k)和Yi(k)为一个或两个随机振动信号的第i个数据段的傅里叶变换,Xi*(k)为Xi(k)的共轭复数，Yi*(k)为Yi(k)的共轭复数，M为平均次数。可选地，所述根据所述第一数据和所述第二数据，计算所述第二数据对应的第一频率函数后，还包括：通过公式(6)至公式(10)依次将所述第一频率函数进行平滑，得到平滑后的数据：公式(6)至公式(10)中，A-2、A-1、A0、A1和A2，分别代表连续5个所述第一频率函数中的数据。可选地，所述根据所述第一频率函数，计算出所述第二加速度传感器所处位置的路基的第一阻尼比，包括：通过公式(11)将所述第一频率函数进行拟合，计算在其模最小时各待定系数的值，公式(11)为：公式(11)中，H(jw)为所述第一频率函数的虚部分量；a0、a1、…、a2N为待定系数，b0、b1、…、b2N为待定系数，再将每个点按公式(11)进行拟合后进行误差函数线性处理后可以计算出各待定系数，从而得到所述第一阻尼比。可选地，所述根据所述第一阻尼比，计算出所述第二加速度传感器所处位置的第一剪切模量，包括：通过公式(12)计算得到土的剪应变，公式(12)为：公式(12)中，k1-k6分别为由于土体性质所影响的拟合参数，λ为第一阻尼比，γ为剪应变；根据公式(13)计算得到所述第一剪切模量，公式(13)为：公式(13)中，Gmax为最大剪切模量，γγ为参考剪应变，γ为剪应变，由土体试验可得，G1为第一剪切模量。可选地，所述根据所述第一剪切模量，计算出所述第二加速度传感器所处位置的路基的第一剪切波速，包括：通过公式(14)计算所述路基的第一剪切波速，公式(14)为：公式(14)中，ρ为路基的土体密度，v1为第一剪切波速，G1为第一剪切模量。可选地，所述根据所述第一剪切模量、所述第二剪切模量和所述第一剪切波速，计算出所述第三加速度传感器所处位置的路基的第二剪切波速，包括：通过公式(15)计算得到所述第二剪切模量与所述第一剪切模量的差值，公式(15)为：△G＝G2-G1(15)公式(15)中，△G为所述第二剪切模量与所述第一剪切模量的差值，G1为第一剪切模量，G2为第二剪切模量；通过公式(16)和公式(17)计算得到所述路基的第二剪切波速，公式(16)和公式(17)为：△V＝V2-V1(17)公式(16)中，V2为第二剪切波速，v1为第一剪切波速，△V为第二剪切波速与第一剪切波速的差值，△G为所述第二剪切模量与所述第一剪切模量的差值，G1为第一剪切模量，A、B为考虑土体参数后的经验值，由土的物理力学试验得出，A的取值为3.89，B的取值为8.69。另一方面，本申请实施例提供了一种高铁路基剪切波速计算装置，所述装置包括：第一获取模块，用于获取第一数据和第二数据，所述第一数据包括设置在变频激振器上的第一加速度传感器所采集到的第一加速度时程数据；所述第二数据包括设置在所述变频激振器正下方的路基中的第二加速度传感器所采集到的第二加速度时程数据；第一计算模块，用于根据所述第一数据和所述第二数据，计算所述第二数据对应的第一频率函数；第二计算模块，用于根据所述第一频率函数，计算出所述第二加速度传感器所处位置的路基的第一阻尼比；第三计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高铁路基剪切波速计算方法，其特征在于，包括：/n获取第一数据和第二数据，所述第一数据包括设置在变频激振器上的第一加速度传感器所采集到的第一加速度时程数据；所述第二数据包括设置在所述变频激振器正下方的路基中的第二加速度传感器所采集到的第二加速度时程数据；/n根据所述第一数据和所述第二数据，计算所述第二数据对应的第一频率函数；/n根据所述第一频率函数，计算出所述第二加速度传感器所处位置的路基的第一阻尼比；/n根据所述第一阻尼比，计算出所述第二加速度传感器所处位置的第一剪切模量；/n根据所述第一剪切模量，计算出所述第二加速度传感器所处位置的路基的第一剪切波速。/n

【技术特征摘要】
1.一种高铁路基剪切波速计算方法，其特征在于，包括：
获取第一数据和第二数据，所述第一数据包括设置在变频激振器上的第一加速度传感器所采集到的第一加速度时程数据；所述第二数据包括设置在所述变频激振器正下方的路基中的第二加速度传感器所采集到的第二加速度时程数据；
根据所述第一数据和所述第二数据，计算所述第二数据对应的第一频率函数；
根据所述第一频率函数，计算出所述第二加速度传感器所处位置的路基的第一阻尼比；
根据所述第一阻尼比，计算出所述第二加速度传感器所处位置的第一剪切模量；
根据所述第一剪切模量，计算出所述第二加速度传感器所处位置的路基的第一剪切波速。


2.根据权利要求1所述的高铁路基剪切波速计算方法，其特征在于，所述根据所述第一剪切模量，计算出所述第二加速度传感器所处位置的路基的第一剪切波速后，还包括：
获取第三数据，所述第三数据包括设置在所述第二加速度传感器正下方的路基中的第三加速度传感器所采集到的第三加速度时程数据；
根据所述第一数据和所述第三数据，计算所述第三数据对应的第二频率函数；
根据所述第二频率函数，计算出所述第二加速度传感器所处位置的路基的第二阻尼比；
根据所述第二阻尼比，计算出所述第二加速度传感器所处位置的第二剪切模量；
根据所述第一剪切模量、所述第二剪切模量和所述第一剪切波速，计算出所述第三加速度传感器所处位置的路基的第二剪切波速。


3.根据权利要求1所述的高铁路基剪切波速计算方法，其特征在于，所述根据所述第一数据和所述第二数据，计算所述第二数据对应的第一频率函数，包括：
通过公式(3)计算所述第一频率函数，公式(3)为：



公式(3)中，H(k)为所述第一频率函数；sxy(k)为以所述第一数据为激励信号，以所述第二数据为响应信号的互功率谱密度函数，sxy(k)由公式(4)求得，sxx(k)为所述第二数据的自率谱密度函数，sxx(k)由公式(5)求得：
公式(4)为：



公式(5)为：



公式(4)和公式(5)中，Xi(k)和Yi(k)为一个或两个随机振动信号的第i个数据段的傅里叶变换,Xi*(k)为Xi(k)的共轭复数，Yi*(k)为Yi(k)的共轭复数，M为平均次数。


4.根据权利要求3所述的高铁路基剪切波速计算方法，其特征在于，所述根据所述第一数据和所述第二数据，计算所述第二数据对应的第一频率函数后，还包括：
通过公式(6)至公式(10)依次将所述第一频率函数进行平滑，得到平滑后的数据：















公式(6)至公式(10)中，A-2、A-1、A0、A1和A2，分别代表连续5个所述第一频率函数中的数据。


5.根据权利要求1所述的高铁路基剪切波速计算方法，其特征在于，所述根据所述第一阻尼比，计算出所述第二加速度传感器所处位置的第一剪切模量，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨长卫，童心豪，张良，郭雪岩，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51