(57)【要約】      （修正有）【課題】大規模のデータを同期して処理し、試験過程を指導して、試験者によるデータ処理の効率を向上させる時空間再構成装置を提供する。【解決手段】動的応答の時空間再構成装置は、動的試験全体におけるデータの収集、処理、及び、最終のデータの処理結果の可視化表示と再現に用いられ、試験データ収集モジュールと試験データ時空間再構成モジュールと試験データ管理・記憶モジュールとを含む。試験データ時空間再構成モジュールは、収集された動的応答生データをそのままリアルタイムにワンステップの処理・分析に付して最終のデータの処理結果を得て、可視化表示と再現を行う。【選択図】図１
2020012362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動的試験全体におけるデータの収集、処理、及び、最終のデータの処理結果の可視化表示と再現に用いられ、試験データ収集モジュールと試験データ時空間再構成モジュールと試験データ管理・記憶モジュールとを含み、
前記試験データ収集モジュールは、異なるセンサで収集された動的応答生データをリアルタイムに収集し同期して取り出したり、履歴データを導入したりするためのものであり、
前記試験データ時空間再構成モジュールは、前記収集された動的応答生データをそのままワンステップのリアルタイムな処理・分析に付して最終のデータの処理結果を得て可視化表示と再現を行うためのものであり、
前記可視化表示と再現とは、一つの時点又は連続した複数の時点で収集されたすべてのデータの処理結果、及び／又は、一定の時間順・空間順に収集されたすべての時点でのすべてのデータの処理結果について可視化表示と再現を行うことであり、
前記試験データ管理・記憶モジュールは、前記動的応答の時空間再構成装置によるすべてのデータの記憶と管理のためのものであり、
前記動的応答生データは、加速度生データ、間隙水圧生データ、土圧生データ、軸圧力生データ、歪み生データ、圧電型ベンダーエレメント生データ、圧電型圧縮エレメント生データ、レーザ変位計生データ、ＬＶＤＴ生データ、ＣＰＴｕ生データ、Ｔ−ｂａｒ生データ、ＴＤＲ生データ、熱探知カメラ生データ、運動検知カメラ又は高速度カメラ生データ、光ファイバ格子生データのいずれか一つ又は複数から選ばれるものであり、
前記最終のデータの処理結果は、加速度の遷移法則、土壌体の剪断応力・剪断歪み、加速度計の三次元変位、液状化の深さ／範囲の法則、間隙水の浸透場分析、複数のモデル断面の応力場分析、地盤構造物相互作用分析、構造体の曲げモーメント／軸圧力／変形計算・分析、土壌体剛度、土壌体飽和度、グランドの変形法則、構造体の変形法則、砂土強度の遷移と液状化法則、粘土強度の遷移法則、グランドの液状化過程における含水量変化、液状化の相変化過程の分析、グランド地表と断面の変形法則のいずれか一つ又は複数から選ばれるものであること
を特徴とする動的応答の時空間再構成装置。
【請求項２】
前記可視化表示と再現の内容は、加速度の遷移法則、土壌体の剪断応力・剪断歪み、加速度計の三次元変位、液状化の深さ／範囲の法則、間隙水の浸透場分析、複数のモデル断面の応力場分析、地盤構造物相互作用分析、構造体の曲げモーメント／軸圧力／変形計算・分析、土壌体剛度、土壌体飽和度、グランドの変形法則、構造体の変形法則、砂土強度の遷移と液状化法則、粘土強度の遷移法則、グランドの液状化過程における含水量変化、液状化の相変化過程の分析、グランド地表と断面の変形法則等の一つ又は複数から選ばれるものであり、
前記構造体は、杭、トンネル、配管用地下通路、地下鉄駅、原発、擁壁、堰、盛り土等の土工構築物や、モデルボックスの一つ又は複数から選ばれるものであること
を特徴とする請求項１に記載の動的応答の時空間再構成装置。
【請求項３】
前記可視化表示と再現の形式は、三次元図、テーブル、曲線、クラウドチャート、動画、単一値、ヒストグラム、ダッシュボードのいずれか一つ又は複数から選ばれるものであること
を特徴とする請求項１に記載の動的応答の時空間再構成装置。
【請求項４】
前記試験データ収集モジュールは、センサ、データ収集ソフトウェア、光送受信機、データ収集機器、電源供給・変換機器等の部品を含み、前記データ収集ソフトウェアにより前記データ収集機器を制御してデータ収集を実現し、前記電源供給・変換機器により実験室の標準電圧を前記センサに適用される電圧に変換して前記センサに給電し、前記データ収集機器と前記センサとの接続により動的応答生データの収集を実現し、前記光送受信機と前記データ収集機器との接続により前記動的応答生データのデジタル変換と伝送を実現していること
を特徴とする請求項１に記載の動的応答の時空間再構成装置。
【請求項５】
前記センサは、加速度計、間隙水圧計、土圧計、圧電型ベンダーエレメント、圧電型圧縮エレメント、レーザ変位計、ＬＶＤＴ変位センサ、歪みゲージ、軸圧力計、ＣＰＴｕ、Ｔ−ｂａｒ、時間領域反射型の電磁波装置ＴＤＲ、マイクロ運動検知カメラ、高速度カメラ、光ファイバ格子、熱探知カメラの一つ又は複数から選ばれるものであること
を特徴とする請求項１に記載の動的応答の時空間再構成装置。
【請求項６】
前記試験データ収集モジュールは、マルチチャネルとして高分解能で動的応答生データを収集でき、好ましくは、前記チャネルの数≧２５６個、時間分解能≦２μｓとし、更に好ましくは、チャネルの数≧５１２個、時間分解能≦１μｓとしていること
を特徴とする請求項１に記載の動的応答の時空間再構成装置。
【請求項７】
前記試験データ時空間再構成モジュールは、試験データ第一段階処理サブシステム、試験データ第二段階処理サブシステム、試験データ第三段階処理サブシステム、及び、試験データ可視化表示・再現サブシステムを含み、そのうち、
前記試験データ第一段階処理サブシステムは、前記収集された動的応答生データから標準形式データをリアルタイムに生成するものであり、前記標準形式データは、加速度真値、間隙水圧真値、土圧真値、圧力真値、歪み真値、波動パターン、変位真値、砂土強度真値、粘土強度真値、含水量真値、温度真値、標準形式イメージ、光学信号反転値のいずれか一つ又は複数から選ばれるものであり、前記光学信号反転値は、加速度真値、間隙水圧真値、土圧真値、歪み真値、含水量真値、温度真値の一つ又は複数から選ばれるものであり、
前記試験データ第二段階処理サブシステムは、前記標準形式データを、加速度対比、正規化された間隙水圧、土圧変化、軸圧力変化、構造体の歪み分布、剪断波速度、圧縮波速度、土壌体の累積変形、構造体の累積変形、砂土の土壌体強度、粘土の土壌体強度、土壌体の含水量変化、温度変化、ＰＩＶ分析等の結果にリアルタイムに変換し、続いて試験データ第三段階処理サブシステムに伝送して専門的処理に付するものであり、
前記試験データ第三段階処理サブシステムは、データの専門的な分析処理に用いられ、前記専門的な分析処理の結果を試験データ可視化表示・再現サブシステムに伝送するものであり、
前記専門的な分析処理は、
（１）前記加速度対比の結果から前記加速度の遷移法則を分析し、前記土壌体の剪断応力・剪断歪みと前記加速度計の三次元変位計算を行うこと、
（２）前記正規化された間隙水圧の計算結果から前記液状化の深さ／範囲の法則分析と前記間隙水の浸透場分析を行うこと、
（３）前記土圧変化の計算結果から前記複数のモデル断面の応力場分析と前記間隙水の浸透場分析を行うこと、
（４）前記軸圧力変化の計算結果から前記地盤構造物相互作用分析を行うこと、
（５）前記構造体の歪み分布の結果から、前記地盤構造物相互作用分析、前記構造体の曲げモーメント計算、軸圧力計算及び変形計算を行うこと、
（６）前記剪断波速度の計算結果から前記土壌体剛度を計算すること、
（７）前記圧縮波速度の計算結果から前記土壌体飽和度を計算すること、
（８）前記土壌体／構造体の累積変形の計算結果から前記グランドの変形法則と前記構造体の変形法則を分析すること、
（９）前記砂土の土壌体強度の結果から異なる位置における前記砂土強度の遷移と前記液状化法則を計算すること、
（１０）前記粘土の土壌体強度の結果から異なる位置における前記粘土強度の遷移法則を計算すること、
（１１）前記土壌体の含水量変化の結果から前記グランドの液状化過程における含水量変化を分析すること、
（１２）前記温度変化の結果から前記グランドの液状化の相変化過程を分析すること、
（１３）前記ＰＩＶ分析の結果からグランド地表と断面の変形法則を分析すること、
のいずれか一つ又は複数から選ばれるものであり、
前記試験データ可視化表示・再現サブシステムは、すべてのデータの処理結果の可視化表示と再現のためのものであること
を特徴とする請求項１に記載の動的応答の時空間再構成装置。
【請求項８】
前記試験データ第二段階処理サブシステムによる前記標準形式データの処理方法は、フィルタ処理、変換処理、補間処理から選ばれるものであること
を特徴とする請求項７に記載の動的応答の時空間再構成装置。
【請求項９】
前記フィルタ処理は、ＦＦＴフィルタ、ＩＦＦＴフィルタ、バターワースフィルタ、スペクトル分析等から選ばれるものであること
を特徴とする請求項８に記載の動的応答の時空間再構成装置。
【請求項１０】
前記試験データ可視化表示・再現サブシステムは、第三段階にて変換処理されたデータを受け取って可視化表示と再現を行うものであり、動的試験中において試験データの第一段階、第二段階及び最終の処理結果をリアルタイムに読み取ったり表示したりしうることと、動的試験の終了後に、前記加速度の遷移法則、前記土壌体の剪断応力・剪断歪み、前記加速度計の三次元変位、前記液状化の深さ／範囲の法則、前記複数のモデル断面の応力場分析、前記間隙水の浸透場分析、前記地盤構造物相互作用分析、前記構造体の曲げモーメント／軸圧力／変形計算・分析、前記土壌体剛度、前記土壌体飽和度、前記グランドの変形法則、前記構造体の変形法則、前記砂土強度の遷移と液状化法則、前記粘土強度の遷移法則、前記グランドの液状化過程における含水量変化、前記液状化の相変化過程の分析、前記グランド地表と断面の変形法則を表示したり再現したりすることとを含むこと
を特徴とする請求項７に記載の動的応答の時空間再構成装置。
【請求項１１】
前記試験データ管理・記憶モジュールは、前記動的応答の時空間再構成装置によるすべてのデータを統括して記憶し管理するための試験データ管理サブシステムと、前記試験データ管理サブシステムの汎用性と拡張性を向上させるためのシステム構成サブシステムとを含むこと
を特徴とする請求項１に記載の動的応答の時空間再構成装置。
【請求項１２】
前記試験データ管理・記憶モジュールは、データの遠隔共有を実現するためのデータ共有サブシステムをさらに含むこと
を特徴とする請求項１１に記載の動的応答の時空間再構成装置。
【請求項１３】
前記動的応答の時空間再構成装置の運転工程は、オンライン分析コースとオフライン分析コースとデータ管理コースの一つ又は複数を含み、そのうち、
前記オンライン分析コースは、進行中の動的試験についてオンラインかつリアルタイムな動的応答の時空間再構成を行うためのものであり、試験データ収集モジュールにより動的応答生データを取得してリアルタイムにコンピュータに伝送し、試験データ時空間再構成モジュールにて収集された動的応答生データを直接ワンステップの処理・分析に付して最終のデータの処理結果を得て可視化表示と再現を行うことによって、試験中における動的応答に対するリアルタイムな監視が実現され、
前記オフライン分析コースは、履歴データを導入し、試験データ時空間再構成モジュールによりワンステップの処理・分析を行って最終のデータの処理結果を得て可視化表示と再現を行うためのものであり、試験データに対する事後分析が実現され、
前記データ管理コースは、試験者による前記動的応答の時空間再構成装置のすべてのデータに対する管理及び履歴データに対するディープマイニングのためのものであり、前記履歴データはオンライン分析コースにより得られた最終のデータの処理結果とオフライン分析により得られた最終のデータの処理結果であること
を特徴とする請求項１に記載の動的応答の時空間再構成装置。
【請求項１４】
前記動的試験は、振動台試験、土工構築物の繰り返し載荷試験、シールドの掘進試験、ダムの決壊試験、側斜面の地滑り試験、洋上風力発電の波浪試験、高速鉄道路盤の振動試験等から選ばれるものであること
を特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれかに記載の動的応答の時空間再構成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土木工学の分野に関し、特に動的応答の時空間再構成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
土木工学の分野では、観測や予測により土木工事対象の動き具合を認識し、そのサービス性能と安全性を判断して、それに応じた対策を取ることは一般的である。観測については、主として原型観測であり、それは、完成後に工学構造物に計測素子を埋め込んで、工学構造の動作特性の情報を直接取得するものである。この研究は事後研究であるため、事前に工学構造の設計を指導することはできない。予測としては、二つの種類があり、一つは数値解析（ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  ａｎａｌｙｓｉｓ）であり、もう一つは物理的モデリング（ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ）である。物理的モデリングでは、相似法則と原型の動作状況（例えば、実際の建物の状態）に基づいてモデルの境界条件を合理的に設定して制御し、仮想的な設計荷重に関する応力条件を模擬することによって、複数の要因の組合せでの工学構造の力学応答や動作特性を予測又は再現し、ひいてはその破壊の全過程を模擬することができる一方、物理的モデリングによる情報は予見性があり、設計に対して技術的根拠や情報を十分に提供でき、数値解析の結果の検証に用いられることも可能である。
【０００３】
現在よく用いられている土工での物理的モデリング方法は、主として、小縮尺モデル試験、大縮尺モデル試験、較正チューブ試験、振動台試験等がある。地盤地震工学の分野では、振動台試験はよく見られる試験方法であり、多数のセンサが配置されている土工構築物（ダム、高くて急峻な側斜面、弱い地盤、地下鉄駅、トンネル、配管用地下通路、都市建物群、原発等）モデルを振動台に置き、振動台により地震動を出力し、センサで振動期間における土工構築物による応答を記録し、続いて、土工構築物の地震応答特性を総合的に評価するように、センサで記録された多量のデータについて分析処理を行うようになっている。そのうち、振動台試験は、標準重力振動台試験と超重力振動台試験に分けられている。超重力振動台試験は遠心機で行われる模擬試験であり、寸法を縮小した土工モデルを高回転速度の遠心機に置き、モデルに重力加速度より大きい作用を受けさせることによって、モデルの縮尺による土工構築物の自重応力損失を補償するものである。遠心機において１００ｇの超重力場が生じていると、土壌体１ｍは原型１００ｍのグランド地質体と等価のものとなり、１ｓの高周波励振により１００ｓの継続期間内の実際の地震動を再現した。
【０００４】
もちろん、振動台試験は、土木工学においてよく見られる動的試験の一つに過ぎず、例えば、シールドの掘進試験、ダムの決壊試験、側斜面の地滑り試験、洋上風力発電の波浪試験、高速鉄道路盤の振動試験等はいずれも動的試験の範囲に属している。上記した動的試験についての分析から、機械装置による動的期間は比較的短く、また、これらの機械装置を超遠心機に置いて動的試験を行うと、遠心機による時間短縮効果により動的期間を更に短くできる（超重力の倍数に反比例する）ことが分かった。一般には、動的試験において多数のセンサを配置して監視を行っており、センサで動的応答生データを動的に収集し、収集された動的応答生データを複数のステップにより処理して得られたデータの処理結果は、二次元グラフ（例えば、Ｘ−Ｙ平面図やＥｘｃｅｌテーブル）で表示されることができる。
【０００５】
地盤地震工学における超重力振動台試験を例とすると、一回の振動期間は３秒を上回らず、動的応答生データの記録のためのセンサは分解能が非常に高く、応答データに非常に敏感なものであり、センサにより単位時間で取得されたデータ量は非常に膨大なものとなり、一つのセンサで１秒間において記録されたデータは千ひいては万個と高く、一回の超重力振動台試験では一般に数十ひいては百個のセンサが必要となるため、すべてのセンサによるデータ量は非常に膨大となり、また、これらのセンサによる応答データは、交差分析を経て初めて最終の応答分析結果を得ることができ、一回の超重力振動台試験では数十種類のデータ分析が必要となり、データ分析量が大きく、複雑性が高い。
【０００６】
通常、動的試験中においては、複数種のセンサの連携により地質体の動的応答を監視し特徴付けることになっており、以下の表には一部のセンサの機能と収集されたデータの具体的な種別が示されており、これらのセンサで記録されたデータの種別としては、一般に、加速度生データ、間隙水圧生データ、土圧生データ、軸圧力生データ、歪み生データ、圧電型ベンダーエレメント生データ、圧電型圧縮エレメント生データ、レーザ変位計生データ、ＬＶＤＴ生データ、ＣＰＴｕ生データ、Ｔ−ｂａｒ生データ、ＴＤＲ生データ、熱探知カメラ生データ、運動検知カメラ又は高速度カメラ生データ、光ファイバ格子生データ等の生データ形式である。試験者は、まず試験要求に従って、ある時間帯の生データを手動で取り出して第一段階のデータ処理を行い、対応する標準形式データ（第一段階のデータの処理結果）を得る必要がある。前記第一段階のデータの処理結果としては、加速度真値、間隙水圧真値、土圧真値、圧力真値、歪み真値、波動パターン、変位真値、砂土強度真値、粘土強度真値、含水量真値、温度真値、標準形式イメージ、光学信号反転値等であってもよく、前記光学信号反転値は、加速度真値、間隙水圧真値、土圧真値、歪み真値、含水量真値、温度真値のいずれか一つ又は複数から選ばれるものである。続いて、対応するセンサに向ける処理方式に従って、それぞれ、第二段階のデータ処理、例えば加速度対比等の初歩のデータ処理・分析を行い、第二段階のデータの処理結果を得ることになる。前記第二段階のデータの処理結果としては、加速度計対比分析、正規化された間隙水圧、土圧変化、軸圧力変化、構造体の歪み分布、剪断波速度、圧縮波速度、土壌体の累積変形、構造体の累積変形、砂土の土壌体強度、粘土強度、土壌体の含水量変化、温度変化、ＰＩＶ（粒子画像化速度計測）分析等であってもよい。最後に、第二段階のデータの処理結果をそれぞれ各種の専門ソフトに導入して対応する第三段階のデータ処理を行い、第三段階のデータの処理結果を得ることになる。前記第三段階のデータの処理結果は、工事の耐震設計を指導できる最終的なデータ結果となり、例えば、ＭａｔｌａｂソフトでプログラミングしてＰＩＶ分析を行ったり、ＭａｔｈＣａｄソフトで土壌体の剪断応力・剪断歪みを計算したり、ＧｅｏＳｔｕｄｉｏソフトで間隙水の浸透場分析を行ったり、Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  ６  ｓｏｆｔｗａｒｅ  ｐａｃｋａｇｅソフトで地盤構造物相互作用を分析したり、ＣｌｉｐとＬｉｑＳＶｓソフトで地盤の液状化可能性を分析したりすること等がある。前記第三段階のデータの処理結果としては、加速度の遷移法則、土壌体の剪断応力・剪断歪み、加速度計の三次元変位、液状化の深さ／範囲の法則、間隙水の浸透場分析、複数のモデル断面の応力場分析、地盤構造物相互作用分析、構造体の曲げモーメント／軸圧力／変形計算・分析、土壌体剛度、土壌体飽和度、グランドの変形法則、構造体の変形法則、砂土強度の遷移と液状化法則、粘土強度の遷移、グランドの液状化過程における含水量変化、液状化の相変化過程の表示、グランド地表と断面の変形法則等であってもよい。説明する必要があるのは、前記最終のデータの処理結果（第三段階のデータの処理結果）は、第二段階のデータの処理結果をそれぞれ対応する専門ソフトに導入して初めて計算されて得られものであるが、これらの専門ソフトは、通常、異種のものであり、各ソフトウェアは独立してそれぞれの機能を果たし、互いに連携することがない。対応する処理・分析のステップを表１に示す。
【０００７】
【表１】
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【０００８】
上記表において、ＬＶＤＴは変位センサであり、ＣＰＴｕは静的コーン貫入試験装置であり、ＴＤＲは時間領域反射型の電磁波装置であり、Ｔ−ｂａｒは粘土強度をテストするためのものであり、ＰＩＶは粒子画像化速度計測であり、光ファイバ格子は、一つ又は複数のマイクロセンサを同一の光ファイバに直列接続させ、光ファイバの反射スペクトル／屈折スペクトルの相違に基づいて対応するセンサの応答データを復調させるものであり、前記応答データは光学信号反転値である。前記マイクロセンサは、マイクロ加速度計、マイクロ土圧計、マイクロ間隙水圧計、マイクロ変位計、マイクロ歪み計、マイクロ温度計、マイクロ含水量センサ等の一つ又は複数から選ばれるものである。地盤構造物相互作用分析とは、地盤と構造体による相互作用についての分析であり、前記構造体は、杭、トンネル、配管用地下通路、地下鉄駅、原発、擁壁、堰、盛り土等の土工構築物や、モデルボックスの一つ又は複数から選択されるものである。
【０００９】
以下、杭（構造体）における歪みゲージのデータの処理を例として、データ処理過程全体について詳細に説明する。歪みゲージセンサは、主に歪み値を計測し、杭（構造体）の曲げモーメント、軸圧力及び変形を逆算するためのものであり、歪みゲージセンサを使用する前には較正を行わなければならず、杭（構造体）載荷試験により歪み生データと歪み真値（第一段階データの処理結果）との間の係数を較正する。超重力振動台試験中において、一つの歪みゲージは３秒の振動期間で約３０００個のデータポイントを記録するようになっている。試験者はまず、センサで収集された電圧（生データ）を歪み真値（第一段階データの処理結果）に変換する必要があり、次に、同一時刻での杭のすべての歪み真値についてＥｘｃｅｌソフトにより曲線適合（一般には試験条件に応じて対応する適合方程式で適合）を行って杭（構造体）の歪み分布（第二段階データの処理結果）が得られ、さらに次に、杭（構造体）の曲げモーメントについてＭａｔｌａｂソフトにより微分／積分演算を行って杭（構造体）の曲げモーメント／軸圧力／変形計算・分析（第三段階データの処理結果）が得られる。超重力振動台試験中においては、データ収集時間が短く、収集量が膨大である（群杭（構造体）による超重力振動台試験では、歪みゲージの数は４００に達する可能性があり、得られたデータ量は１２０万個のデータポイントと多い）ため、試験中においてデータをリアルタイムに処理することは現在不可能であり、試験後に多量の時間を費やして処理することしかできない。また、現在のデータ処理技術は、一つ又は複数の分散した時点で収集された一部のデータしか分析できず、試験全体におけるすべての時点で生じたすべてのデータについて統合分析を行うことは不可能であるため、試験の主要データの脱落が発生する可能性が高い（例えば、一つ又は複数の時点での一部のデータから得られた杭（構造体）の曲げモーメントは、試験全体における最大の曲げモーメントではない可能性が高い）。また、第三段階のデータの処理結果の表現に対しては、従来技術では、一つ又は複数の分散した時点で収集された一部のデータの処理結果を二次元グラフで表示することしかできず、超重力振動台試験全体において収集されたすべての時点でのすべてのデータの処理結果について多次元的な可視化表示と再現を行うことは不可能である。具体的には、従来技術では、一つの時点で収集されたすべてのデータの処理結果も、連続した複数の時点で収集されたすべてのデータの処理結果も実現できず、まして収集されたすべての時点でのすべてのデータの処理結果について一定の時間順・空間順に多次元的な可視化再現を行うことができない。以上から分かるように、現在のデータの表現方式は、高速に記録された膨大なデータ量及び遅れたデータ処理形式に制約されており、現在のデータの可視化形式は、現在の高度な過渡動的試験におけるマスデータについて確実に指導を行うことができない。
【００１０】
大型の地質体及び複雑な地質体の動的試験では、表１に挙げられた複数種のセンサをともに使用して全面的な監視を行うことは一般的である。現在最大の超重力振動台（日本大林組による超重力振動台モデルボックスは、内部寸法が２×０．９×０．８５ｍである）を例とすると、動的試験に必要なセンサとして配置される土圧計は１００個、間隙水圧計は１００個、加速度計は５０個、軸圧力計は５０個、歪みゲージは２００対、圧電型ベンダーエレメントアレイは１６組、圧電型圧縮エレメントアレイは１６組、レーザ変位計やＬＶＤＴ変位センサは３０個、光ファイバ格子は１６チャネル（チャネル毎に接続されているセンサ数は５０個）に達する可能性があり、ＣＰＴｕ（静的コーン貫入試験装置）、Ｔ−ｂａｒ及びＴＤＲ（時間領域反射型の電磁波装置）はそれぞれ一つあり、カメラで記録された画像データは５００Ｇに達する可能性がある。以上から分かるように、動的試験においてセンサで記録されたデータ情報量は非常に大きく、処理される必要のあるデータは百万個と高いが、動的試験の期間は非常に短く、数秒内に完了（例えば、３〜１０秒内に完了）する。
【００１１】
このため、一回の超重力振動台試験においては、センサで記録されたデータ量は非常に大きく、従来技術によれば、センサで記録された生データをそのままワンステップの処理・分析に付して最終のデータの処理結果を得ることができず、試験者が上記した三つのデータ処理ステップに従って段階的に操作して初めて試験データの処理作業を完了できる。例えば、試験者は、１〜２ヶ月を費やして生データを標準形式データ（第一段階のデータ処理）に変換し、１〜２ヶ月を費やして初歩のデータ処理・分析（第二段階のデータ処理）を完了し、最後に、３〜５ヶ月を費やして専門的分析（第三段階のデータ処理）を完了する一方、データ量が大きくてデータ分析が複雑であるため、さらに１〜２ヶ月を費やして最終的なデータの処理結果の二次元グラフ表示を完了することになる。以上から分かるように、従来技術では、３秒の超重力振動台試験によるデータは、分析処理にかかる時間が少なくとも半年であり、効率は極めて低い。
【００１２】
また、従来技術では、生データから一括して第一段階のデータの処理結果、第二段階のデータの処理結果、第三段階のデータの処理結果のいずれか一つは複数の結果をリアルタイムに得ることができず、まして以上のデータの処理結果をリアルタイムに表示したり再現したりすることができず、前記データの処理結果としては、加速度の遷移法則、土壌体の剪断応力・剪断歪み、加速度計の三次元変位、間隙水の浸透場分析、複数のモデル断面の応力場分析、構造体の曲げモーメント／軸圧力／変形計算、土壌体剛度計算、土壌体飽和度計算、砂土強度の遷移と液状化法則、粘土強度の遷移法則、グランドの液状化過程における含水量変化、グランドの変形法則、構造体の変形法則、液状化の相変化過程の分析、グランドの変形法則、グランド地表と断面の変形法則等であってもよい。そして、現在の地震剪断応力・剪断歪み計算やＰＩＶ分析は、いずれも後処理・分析で、対応するデータを対応する専門的プログラムに導入しプログラミングして初めて実現できるものである。このような後処理方式（試験完了後にデータを処理すること）では、一般的に、専門家がプログラミングし再開発して初めて結果を得ることができ、また、計算結果を得た後に結果を導出して二次元表示を行う必要がある。そのため、全てを計算及び表示するには比較的煩雑で時間がかかり、動的試験のデータに対するディープマイニング・分析や実際の工事建設に対する効率的な指導に役立たない。
【００１３】
このため、従来技術では、動的試験過程をリアルタイムに指導できず、まして試験データのリアルタイムな可視化表示と再現を実現できない。例えば、試験において幾つかのセンサの破損やシフト等の故障が発生する場合に、センサデータを調べることによってこれらの故障を認識し除去することは不可能である（間隙水圧計を例とすると、それは主に水圧を計測するものであり、間隙水圧計で計測された地下のある深さにおける間隙水圧は唯一のものであり、間隙水圧計はその動的応答生データを電圧信号として伝送する一方、これらの未加工の間隙水圧信号（電圧）には変動がある可能性があり、小幅の変動は許容されている計測誤差であるが、大幅の変動は間隙水圧計の破損又は接触不良を意味している可能性があり、従来技術では、このような応答データに基づいてリアルタイムな可視化再現を行って直ちに間隙水圧計の状況を判断することができず、数ヶ月を費やして正規化された間隙水圧を得て初めて間隙水圧計の破損を認識でき、試験データ全体は使用不可能となってしまい、一般的な振動台試験に用いられる間隙水圧計は２０〜３０個に達しており、そしてそれらのデータは互いに関連しているものであるから、一つの間隙水圧計の破損により応答分析全体に大きな影響が与えられ、多大な損失を招いてしまう）。そのため、例えば、ある振動において地質体が表した特性から次回の振動方式又は重点的に注目すべき振動データを特定することができず（間隙水圧計を例とすると、従来技術では、振動終了後に数ヶ月を費やして初めて液状化の深さ／範囲の法則を得ることができ、当該法則を振動中においてリアルタイムに表現し表示することができないため、液状化の深さ／範囲の法則から、次回の振動において、より大きな振動加速度かより小さな振動加速度かのどちらで研究を行うのかを特定できない）、例えば、直接三次元モデルを確立して地震による土壌体の変形法則を具体的に表すことができない（即ち、センサで記録されたデータにより振動中における土壌体の応答を再現できず、例えば、振動のある時点又はある時間帯でのグランドの変形状況あるいは振動全体におけるグランドの連続変形状況を直接認識できず、グランドの応答動画を得て振動全体を再現することができない）。従って、このような複雑で専門的なかつ分散した処理・分析では、データ処理の効率が厳しく制約されてしまい、そして試験コストの顕著な上昇を招き（大型の超重力振動試験一回のコストは１０〜２０万元と高く、処理される必要のあるデータ量は数百万個のデータポイントに達し、また数ヶ月を費やしてデータを処理する必要がある）、試験誤差が発生しやすく、現在の発展傾向に合わない。
【００１４】
他方、生データを手動で取り出す段階でも、一定の時間誤差が存在しており（例えば、間隙水圧センサで記録された間隙水圧値とＰＩＶ分析に用いられる画像との間には０．１ｓの誤差があり、加速度計で記録された加速度とレーザ変位センサで記録された変形データとの間には０．１ｓの誤差がある）、一般的な動的試験における一回の動的期間は非常に短いから、このような人的誤差は比較的大きなものとなってしまうことに注意すべきである。従来技術では、複数のセンサで収集された生データを同期して取り出すことを実現できなかった。
【００１５】
以上から分かるように、現在のこのような低効率の大規模試験データの処理方式、データの取り出し方式及びデータ後処理形式は、研究者の試験効率をひどく制約し、試験結果の安定性を低下させ、試験コストを増加させてしまう。
【００１６】
従来技術では、異なるセンサで収集された動的応答生データを同期して取り出し、そのままワンステップの処理・分析に付して最終のデータの処理結果を得ることができず、複数の異なる種別のデータの動的収集を正確かつリアルタイムに行って、異なる種別のデータを一括してリアルタイムに処理することもできず、そして、動的試験全体におけるデータの処理結果について可視化表示と再現を行うことができない。これにより、試験効率を大きく低下させ、データ処理の品質を保証できず、地盤地震工学研究という業界の需要を満足することができない。前記した可視化表示と再現とは、一つの時点又は連続した複数の時点で収集されたすべてのデータの処理結果、及び／又は、一定の時間順・空間順に収集されたすべての時点でのすべてのデータの処理結果について可視化表示と再現を行うことである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
従来技術の問題点に対して、本発明が解決しようとする技術課題は、動的試験はセンサの数が多く、試験期間が短く（数秒内に完了する）、データ処理量が大きく（データ量が百万個と高い）、データ処理が複雑であるという特性（例えば、動的試験では短い振動期間において多量の加速度生データ、間隙水圧生データ、土圧生データ、軸圧力生データ、歪み生データ、圧電型ベンダーエレメント生データ、圧電型圧縮エレメント生データ、レーザ変位計生データ、ＬＶＤＴ生データ、ＣＰＴｕ生データ、Ｔ−ｂａｒ生データ、ＴＤＲ生データ、熱探知カメラ生データ、運動検知カメラ又は高速度カメラ生データ、光ファイバ格子生データ等が生じ、これらのデータについては、従来技術では専門ソフトにより３つの段階の処理・分析を経て初めて最終の試験結果を得ることができる）について、複数のセンサで収集された異なる種別の動的応答生データを同期して取り出して、そのままワンステップの処理・分析に付して最終のデータの処理結果を得、そして動的試験全体におけるすべてのデータの処理結果について可視化表示と再現を行うことができる動的応答の時空間再構成装置を提供することである。前記可視化表示と再現とは、一つの時点又は連続した複数の時点で収集されたすべてのデータの処理結果、及び／又は、一定の時間順・空間順に収集されたすべての時点でのすべてのデータの処理結果について可視化表示と再現を行うことであり、動的応答生データに対するリアルタイムな処理・分析及び可視化表示と再現が実現され、それによって、動的試験過程を指導し、試験者によるデータ処理の効率を向上させ、試験データの品質を保証し、時間とコストを節約し、地盤地震工学研究という業界の需要が満たされる。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するため、本発明の動的応答の時空間再構成装置は、動的試験全体におけるデータの収集、処理、及び、最終のデータの処理結果の可視化表示と再現に用いられ、試験データ収集モジュールと試験データ時空間再構成モジュールと試験データ管理・記憶モジュールとを含み、
前記試験データ収集モジュールは、異なるセンサで収集された動的応答生データをリアルタイムに収集し同期して取り出したり、履歴データを導入したりするためのものであり、
前記試験データ時空間再構成モジュールは、前記収集された動的応答生データをそのままワンステップのリアルタイムな処理・分析に付して最終のデータの処理結果を得て可視化表示と再現を行うためのものであり、
前記可視化表示と再現とは、一つの時点又は連続した複数の時点で収集されたすべてのデータの処理結果、及び／又は、一定の時間順・空間順に収集されたすべての時点でのすべてのデータの処理結果について可視化表示と再現を行うことであり、
前記試験データ管理・記憶モジュールは、前記動的応答の時空間再構成装置によるすべてのデータの記憶と管理のためのものであり、
前記動的応答生データは、加速度生データ、間隙水圧生データ、土圧生データ、軸圧力生データ、歪み生データ、圧電型ベンダーエレメント生データ、圧電型圧縮エレメント生データ、レーザ変位計生データ、ＬＶＤＴ生データ、ＣＰＴｕ生データ、Ｔ−ｂａｒ生データ、ＴＤＲ生データ、熱探知カメラ生データ、運動検知カメラ又は高速度カメラ生データ、光ファイバ格子生データのいずれか一つ又は複数から選ばれるものであり、
前記最終のデータの処理結果は、加速度の遷移法則、土壌体の剪断応力・剪断歪み、加速度計の三次元変位、液状化の深さ／範囲の法則、間隙水の浸透場分析、複数のモデル断面の応力場分析、地盤構造物相互作用分析、構造体の曲げモーメント／軸圧力／変形計算・分析、土壌体剛度、土壌体飽和度、グランドの変形法則、構造体の変形法則、砂土強度の遷移と液状化法則、粘土強度の遷移法則、グランドの液状化過程における含水量変化、液状化の相変化過程の分析、グランド地表と断面の変形法則のいずれか一つ又は複数から選ばれるものであることを特徴とする。
【００１９】
さらに、前記可視化表示と再現の内容は、加速度の遷移法則、土壌体の剪断応力・剪断歪み、加速度計の三次元変位、液状化の深さ／範囲の法則、間隙水の浸透場分析、複数のモデル断面の応力場分析、地盤構造物相互作用分析、構造体の曲げモーメント／軸圧力／変形計算・分析、土壌体剛度、土壌体飽和度、グランドの変形法則、構造体の変形法則、砂土強度の遷移と液状化法則、粘土強度の遷移法則、グランドの液状化過程における含水量変化、液状化の相変化過程の分析、グランド地表と断面の変形法則等の一つ又は複数から選ばれるものであり、
前記構造体は、杭、トンネル、配管用地下通路、地下鉄駅、原発、擁壁、堰、盛り土等の土工構築物や、モデルボックスの一つ又は複数から選ばれるものであることを特徴とする。
【００２０】
さらに、前記可視化表示と再現の形式は、三次元図、テーブル、曲線、クラウドチャート、動画、単一値、ヒストグラム、ダッシュボードのいずれか一つ又は複数から選ばれるものであることを特徴とする。
【００２１】
さらに、前記試験データ収集モジュールは、センサ、データ収集ソフトウェア、光送受信機、データ収集機器、電源供給・変換機器等の部品を含み、前記データ収集ソフトウェアにより前記データ収集機器を制御してデータ収集を実現し、前記電源供給・変換機器により実験室の標準電圧を前記センサに適用される電圧に変換して前記センサに給電し、前記データ収集機器と前記センサとの接続により動的応答生データの収集を実現し、前記光送受信機と前記データ収集機器との接続により前記動的応答生データのデジタル変換と伝送を実現していることを特徴とする。
【００２２】
さらに、前記センサは、加速度計、間隙水圧計、土圧計、圧電型ベンダーエレメント、圧電型圧縮エレメント、レーザ変位計、ＬＶＤＴ変位センサ、歪みゲージ、軸圧力計、ＣＰＴｕ、Ｔ−ｂａｒ、時間領域反射型の電磁波装置ＴＤＲ、マイクロ運動検知カメラ、高速度カメラ、光ファイバ格子、熱探知カメラの一つ又は複数から選ばれるものであること
を特徴とする。
【００２３】
さらに、前記試験データ収集モジュールは、マルチチャネルとして高分解能で動的応答生データを収集でき、好ましくは、前記チャネルの数≧２５６個、時間分解能≦２μｓとし、更に好ましくは、チャネルの数≧５１２個、時間分解能≦１μｓとしていること
を特徴とする。
【００２４】
さらに、前記試験データ時空間再構成モジュールは、試験データ第一段階処理サブシステム、試験データ第二段階処理サブシステム、試験データ第三段階処理サブシステム、及び、試験データ可視化表示・再現サブシステムを含み、そのうち、
前記試験データ第一段階処理サブシステムは、前記収集された動的応答生データから標準形式データをリアルタイムに生成するものであり、前記標準形式データは、加速度真値、間隙水圧真値、土圧真値、圧力真値、歪み真値、波動パターン、変位真値、砂土強度真値、粘土強度真値、含水量真値、温度真値、標準形式イメージ、光学信号反転値のいずれか一つ又は複数から選ばれるものであり、前記光学信号反転値は、加速度真値、間隙水圧真値、土圧真値、歪み真値、含水量真値、温度真値の一つ又は複数から選ばれるものであり、
前記試験データ第二段階処理サブシステムは、前記標準形式データを、加速度対比、正規化された間隙水圧、土圧変化、軸圧力変化、構造体の歪み分布、剪断波速度、圧縮波速度、土壌体の累積変形、構造体の累積変形、砂土の土壌体強度、粘土の土壌体強度、土壌体の含水量変化、温度変化、ＰＩＶ分析等の結果にリアルタイムに変換し、続いて試験データ第三段階処理サブシステムに伝送して専門的処理に付するものであり、
前記試験データ第三段階処理サブシステムは、データの専門的な分析処理に用いられ、前記専門的な分析処理の結果を試験データ可視化表示・再現サブシステムに伝送するものであり、
前記専門的な分析処理は、
（１）前記加速度対比の結果から前記加速度の遷移法則を分析し、前記土壌体の剪断応力・剪断歪みと前記加速度計の三次元変位計算を行うこと、
（２）前記正規化された間隙水圧の計算結果から前記液状化の深さ／範囲の法則分析と前記間隙水の浸透場分析を行うこと、
（３）前記土圧変化の計算結果から前記複数のモデル断面の応力場分析と前記間隙水の浸透場分析を行うこと、
（４）前記軸圧力変化の計算結果から前記地盤構造物相互作用分析を行うこと、
（５）前記構造体の歪み分布の結果から、前記地盤構造物相互作用分析、前記構造体の曲げモーメント計算、軸圧力計算及び変形計算を行うこと、
（６）前記剪断波速度の計算結果から前記土壌体剛度を計算すること、
（７）前記圧縮波速度の計算結果から前記土壌体飽和度を計算すること、
（８）前記土壌体／構造体の累積変形の計算結果から前記グランドの変形法則と前記構造体の変形法則を分析すること、
（９）前記砂土の土壌体強度の結果から異なる位置における前記砂土強度の遷移と前記液状化法則を計算すること、
（１０）前記粘土の土壌体強度の結果から異なる位置における前記粘土強度の遷移法則を計算すること、
（１１）前記土壌体の含水量変化の結果から前記グランドの液状化過程における含水量変化を分析すること、
（１２）前記温度変化の結果から前記グランドの液状化の相変化過程を分析すること、
（１３）前記ＰＩＶ分析の結果からグランド地表と断面の変形法則を分析すること、
のいずれか一つ又は複数から選ばれるものであり、
前記試験データ可視化表示・再現サブシステムは、すべてのデータの処理結果の可視化表示と再現のためのものであることを特徴とする。
【００２５】
さらに、前記試験データ第二段階処理サブシステムによる前記標準形式データの処理方法は、フィルタ処理、変換処理、補間処理から選ばれるものであることを特徴とする。
【００２６】
さらに、前記フィルタ処理は、ＦＦＴフィルタ、ＩＦＦＴフィルタ、バターワースフィルタ、スペクトル分析等から選ばれるものであることを特徴とする。
【００２７】
さらに、前記試験データ可視化表示・再現サブシステムは、第三段階にて変換処理されたデータを受け取って可視化表示と再現を行うものであり、動的試験中において試験データの第一段階、第二段階及び最終の処理結果をリアルタイムに読み取ったり表示したりしうることと、動的試験の終了後に、前記加速度の遷移法則、前記土壌体の剪断応力・剪断歪み、前記加速度計の三次元変位、前記液状化の深さ／範囲の法則、前記複数のモデル断面の応力場分析、前記間隙水の浸透場分析、前記地盤構造物相互作用分析、前記構造体の曲げモーメント／軸圧力／変形計算・分析、前記土壌体剛度、前記土壌体飽和度、前記グランドの変形法則、前記構造体の変形法則、前記砂土強度の遷移と液状化法則、前記粘土強度の遷移法則、前記グランドの液状化過程における含水量変化、前記液状化の相変化過程の分析、前記グランド地表と断面の変形法則を表示したり再現したりすることとを含むことを特徴とする。
【００２８】
さらに、前記試験データ管理・記憶モジュールは、前記動的応答の時空間再構成装置によるすべてのデータを統括して記憶し管理するための試験データ管理サブシステムと、前記試験データ管理サブシステムの汎用性と拡張性を向上させるためのシステム構成サブシステムとを含むことを特徴とする。
【００２９】
さらに、前記試験データ管理・記憶モジュールは、データの遠隔共有を実現するためのデータ共有サブシステムをさらに含むことを特徴とする。
【００３０】
さらに、前記動的応答の時空間再構成装置の運転工程は、オンライン分析コースとオフライン分析コースとデータ管理コースの一つ又は複数を含み、そのうち、
前記オンライン分析コースは、進行中の動的試験についてオンラインかつリアルタイムな動的応答の時空間再構成を行うためのものであり、試験データ収集モジュールにより動的応答生データを取得してリアルタイムにコンピュータに伝送し、試験データ時空間再構成モジュールにて収集された動的応答生データを直接ワンステップの処理・分析に付して最終のデータの処理結果を得て可視化表示と再現を行うことによって、試験中における動的応答に対するリアルタイムな監視が実現され、
前記オフライン分析コースは、履歴データを導入し、試験データ時空間再構成モジュールによりワンステップの処理・分析を行って最終のデータの処理結果を得て可視化表示と再現を行うためのものであり、試験データに対する事後分析が実現され、
前記データ管理コースは、試験者による前記動的応答の時空間再構成装置のすべてのデータに対する管理及び履歴データに対するディープマイニングのためのものであり、前記履歴データはオンライン分析コースにより得られた最終のデータの処理結果とオフライン分析により得られた最終のデータの処理結果であることを特徴とする。
【００３１】
さらに、前記動的試験は、振動台試験、土工構築物の繰り返し載荷試験、シールドの掘進試験、ダムの決壊試験、側斜面の地滑り試験、洋上風力発電の波浪試験、高速鉄道路盤の振動試験等から選ばれるものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
（１）動的試験により収集されたデータについて、動的応答の時空間再構成モジュールによりワンステップの処理・分析を行って最終の結果を得て多次元的な可視化表示と再現を行うことができ、試験結果に基づく可視化表示と再現によれば、試験過程を指導でき、試験効率が大幅に向上し、試験精度が向上した。
【００３３】
（２）大規模な異なる種別のデータを同期して効率よく処理でき、複数種の専門的な処理・分析及び複数種の可視化表示と再現が統合されており、試験者が異種ソフトで異なる試験データを処理・分析することが回避され、試験者によるデータ処理の効率が向上し、時間とコストが節約された。
【００３４】
（３）すべての種別のデータを精度よく同期して正確に取り出すことができ、データ分析の同期性が保証され、試験データの分析処理の品質が向上し、試験コストが低下した。
【００３５】
（４）試験データの動的収集・分析を実現でき、履歴オフラインデータの導入・分析にも対応し、そして、動的試験によるデータの処理・分析に対応するばかりでなく、通常の試験データをも処理でき、応用範囲が広く、展開性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明にかかるセンサによる三次元モデリング過程の模式図である。
【図２】本発明にかかる動的応答データの処理のフロー図である。
【図３】本発明にかかる試験データ収集モジュールによるデータ収集のフロー図である。
【図４】本発明にかかる動的応答の時空間再構成装置の運転の三つの主コースのフロー図である。
【図５】本発明にかかる加速度計の三次元変位の可視化表示である。
【図６】本発明にかかるモデルグランドのある時刻での断面の液状化の深さ／範囲の可視化表示である。
【図７】本発明にかかる構造体（モデルボックス）の変形の三次元可視化表示である。
【図８】本発明の実施例における傾斜グランドの液状化範囲の計算結果の可視化表示である。
【図９】本発明の実施例における傾斜グランドの地表変位の計算結果の可視化表示である。
【図１０】本発明の実施例における傾斜グランド断面の変位傾向の計算結果の可視化表示である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、図面と実施例に合わせて本発明をさらに説明する。以下の実施例は本発明を説明するためのものに過ぎず、本発明の範囲を制限するものではない。また、本発明が教授した内容を読むと、当業者は本発明について各種の変更や修正を行うことができ、これらの等価物は同様に本願の特許請求の範囲に属していることは理解されたい。
【００３８】
本発明は、動的試験全体におけるデータの収集、処理、及び、最終のデータの処理結果の可視化表示と再現に用いられ、試験データ収集モジュールと試験データ時空間再構成モジュールと試験データ管理・記憶モジュールとを含み、前記試験データ収集モジュールは、異なるセンサで収集された動的応答生データをリアルタイムに収集し同期して取り出したり、履歴データを導入したりするためのものであり、前記試験データ時空間再構成モジュールは、収集された動的応答生データをそのままワンステップのリアルタイムな処理・分析に付して最終のデータの処理結果を得て可視化表示と再現を行うためのものであり、前記可視化表示と再現とは、一つの時点又は連続した複数の時点で収集されたすべてのデータの処理結果、及び／又は、一定の時間順・空間順に収集されたすべての時点でのすべてのデータの処理結果について可視化表示と再現を行うことであり、前記試験データ管理・記憶モジュールは、前記動的応答の時空間再構成装置によるすべてのデータの記憶と管理のためのものであり、前記動的応答生データは、加速度生データ、間隙水圧生データ、土圧生データ、軸圧力生データ、歪み生データ、圧電型ベンダーエレメント生データ、圧電型圧縮エレメント生データ、レーザ変位計生データ、ＬＶＤＴ生データ、ＣＰＴｕ生データ、Ｔ−ｂａｒ生データ、ＴＤＲ生データ、熱探知カメラ生データ、運動検知カメラ又は高速度カメラ生データ、光ファイバ格子生データのいずれか一つ又は複数から選ばれるものであり、前記最終のデータの処理結果は、加速度の遷移法則、土壌体の剪断応力・剪断歪み、加速度計の三次元変位、液状化の深さ／範囲の法則、間隙水の浸透場分析、複数のモデル断面の応力場分析、地盤構造物相互作用分析、構造体の曲げモーメント／軸圧力／変形計算・分析、土壌体剛度、土壌体飽和度、グランドの変形法則、構造体の変形法則、砂土強度の遷移と液状化法則、粘土強度の遷移法則、グランドの液状化過程における含水量変化、液状化の相変化過程の分析、グランド地表と断面の変形法則のいずれか一つ又は複数から選ばれるものである、動的応答の時空間再構成装置を提供する。
【００３９】
本発明にかかる動的応答の時空間再構成装置は、初めて、動的試験の短時間において生じた多量のデータに対するワンステップのリアルタイムな処理・分析及び可視化表示と再現を実現しており、動的試験過程をリアルタイムに指導するために用いられることが可能になる。つまり、本発明にかかる動的応答の時空間再構成装置によれば、動的応答生データから直接動的応答の時空間再構成結果（最終のデータの処理結果）を得ることができ、動的応答生データのリアルタイムな処理・分析及びリアルタイムな可視化表示と再現が実現されるようになり、前記可視化表示と再現とは、三次元図、テーブル、曲線、クラウドチャート、動画、単一値、ヒストグラム、ダッシュボード等の形式のいずれか一つ又は複数により、一つの時点又は連続した複数の時点で収集されたすべてのデータの処理結果、及び／又は、一定の時間順・空間順に収集されたすべての時点でのすべてのデータの処理結果について可視化表示と再現を行うことである。
【００４０】
さらに、センサと試験データ時空間再構成結果との対応関係を表２に示す。
【００４１】
【表２】
2020012362.tif 000004
【００４２】
そのうち、加速度生データとは、加速度計で収集された時間とともに変化する振動加速度信号を言い、加速度の遷移法則とは、時間と空間での加速度信号の遷移過程を言い、土壌体の剪断応力・剪断歪みとは、試験過程において土壌体が受けた応力及び発生した歪みを言い、加速度計の三次元変位とは、試験過程において加速度計自体に発生した位置変化を言い、間隙水圧生データとは、間隙水圧計で収集された時間とともに変化する間隙水の圧力値を言い、液状化の深さ／範囲の法則とは、振動期間において土壌体が液状化した（液状化とは、振動期間において間隙水圧が上昇して土の有効応力がゼロとなり、土壌体が固体状から液状になるという現象である）深さと範囲を言い、間隙水の浸透場分析とは、試験過程において不均一な間隙水圧の分布に起因した間隙水の移り法則を言い、間隙水圧計生データと土圧計生データとの組合せ又は単体で特徴づけられるものであり、土圧生データとは、土圧計で記録された時間とともに変化する土圧値を言い、複数のモデル断面の応力場分析とは、振動期間におけるモデルの異なる断面での応力分布法則を言い、軸圧力生データとは、軸圧力計で記録された時間とともに変化する軸圧力を言い、地盤構造物相互作用分析とは、試験過程における土壌体と構造物との相互作用過程についての分析を言い、軸圧力計と歪みゲージとの組合せ又は単体で特徴づけられるものであり、歪みゲージ生データとは、試験過程において歪みゲージで収集された時間とともに変化する歪み値を言い、構造体の曲げモーメント／軸圧力／変形計算・分析とは、歪みゲージ生データから試験過程において構造体に発生した曲げモーメントや軸圧力及び歪みの法則を計算することを言い、圧電型ベンダーエレメント生データとは、圧電型ベンダーエレメントで記録された圧電型ベンダーエレメントで励起・受信された圧電信号を言い、土壌体剛度とは、せん断弾性係数で特徴づけられ、圧電型ベンダーエレメント生データから計算された剪断波速度から反転されたものであり、圧電型圧縮エレメント生データとは、圧電型圧縮エレメントで記録された圧電型圧縮エレメントで励起・受信された圧電信号を言い、土壌体飽和度とは、土壌体間隙中の水の飽和度合いを言い、圧縮波速度で特徴づけられ、圧電型圧縮エレメントで記録された生信号から圧縮波速度を計算し圧縮波速度と土壌体飽和度との関係から反転したものであり、レーザ変位計生データとは、レーザ変位計で記録された時間とともに変化する変位値を言い、ＬＶＤＴ生データとは、ＬＶＤＴで記録された時間とともに変化する変位値を言い、グランドの変形法則とは、試験過程において試験モデルに発生した変形の法則を言い、レーザ変位計とＬＶＤＴとの組合せ又は単体で特徴づけられるものであり、構造体の変形法則とは、試験過程において試験構造体に発生した変形の法則を言い、レーザ変位計とＬＶＤＴとの組合せ又は単体で特徴づけられるものであり、ＣＰＴｕ生データとは、ＣＰＴｕコーン貫入試験機で記録された深さとともに変化する強度値と間隙水圧値を言い、砂土強度の遷移と液状化法則とは、試験過程における砂土強度と液状化の変化法則を言い、Ｔ−ｂａｒ生データとは、Ｔ−ｂａｒで記録された深さとともに変化する強度値を言い、粘土強度の遷移法則とは、試験過程における粘土強度の変化法則を言い、ＴＤＲ生データとは、ＴＤＲで記録された時間とともに変化する含水量値を言い、グランドの液状化過程における含水量変化とは、振動・液状化過程における間隙水の移りに起因した含水量変化を言い、熱探知カメラ生データとは、熱探知カメラで記録された時間とともに変化する温度場を言い、液状化の相変化過程の分析とは、熱探知カメラで記録された温度場の変化に基づいて液状化の相変化過程を評価することを言い、運動検知カメラと高速度カメラ生データとは、運動検知カメラと高速度カメラで記録された時間とともに変化する写真又はビデオを言い、グランド地表と断面の変形法則とは、ＰＩＶにより時間とともに変化する写真又はビデオを分析して得られたグランド地表と断面の変形を言い、光ファイバ格子生データとは、光ファイバ格子で記録された時間とともに変化する光学信号の反転値を言う。
【００４３】
さらに、前記可視化表示と再現の内容は、加速度の遷移法則、土壌体の剪断応力・剪断歪み、加速度計の三次元変位、液状化の深さ／範囲の法則、間隙水の浸透場分析、複数のモデル断面の応力場分析、地盤構造物相互作用分析、構造体の曲げモーメント／軸圧力／変形計算・分析、土壌体剛度、土壌体飽和度、グランドの変形法則、構造体の変形法則、砂土強度の遷移と液状化法則、粘土強度の遷移法則、グランドの液状化過程における含水量変化、液状化の相変化過程の分析、グランド地表と断面の変形法則等の一つ又は複数から選ばれるものであり、前記構造体は、杭、トンネル、配管用地下通路、地下鉄駅、原発、擁壁、堰、盛り土等の土工構築物や、モデルボックスの一つ又は複数から選ばれるものである。
【００４４】
さらに、前記可視化表示と再現の形式は、三次元図、テーブル、曲線、クラウドチャート、動画、単一値、ヒストグラム、ダッシュボードのいずれか一つ又は複数から選ばれるものである。
【００４５】
さらに、前記試験データ収集モジュールは、センサ、データ収集ソフトウェア、光送受信機、データ収集機器、電源供給・変換機器等の部品を含み、前記データ収集ソフトウェアによりデータ収集機器を制御してデータ収集を実現し、前記電源供給・変換機器により実験室の標準電圧を前記センサに適用される電圧に変換して前記センサに給電し、前記データ収集機器と前記センサとの接続により動的応答生データの収集を実現し、前記光送受信機と前記データ収集機器との接続により前記動的応答生データのデジタル変換と伝送を実現している。試験データ収集モジュールによりデータを収集する過程は図３に示された通りである。
【００４６】
さらに、前記センサは、加速度計、間隙水圧計、土圧計、圧電型ベンダーエレメント、圧電型圧縮エレメント、レーザ変位計、ＬＶＤＴ変位センサ、歪みゲージ、軸圧力計、ＣＰＴｕ、Ｔ−ｂａｒ、時間領域反射型の電磁波装置ＴＤＲ、マイクロ運動検知カメラ、高速度カメラ、光ファイバ格子、熱探知カメラの一つ又は複数から選ばれるものである。前記センサは、動的試験を行う前に較正とテストを行わなければならず、続いて、試験要求に従って予め試験モデル地質体内に埋め込み又は試験用のモデルボックスに配置し、次に、動的応答の時空間再構成装置を起動して、試験地質体の寸法情報や、試験用の遠心加速度、センサの位置情報及び較正係数等を入力する。上記ステップが完了すると、動的試験の展開は可能になっている。そのうち、光ファイバ格子は、マイクロセンサを同一の光ファイバ格子に直列接続させ、光ファイバ格子の反射スペクトル／屈折スペクトルの相違に基づいて対応するセンサの応答データを復調させるものである。前記マイクロセンサは、マイクロ加速度計、マイクロ土圧計、マイクロ間隙水圧計、マイクロ変位計、マイクロ歪み計、マイクロ温度計、マイクロ含水量センサ等の一つ又は複数から選ばれるものである。各種センサのモデリング過程は図１に示された通りである。
【００４７】
さらに、前記試験データ収集モジュールは、マルチチャネルとして高分解能で動的応答生データを収集でき、好ましくは、前記チャネルの数≧２５６個、時間分解能≦２μｓとし、更に好ましくは、チャネルの数≧５１２個、時間分解能≦１μｓとしている。
【００４８】
さらに、前記試験データ時空間再構成モジュールは、試験データ第一段階処理サブシステム、試験データ第二段階処理サブシステム、試験データ第三段階処理サブシステム、及び、試験データ可視化表示・再現サブシステムを含み、そのうち、前記試験データ第一段階処理サブシステムは、前記収集された動的応答生データから標準形式データをリアルタイムに生成するものである。前記標準形式データは、加速度真値、間隙水圧真値、土圧真値、圧力真値、歪み真値、波動パターン、変位真値、砂土強度真値、粘土強度真値、含水量真値、温度真値、標準形式イメージ、光学信号反転値のいずれか一つ又は複数から選ばれるものである。前記光学信号反転値は、加速度真値、間隙水圧真値、土圧真値、歪み真値、含水量真値、温度真値の一つ又は複数から選ばれるものである。動的試験中、動的応答生データは同期して試験データ第一段階処理サブシステムに伝送され処理されており、試験データ第一段階処理サブシステムは、主に事前に入力された較正係数によりデータ変換とデータの曲線適合を行っている。
【００４９】
前記試験データ第二段階処理サブシステムは、前記標準形式データを、加速度対比、正規化された間隙水圧、土圧変化、軸圧力変化、構造体の歪み分布、剪断波速度、圧縮波速度、土壌体の累積変形、構造体の累積変形、砂土の土壌体強度、粘土の土壌体強度、土壌体の含水量変化、温度変化、ＰＩＶ分析等の結果にリアルタイムに変換し、続いて試験データ第三段階処理サブシステムに伝送して専門的処理に付するものである。そのうち、前記加速度対比分析は、異なる位置における加速度計による同一時刻での主要データについて対比分析を行うことであり、前記正規化された間隙水圧は、間隙水圧計で記録された間隙水圧を間隙水圧計が所在した位置での縦方向の有効応力で割って得られたものである。前述の土圧変化、軸圧力変化、土壌体の累積変形、構造体の累積変形、土壌体の含水量変化、温度変化等は、同一のセンサがある時刻で記録したデータと前回記録されたデータとの差について対比分析を行って得られたものである。前記剪断波速度や圧縮波速度は、対になった圧電型ベンダーエレメントや圧電型圧縮エレメントの励起時間と到達時間との差異に基づいて計算されたものである。前記土壌体強度は、強度真値と修正係数から反転されたものである。前記ＰＩＶ分析は、標準イメージを時間順に導入し画素追跡原理に従って土粒子の運動軌跡を計算することである。
【００５０】
前記試験データ第三段階処理サブシステムは、データの専門的な分析処理に用いられ、前記専門的な分析処理の結果を試験データ可視化表示・再現サブシステムに伝送するものであり、前記専門的な分析処理は、下記のいずれか一つ又は複数から選ばれるものである。
（１）加速度対比分析の結果から加速度の遷移法則を分析し、土壌体の剪断応力・剪断歪みと加速度計の三次元変位計算を行う。主に積分演算及び主要データの対比分析を行う。前記加速度の遷移法則とは、振動による地質体の振動加速度が岩床から地表へ水平の両方向と縦方向の三つの次元を伝播する法則を言い、前記土壌体の剪断応力・剪断歪みとは、振動期間において地質体が異なる深さで現れた応力・歪み関係を言い、前記加速度計の三次元変位とは、加速度計で記録されたデータからそれが所在した位置における地質体の三次元変形を反映することを言う。
（２）正規化された間隙水圧の計算結果から液状化の深さ／範囲の法則分析と間隙水の浸透場分析を行う。前記間隙水の浸透場分析とは、間隙液体（水）の振動期間における移り過程についての分析を言い、主に正規化された間隙水圧から領域適合と動的分析を行う。
（３）土圧変化の計算結果から複数のモデル断面の応力場分析と間隙水の浸透場分析を行う。前記複数のモデル断面の応力場分析とは、振動期間における地質体の動的荷重作用による応力場変化を言う。
（４）軸圧力変化の計算結果から地盤構造物相互作用分析を行う。前記地盤構造物相互作用分析とは、地質体と構造体との相互作用について応力と変形の相互影響分析を行うことを言う。
（５）構造体の歪み分布の結果から、地盤構造物相互作用分析、構造体の曲げモーメント計算、軸圧力計算及び変位計算を行う。主に積分や微分演算を行う。
（６）剪断波速度の計算結果から土壌体剛度を計算する。主に剪断波速度と土壌体剛度との間の特性関係式に従って反転を行う。
（７）圧縮波速度の計算結果から土壌体飽和度を計算する。主に圧縮波速度と土壌体飽和度との間の特性関係式に従って反転を行う。
（８）土壌体の累積変形と構造体の累積変形の計算結果からグランドの変形法則と構造体の変形法則を分析する。主に累積変形の計算結果からグランド変形の領域適合と構造体変形の曲線適合を行う。
（９）ＣＰＴｕセンサで計算された砂土の土壌体強度の結果から地質体の異なる位置における砂土強度の遷移と液状化法則を計算する。
（１０）Ｔ−ｂａｒセンサで計算された粘土の土壌体強度の結果から地質体の異なる位置における粘土強度の遷移法則を計算する。
（１１）土壌体の含水量変化の結果からグランドの液状化過程における含水量変化を分析する。
（１２）温度変化の結果からグランドの液状化の相変化過程を分析する。
（１３）ＰＩＶ分析の結果からグランド地表と断面の変形法則を分析する。主にＰＩＶ分析の結果から変形傾向適合を行う。
【００５１】
前記試験データ可視化表示・再現サブシステムは、すべてのデータの処理結果の可視化表示と再現のためのものである。そのうち、加速度計の三次元変位の可視化表示では、図５に示されるように、加速度計は振動されていない時には垂直で均一に配列されたものであるが、振動後、三次元変形が生じたものとなり、当該三次元変形は直接地質体の三次元変形に関連したものである。加速度計の分布の変形程度から分かるように、上方部分の土壌体に大きな側方変形が生じている。加速度計の三次元変位の可視化表示について、土壌体の振動期間における連続変形を一定の時間順に表現すると、加速度計の三次元変位の可視化再現となる。また、液状化の深さ／範囲の可視化表示では、図６に示されるように、加速度計と間隙水圧計についての統合分析において、加速度時刻歴における赤色点が示す時刻でのすべての間隙水圧データを抽出して分析し、ｒｕ値が０．８より大きいと、液状化点と見なすことができる。すべての正規化された間隙水圧データについて領域適合を行うと、液状化の深さ／範囲の法則が得られて可視化表示に付され、液状化の深さ／範囲の可視化表示について、土壌体の振動期間における液状化の深さ／範囲の連続変化状況を一定の時間順に表現すると、液状化の深さ／範囲の可視化再現となる。また、構造体変形の可視化表示では、図７に示されるように、モデルボックスに歪みゲージセンサが設けられ、歪みゲージで記録されたデータからモデルボックスの変形が逆算されて変形クラウドチャートにより可視化表示に付され、ある構造体変形の可視化表示について、構造体の連続変形状況を一定の時間順に表現すると、構造体変形の可視化再現となる。
【００５２】
さらに、前記試験データ第二段階処理サブシステムによる前記標準形式データの処理方法は、フィルタ処理、変換処理、補間処理から選ばれるものである。
【００５３】
さらに、前記フィルタ処理は、ＦＦＴフィルタ、ＩＦＦＴフィルタ、バターワースフィルタ、スペクトル分析等から選ばれるものである。
【００５４】
さらに、前記試験データ可視化表示・再現サブシステムは、第三段階にて変換処理されたデータを受け取って可視化表示と再現を行うものであり、動的試験中において試験データの第一段階、第二段階及び最終の処理結果をリアルタイムに読み取ったり表示したりしうることと、動的試験の終了後に、加速度の遷移法則、土壌体の剪断応力・剪断歪み、加速度計の三次元変位、液状化の深さ／範囲の法則、複数のモデル断面の応力場分析、間隙水の浸透場分析、地盤構造物相互作用分析、構造体の曲げモーメント／軸圧力／変形計算・分析、土壌体剛度、土壌体飽和度、グランドの変形法則、構造体の変形法則、砂土強度の遷移と液状化法則、粘土強度の遷移法則、グランドの液状化過程における含水量変化、液状化の相変化過程の分析、グランド地表と断面の変形法則を表示したり再現したりすることとを含む。
【００５５】
さらに、前記試験データ管理・記憶モジュールは、前記動的応答の時空間再構成装置によるすべてのデータを統括して記憶し管理するための試験データ管理サブシステムと、前記試験データ管理サブシステムの汎用性と拡張性を向上させるためのシステム構成サブシステムとを含む。
【００５６】
さらに、前記試験データ管理・記憶モジュールは、データの遠隔共有を実現するためのデータ共有サブシステムをさらに含む。
【００５７】
さらに、前記試験データ管理・記憶モジュールは、試験者に対して統合されたデータ管理ポータルを提供するようになり、分類管理、操作条件の関連付け、データ検索、データ導出や報告作成、及び、データ記憶・管理や遠隔リアルタイム共有が実現された。
【００５８】
さらに、前記動的応答の時空間再構成装置の運転工程は、オンライン分析コースとオフライン分析コースとデータ管理コースの一つ又は複数を含み、そのうち、前記オンライン分析コースは、進行中の動的試験についてオンラインかつリアルタイムな動的応答の時空間再構成を行うためのものであり、試験データ収集モジュールにより動的応答生データを取得してリアルタイムにコンピュータに伝送し、試験データ時空間再構成モジュールにて収集された動的応答生データを直接ワンステップの処理・分析に付して最終のデータの処理結果を得て可視化表示と再現を行うことによって、試験中における動的応答に対するリアルタイムな監視が実現され、前記オフライン分析コースは、履歴データを導入し、試験データ時空間再構成モジュールによりワンステップの処理・分析を行って最終のデータの処理結果を得て可視化表示と再現を行うためのものであり、試験データに対する事後分析が実現され、前記データ管理コースは、試験者による前記動的応答の時空間再構成装置のすべてのデータに対する管理及び履歴データに対するディープマイニングのためのものであり、前記履歴データはオンライン分析コースにより得られた最終のデータの処理結果とオフライン分析により得られた最終のデータの処理結果である。
【００５９】
前記動的応答の時空間再構成装置における運転の三つの主コースのフローを図４に示す。
【００６０】
さらに、前記データ管理コースは、試験者が入力された各種類の試験データについて効果的に管理するためのものであり、分類、検索、統計、報告導出等の作業を含む。
【００６１】
さらに、前記動的試験は、振動台試験、土工構築物の繰り返し載荷試験、シールドの掘進試験、ダムの決壊試験、側斜面の地滑り試験、洋上風力発電の波浪試験、高速鉄道路盤の振動試験等から選ばれるものである。
【実施例】
【００６２】
ある傾斜グランドの超重力動的試験では、傾斜グランドの地震条件での液状化及びグランド変形の問題を重点的に研究する必要があるため、斜面モデルを作製する過程においては、２０個の加速度計、４０個の間隙水圧計、３対の圧電型ベンダーエレメントが埋め込まれ、表面に１０個のレーザ変位計が配置され、モデルボックスに一台のＣＰＴｕ及び３台の運動検知カメラが配置され、モデルボックスの側面に一台の高速度カメラが配置されている。動的期間全体は３ｓとなり、加速度計で記録された加速度生データは２０万個前後に達し、間隙水圧計で記録された間隙水圧生データは４０万個前後に達し、３対の圧電型ベンダーエレメントで記録された圧電型ベンダーエレメント生データは１８組に達し、レーザ変位計で記録されたレーザ変位計生データは１０個前後に達し、ＣＰＴｕで記録されたＣＰＴｕ生データは１万個前後に達し、運動検知カメラと高速度カメラで記録された運動検知カメラ又は高速度カメラ生データは１０Ｇ前後に達している。
【００６３】
すべてのセンサは埋め込まれる前に較正とテストが行われ、そして遠心機を回転させる前に動的応答再構成モジュールによりモデリングする場合、まず、モデルボックスの寸法を入力してモデルボックスの三次元モデルを確立し、次に、モデル地盤の三次元図を確立して対応するモデル地質体のパラメータと超重力に関するｇ値等の情報を入力し、さらに、センサ（加速度計、間隙水圧計、圧電型ベンダーエレメント、レーザ変位計、ＬＶＤＴ、ＣＰＴｕ、運動検知カメラ、高速度カメラ等）の位置の三次元座標情報及び対応する較正係数等の情報を入力し、動的応答の時空間再構成装置において傾斜グランドのモデル寸法を確立してモデリングし、センサの位置情報と較正係数を共に入力する。入力が終了すると、動的応答再構成装置は、図１に示されるセンサによる三次元モデリング過程の模式図を生成する。完了後、遠心機を回転させて振動台により振動させると、動的応答の時空間再構成装置は図２に示すフローに従って動作する。すなわち、試験データ収集モジュールは、応答データを高速に記録し、リアルタイムに試験データ時空間再構成モジュールに伝送してデータ処理に付し、試験データ時空間再構成モジュールは、試験データ第一段階処理サブシステム、試験データ第二段階処理サブシステム、試験データ第三段階処理サブシステム及び試験データ可視化表示・再現サブシステムにより、最終のデータ結果を得て表現し、試験データ管理・記憶モジュールは、試験データの管理、サブシステムの構成及びデータの共有を行う。そのうち、データ収集モジュールは、図３に示すフローに従って、データ収集ソフトウェアによりデータ収集機器を制御して動的応答生データを収集し、電源供給・変換機器により、実験室の標準電圧をセンサに適用される電圧に変換してセンサに給電する。データ収集機器とセンサとの接続により動的応答生データの収集が実現され、光送受信機とデータ収集機器との接続により動的応答生データのデジタル変換と伝送が実現され、それにより、データの高速かつ同期の収集が実現され、そして、図４に示す運転の三つの主コースのフロー図に従って処理・分析が行われる。
【００６４】
加速度計で記録された振動加速度生データは、試験データ第一段階処理サブシステムにて処理されると、加速度標準値が生成され、試験データ第二段階処理サブシステムにて処理されると、加速度対比が得られ、試験データ第三段階処理サブシステムにて処理されると、加速度の遷移法則、土壌体の剪断応力・剪断歪み、加速度計の三次元変位が得られ、可視化表示・再現サブシステムにて処理されると、加速度の遷移法則、土壌体の剪断応力・剪断歪み、加速度計の三次元変位は可視化再現・表示されることになる。図５に、加速度計の三次元変位の可視化表示を示す。
【００６５】
そのうち、加速度の遷移法則は、以下のように計算・分析されている。
【００６６】
同一の時刻で、地下の異なる深さの位置ｈ１、ｈ２、ｈ３、ｈ４、ｈ５、ｈ６における加速度値はそれぞれａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６となり、ａ１を基準値とすると、ｈ１、ｈ２、ｈ３、ｈ４、ｈ５、ｈ６における地震動増幅係数はそれぞれ１、ａ２／ａ１、ａ３／ａ１、ａ４／ａ１、ａ５／ａ１、ａ６／ａ１として得られ、これらの増幅係数について所在位置に応じて曲線適合を行うと、加速度の遷移法則の可視化表示になり、すべて又は一部の時刻で得られた曲線適合を動画で表現すると、加速度の遷移法則の可視化再現になる。
【００６７】
そのうち、土壌体の剪断応力・剪断歪みは、以下のように計算・分析されている。
【００６８】
すべての加速度計は地表から下への順に分布され、地表の剪断応力は、
０：τ１＝０に設定されており、
第二の加速度計の位置における剪断応力は、
【数１】
2020012362.tif 000005
となり、式中、ΔＺ１は第１の加速度計と第２の加速度計との間の距離、ａ１は第１の加速度計で記録された加速度値、ａ２は第２の加速度計で記録された加速度値である。
また、第ｉの加速度計の位置における剪断応力は、
【数２】
2020012362.tif 000006
となり、式中、τｉ−１は第ｉ−１の加速度計の位置における剪断応力、ａｉは第ｉの加速度計で記録された加速度値、ａｉ−１は第ｉ−１の加速度計で記録された加速度値である。
【００６９】
ある深さでの加速度の変形について時間領域積分法により積分すると、
【数３】
2020012362.tif 000007
となり、
隣接加速度の変形及びその深さ関係から地震剪断歪みを計算すると、
【数４】
2020012362.tif 000008
となり、上記得られた剪断応力と剪断歪みについて時間順・空間順に二次元グラフとして表示すると、土壌体の剪断応力・剪断歪みの可視化再現・表示になる。
【００７０】
そのうち、加速度計の三次元変位は、以下のように計算・分析されている。
ｘ方向変位について加速度の時間領域積分を行うと、
【数５】
2020012362.tif 000009
となり、ｙ方向変位について加速度の時間領域積分を行うと、
【数６】
2020012362.tif 000010
となり、ｚ方向変位について加速度の時間領域積分を行うと、
【数７】
2020012362.tif 000011
となる。この三つの方向から得られた変位を時間順・空間順のものとすると、加速度計の三次元変位が得られ、さらに可視化表示・再現サブシステムによって図５に示されるような加速度計の三次元変位の可視化表示が得られ、加速度計の三次元変位の可視化表示を一定の時間順に表現すると、加速度計の三次元変位の可視化再現になる。
【００７１】
間隙水圧計で記録された間隙水圧生データは、試験データ第一段階処理サブシステムにて処理されると、間隙水圧標準値が生成され、試験データ第二段階処理サブシステムにて処理されると、正規化された間隙水圧が生成され、試験データ第三段階処理サブシステムにて処理されると、液状化の深さ／範囲の法則と間隙水の浸透場分析が得られ、可視化表示・再現サブシステムにて処理されると、液状化の深さ／範囲の法則と間隙水の浸透場分析は可視化再現される。図８には、間隙水圧について上記処理を行ってからグランドの液状化範囲を可視化再現した様子（色が濃いほど、グランドの液状化領域となる）が示されている。ここで、間隙水圧データについて可視化表示を行った場合に、ある間隙水圧計の真値に振動されていない時に大きな変動が発生したことが発見される場合、当該間隙水圧計に一定の問題があると判断され、シャットダウンして検査を行って、当該間隙水圧計の結線に接触不良が発生したことが発見される場合、対応する改善策が取られる。
【００７２】
そのうち、正規化された間隙水圧は、公式
【数８】
2020012362.tif 000012
に従って計算されており、式中、ｕは間隙水圧計で記録された間隙水圧値、σ´は間隙水圧計が所在した位置における深さに関する有効応力である。正規化された間隙水圧について領域適合を行うと、液状化の深さ／範囲の可視化表示が得られ、図８に示されるように、液状化の深さ／範囲の可視化表示を一定の時間順に表現すると、液状化の深さ／範囲の可視化再現になる。
【００７３】
圧電型ベンダーエレメントで記録された圧電型ベンダーエレメント生データは、試験データ第一段階処理サブシステムにて処理されると、波動パターンが生成され、試験データ第二段階処理サブシステムにて処理されると、剪断波速度が得られ、試験データ第三段階処理サブシステムにて処理されると、土壌体剛度が得られ、可視化表示・再現サブシステムにて土壌体剛度が時間順・空間順に分布されると、可視化再現・表示になる。
【００７４】
そのうち、圧電型ベンダーエレメントで得られた剪断波速度は、公式
【数９】
2020012362.tif 000013
に従って計算されており、式中、ρは土壌体密度、Ｖｓは土壌体の剪断波速度、Ｇｍａｘは逆算された土壌体剛度である。
【００７５】
レーザ変位計で記録されたレーザ変位計生データは、試験データ第一段階処理サブシステムにて処理されると、変位真値が生成され、試験データ第二段階処理サブシステムにて処理されると、土壌体の累積変形が得られ、試験データ第三段階処理サブシステムにて処理されると、グランドの変形法則が得られ、可視化表示・再現サブシステムにてグランド変形が時間順・空間順に分布されると、グランドの変形法則の可視化再現・表示になり、主な方法は曲線適合である。
【００７６】
ＬＶＤＴで記録されたＬＶＤＴ生データは、試験データ第一段階処理サブシステムにて処理されると、変位真値が生成され、試験データ第二段階処理サブシステムにて処理されると、構造体の累積変形が得られ、試験データ第三段階処理サブシステムにて処理されると、構造体の変形法則が得られ、可視化表示・再現サブシステムにて処理されると、構造体の変形法則の可視化再現・表示になり、主な方法は曲線適合である。図７には、構造体（モデルボックス）変形の三次元可視化表示が示されており、構造体（モデルボックス）の連続変形を時間順に表現すると、構造体（モデルボックス）変形の三次元可視化再現になる。
【００７７】
ＣＰＴｕで記録されたＣＰＴｕ生データは、試験データ第一段階処理サブシステムにて処理されると、強度真値が生成され、試験データ第二段階処理サブシステムにて処理されると、砂土の土壌体強度が得られ、試験データ第三段階処理サブシステムにて処理されると、土壌体強度の遷移と液状化法則が得られ、可視化表示・再現サブシステムにて処理されると、土壌体強度の遷移と液状化法則の可視化再現になり、主な方式としては、ＣＰＴｕで記録された先端抵抗値と側方抵抗値から土壌体強度を逆算し、そして、振動前−振動後の時間順にかつ異なる深さの空間位置として土壌体強度の変化を表現すると、土壌体強度の遷移と液状化法則の可視化再現・表示になる。
【００７８】
運動検知カメラと高速度カメラで記録された運動検知カメラと高速度カメラ生データは、試験データ第一段階処理サブシステムにて処理されると、標準イメージが生成され、試験データ第二段階処理サブシステムにて処理されると、ＰＩＶ分析が得られ、試験データ第三段階処理サブシステムにて処理されると、グランドの変形法則が得られ、可視化表示・再現サブシステムにて処理されると、グランドの変形法則の可視化再現になり、主な方式は画素点追跡及び曲線適合である。図９には、表面運動検知カメラで記録された写真について上記データ処理を行ってから可視化表示される地表変位が示されている。地表変位について地表の連続変形を時間順に表現すると、地表変位の可視化再現になり、当該振動結果からのフィードバックによれば、現在の振動強度では大きなグランド変形が生じないことが分かる。これにより、今回の振動結果から、次回の振動においてより大きな振動加速度として研究を行う必要があると考えられる。図１０には、高速度カメラで記録された写真から得られたグランド断面の変位傾向図の可視化表示が示されており、グランド断面の変位についてグランド断面の連続変形を時間順に表現すると、グランド断面の変位の可視化再現になる。
【００７９】
本装置にて処理すると、加速度の遷移法則、土壌体の剪断応力・剪断歪み、土壌体剛度、土壌体強度及び遷移法則等の試験結果をも得られ、可視化再現が可能である。試験終了後、振動台をシャットダウンする。試験データ管理・記憶モジュールにより試験結果について分類管理、操作条件の関連付け、データ検索、データ導出及び報告作成を行い、そして試験結果の遠隔共有を行う。その上、本装置は履歴データの導入にも対応しており、即ち、既存の振動試験結果について試験データ動的応答再構成モジュールによりモデリングして分析と可視化再現を行うことができる。
【００８０】
本装置にて試験データを効率よく処理すると、試験者によるデータ処理の効率を向上させ、時間とコストを節約できるだけでなく、試験過程を指導しデータ分析の同期性を向上させることもでき、試験データの分析処理の品質が向上し、試験コストが低下する。もちろん、本装置は、振動台試験のみならず、土工構築物の繰り返し載荷試験、シールドの掘進試験、ダムの決壊試験、側斜面の地滑り試験、洋上風力発電の波浪試験及び高速鉄道路盤の振動試験等にも適用されるものであり、展開性に優れている。
【図１】
2020012362.tif 000014
【図２】
2020012362.tif 000015
【図３】
2020012362.tif 000016
【図４】
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【図５】
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【図６】
2020012362.tif 000019
【図７】
2020012362.tif 000020
【図８】
2020012362.tif 000021
【図９】
2020012362.tif 000022
【図１０】
2020012362.tif 000023