一種巖土工程模型試驗重力場模擬裝置及方法
2023-06-15 12:36:56 1
專利名稱：一種巖土工程模型試驗重力場模擬裝置及方法
技術領域：
本發明涉及ー種巖土工程試驗裝置及方法，特別是ー種巖土工程模型試驗重力場模擬裝置及方法。
背景技術：
模型試驗作為巖土工程研究的主要方法，因其能更真實反映巖土工程的特性，可定性或者定量反映與巖土工程有關的天然巖土受カ特性及與其相關聯的地下工程結構的相互影響而得到廣泛應用。現有的模型試驗方法主要有靜カ加載方法和離心模擬法。靜カ加載方法由於只在常規重力場下模擬，不能有效模擬巖土體所受應力，且需要進行相似材料的配置，而找到完全匹配的相似材料十分困難。因此產生了離心模擬方法，離心模型試驗是通過離心慣性カ模擬重力的方法，可以較好的反應原型應カ場，而得到了廣泛應用。但離 心模擬方法由於設備製造，維護均較昂貴，且不能反應動態的開挖過程。所以現有的模型試驗方法還以靜カ加載方法為主，但其所獲得結果未必能反應真實巖土體受力。
發明內容
技術問題本發明的目的在於提供ー種巖土工程模型試驗重力場模擬裝置及方法，解決現有的模型試驗方法所獲得結果不能真實反應巖土體受カ的問題。技術方案本發明的目的是這樣實現的該巖土工程模型試驗重力場模擬包括裝置及方法，所述的裝置包括通電線圈、尼龍棒、環氧板、永磁體或超導體；在通電線圈的中間有環氧板，環氧板為通電圈的框架，在通電線圈的一端連接有永磁體或超導體，通電線圈與永磁體或超導體的組合體有ニ個，在ニ個通電線圈之間連接有尼龍棒，在ニ個通電線圈和尼龍棒構建的空間的幾何中心置有磁敏性相似材料。所述的通電線圈由ー對相同軸心、相同匝數，繞線方向相反的圓形線圈構成；在ニ個通電線圈中通以大小相等、方向相反的電流；線圈半徑為線圈的平均半徑R，兩線圈之間的淨距孖=/2。巖土工程模型試驗重力場模擬方法，包括以下步驟
(I)根據模型試驗相似理論，通過模型尺寸的相似縮比得到模型試驗所需要的重力比。(2)由模型試驗的重力比，獲得模型試驗中磁敏性相似材料所需的重力值。(3)根據磁敏性相似材料飽和磁化所需的磁場強度選取磁場強度足以使相似材料飽和磁化的永磁體或者超導體。(4)根據模型試驗中磁敏性相似材料所需的重力值，通過調整本發明裝置中線圈的電流值，其產生的線性磁場強度值可使磁敏性相似材料所受磁力值與所需重力值相等。(5)將磁敏性相似材料置於本發明裝置中，給線圈通電產生所需磁場，進而根據試驗需要可進行模型試驗。 有益效果，由於採用了上述方案，根據模型試驗相似參數，選取磁敏性相似材料為樣品，將樣品置於由永磁體或超導體與通電線圈組合的試驗裝置中，永磁體可自身產生固定磁場，超導體可由超導線圈通電產生穩定磁場，永磁體或超導體主要產生較大的均勻磁場，使其產生的磁場強度能飽和磁化磁敏性相似材料，由通電線圈產生的線性分布磁場產生對磁敏性相似材料的ー個與重力方向相同的穩定磁場力作用，磁力值可根據試驗所需調節，試驗裝置產生沿重力場線性分布的磁場強度，試驗裝置的最小磁場強度足以使磁敏性相似材料飽和磁化，磁敏性相似材料可受到ー個與重力方向相同的穩定磁力作用；獲得模擬試驗所需要的重力場。解決了現有的模型試驗方法所獲得結果不能真實反應巖土體受カ的問題，達到了本發明的目的。優點本發明可產生穩定的線性分布磁場,使磁敏性相似材料受到ー個穩定的磁場力，其值恆定，可通過該磁力場模擬由磁敏性相似材料製成的模型試樣所需要的重力場。同時測試中可根據需要不斷調整磁敏性相似材料所受到的磁力，經濟、方便的產生模擬相應重力場，操作方便，設備簡單，測試方便。
圖I為本發明實施例的結構示意圖。圖2為磁敏性相似材料所受的磁重力比沿模型高度的分布。圖中1、通電線圈；2、尼龍棒；3、環氧板；4、永磁體或超導體；5、磁敏性相似材料。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明實施例作進ー步說明。實施例I :該巖土工程模型試驗重力場模擬包括裝置及方法，所述的裝置包括通電線圈I、尼龍棒2、環氧板3、永磁體或超導體4 ;在通電線圈I的中間有環氧板3，環氧板3為通電圈的框架，在通電線圈I的一端連接有永磁體或超導體4，通電線圈I與永磁體或超導體4的組合體有ニ個，在ニ個通電線圈I之間連接有尼龍棒2，在ニ個通電線圈I和尼龍棒2構建的空間的幾何中心置有磁敏性相似材料5。所述的通電線圈由ー對相同軸心、相同匝數，繞線方向相反的圓形線圈構成；在ニ個通電線圈中通以大小相等、方向相反的電流；線圈半徑為線圈的平均半徑R，兩線圈之間的淨距 =/2。巖土工程模型試驗重力場模擬方法，包括以下步驟
(I)根據模型試驗相似理論，通過模型尺寸的相似縮比得到模型試驗所需要的重力比。(2)由模型試驗的重力比，獲得模型試驗中磁敏性相似材料所需的重力值。 (3)根據磁敏性相似材料飽和磁化所需的磁場強度選取磁場強度足以使相似材料飽和磁化的永磁體或者超導體。(4)根據模型試驗中磁敏性相似材料所需的重力值，通過調整本發明裝置中線圈的電流值，其產生的線性磁場強度值可使磁敏性相似材料所受磁力值與所需重力值相等。(5)將磁敏性相似材料置於本發明裝置中，給線圈通電產生所需磁場，進而根據試驗需要可進行模型試驗。ー種巖土工程模型試驗重力場模擬裝置及方法，通過相似理論獲得模型試驗的相似參數。選用合適的磁敏性相似材料5。在圖I中，製造永磁體4，通電線圈I所組成磁場產生裝置，使其產生的磁場值線性分布，兩個永磁體4尺寸相等，磁場強度也相等，可在其空間(A，B, C，D)區域內生成均勻磁場，其磁場強度值可使磁敏性相似材料飽和磁化。兩個通電線圈I具有相同的內半徑和外半徑，相同匝數，相互平行，擁有同一個軸心，線圈之間
的淨距與線圈平均半徑R的關係為F = CviS-A)/2時，通以反向相等的電流時，則可在其
內部空間(A，B, C，D)內生成線性分布的磁場強度，永磁體和通電線圈在((A，B, C，D)區域
內產生A =馬+Z-AS的磁場。試驗開始前將電流值調到最低，使試驗裝置在較小負載下 運行，運行正常後，再將電流調大，直到磁場強度值達到設計值。再將磁敏性相似材料5放置於(A，B, C，D)區域內，磁敏性相似材料中的磁性物質將受到ー個與重力方向相同的磁力作用，在這磁場力作用下，再進行模型試驗測試。
權利要求
1.ー種巖土工程模型試驗重力場模擬裝置，其特徵是所述的裝置包括通電線圈、尼龍棒、環氧板、永磁體或超導體；在通電線圈的中間有環氧板，環氧板為通電圈的框架，在通電線圈的一端連接有永磁體或超導體，通電線圈與永磁體或超導體的組合體有ニ個，在ニ個通電線圈之間連接有尼龍棒，在ニ個通電線圈和尼龍棒構建的空間的幾何中心置有磁敏性相似材料。
2.根據權利要求I所述的ー種巖土工程模型試驗重力場模擬裝置，其特徵是所述的通電線圈由ー對相同軸心、相同匝數，繞線方向相反的圓形線圈構成；在ニ個通電線圈中通以大小相等、方向相反的電流；線圈半徑為線圈的平均半徑R，兩線圈之間的淨距H = {^/3R -k}/2。
3.ー種巖土工程模型試驗重力場模擬方法，其特徵是巖土工程模型試驗重力場模擬方法，包括以下步驟 (1)根據模型試驗相似理論，通過模型尺寸的相似縮比得到模型試驗所需要的重力比； (2)由模型試驗的重力比，獲得模型試驗中磁敏性相似材料所需的重力值； (3)根據磁敏性相似材料飽和磁化所需的磁場強度選取磁場強度足以使相似材料飽和磁化的永磁體或者超導體； (4)根據模型試驗中磁敏性相似材料所需的重力值，通過調整本發明裝置中線圈的電流值，其產生的線性磁場強度值可使磁敏性相似材料所受磁力值與所需重力值相等； (5)將磁敏性相似材料置於本發明裝置中，給線圈通電產生所需磁場，進而根據試驗需要可進行模型試驗。
全文摘要
一種巖土工程模型試驗重力場模擬裝置及方法，屬於巖土工程試驗裝置及方法。利用磁敏性相似材料在磁場中受磁力作用的特性，由所受磁力場模擬模型試驗所需重力場；通過永磁體或超導體與通電線圈組合的試驗裝置在試驗空間內產生沿重力場方向線性分布的磁場強度，最小磁場強度足以使磁敏性相似材料飽和磁化，該線性分布磁場強度可使磁敏性相似材料受到一個與重力場方向相同，大小可調的磁力作用，從而得到模型試驗所需要的重力狀態。優點可產生穩定的線性分布磁場，使磁敏性相似材料受到一個穩定的磁場力，其值恆定，可通過該磁力場模擬由磁敏性相似材料製成的模型試樣所需要的重力場。設備簡單，價格低廉，測試簡單、方便，具有較強的可操作性。
文檔編號G01N27/80GK102841129SQ20121029458
公開日2012年12月26日 申請日期2012年8月20日 優先權日2012年8月20日
發明者周國慶, 陳國舟, 李瑞林, 陶祥令 申請人:中國礦業大學