一種相似材料模型動(dòng)載施加裝置及其試驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種相似材料模擬試驗(yàn)裝置及其試驗(yàn)方法，尤其涉及一種相似材料模型動(dòng)載施加裝置及其試驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]動(dòng)力災(zāi)害長(zhǎng)期以來(lái)嚴(yán)重影響著地下工程的安全使用，不同動(dòng)力形式下地下工程巖體響應(yīng)研究對(duì)工程巖體支護(hù)控制設(shè)計(jì)至關(guān)重要。動(dòng)力災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試工程量巨大、操作難度大，根本無(wú)法有效進(jìn)行。相比于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，相似材料模擬試驗(yàn)是地下工程研究中比較有效的方法手段。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，相似材料模擬試驗(yàn)中動(dòng)態(tài)加載一般通過(guò)人工錘擊或其他機(jī)械手段施加，這類試驗(yàn)方法中的動(dòng)載均施加在相似材料模型的表面，而地下工程中動(dòng)力源一般存在于巖體內(nèi)部，模型外部施加動(dòng)載不能很好的與現(xiàn)場(chǎng)工程相匹配，試驗(yàn)結(jié)果誤差較大。其他的，諸如模型內(nèi)部放置炸藥爆破的加載技術(shù)，具有工程相似性差、動(dòng)載施加不連續(xù)、動(dòng)載施加方向不可控等缺點(diǎn)。
[0004]綜上所述，在某種程度上來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有技術(shù)的動(dòng)載施加裝置及其加載方法，其試驗(yàn)過(guò)程中的動(dòng)載施加誤差較大，試驗(yàn)結(jié)果可信度較低，無(wú)法真實(shí)、準(zhǔn)確地反映出工程巖體的變形破壞規(guī)律。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的之一是，提供一種相似材料模型動(dòng)載試驗(yàn)裝置，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、合理，動(dòng)態(tài)加載過(guò)程中的施力大小和方位精準(zhǔn)、受控、可調(diào)節(jié)等技術(shù)特點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是，一種相似材料模型動(dòng)載施加裝置，其特征在于，包括控制裝置、電磁鐵和沖擊發(fā)生器;其中，沖擊發(fā)生器預(yù)先埋設(shè)在相似材料模型內(nèi)部；
[0007]所述控制裝置和電磁鐵置于相似材料模型的外部，通過(guò)緊固件夾持并固定在相似材料模型一側(cè)表面的相似材料模擬試驗(yàn)裝置的立柱上；
[0008]所述控制裝置外接電源，并與所述電磁鐵的線圈通電連接；
[0009]所述沖擊發(fā)生器包括一端封閉另一端敞口的套筒，所述套筒的封閉端靠近電磁鐵，該封閉端的內(nèi)壁面上固定有一防撞墊；
[0010]所述沖擊發(fā)生器的敞口端用亞麻布罩住，并用橡皮筋固定；
[0011]所述撞錘為圓柱形的鋼質(zhì)永磁體，裝配在防撞墊與敞口端之間的套筒內(nèi)部成松配合；
[0012]所述套筒的底板材質(zhì)為鐵，筒體材質(zhì)為經(jīng)過(guò)磁力計(jì)去磁處理的硬質(zhì)合金。
[0013]上述技術(shù)方案直接帶來(lái)的技術(shù)效果是，將現(xiàn)有技術(shù)的動(dòng)載加載直接作用在相似材料模型外壁的方式，轉(zhuǎn)移在相似材料模型內(nèi)部進(jìn)行，以確保施力大小受控、可調(diào)，作用力的方向準(zhǔn)確恒定、沖擊頻率可自由調(diào)節(jié)，進(jìn)而在有效減小或者消除動(dòng)載加載設(shè)備的系統(tǒng)誤差的基礎(chǔ)上，盡可能降低“人”操作因素的引入可能導(dǎo)致的“偶然誤差”因素。即，有效提高動(dòng)載的精度，以進(jìn)行真實(shí)可靠的仿真模擬。
[0014]其工作的原理是，利用(磁極之間)“同性相斥、異性相吸”的基本原理，通過(guò)改變電磁鐵兩端的磁極(N極或S極)，以提供驅(qū)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)撞錘向左或者向右運(yùn)動(dòng)(S卩，撞擊相似材料模型或撞錘回位)。
[0015]優(yōu)選為，上述防撞墊為圓形板，材質(zhì)為橡膠，厚度為0.8-1.5厘米;所述撞錘長(zhǎng)度小于或者等于上述套筒內(nèi)部總長(zhǎng)與防撞墊厚度之差的二分之一。
[0016]該優(yōu)選技術(shù)方案直接帶來(lái)的技術(shù)效果是，“撞錘長(zhǎng)度小于或者等于上述套筒內(nèi)部總長(zhǎng)與防撞墊厚度之差的二分之一”這一技術(shù)手段，主要是為撞錘在磁力的作用下，具有足夠的加速距離;而“防撞墊為圓形板，材質(zhì)為橡膠，厚度為0.8-1.5厘米”這一技術(shù)特征為經(jīng)驗(yàn)值。
[0017]本發(fā)明的目的之二是，提供一種上述相似材料模型動(dòng)載施加裝置的試驗(yàn)方法，其操作簡(jiǎn)單、控制與調(diào)節(jié)簡(jiǎn)便，試驗(yàn)的結(jié)果可以更好地反映動(dòng)載作用下工程巖體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，達(dá)到較為理想的模擬試驗(yàn)效果。
[0018]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是，一種上述的相似材料模型動(dòng)載施加裝置的試驗(yàn)方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0019]第一步，沖擊發(fā)生器的組裝與預(yù)埋步驟:
[0020]沖擊發(fā)生器的組裝:將撞錘插入套筒內(nèi)并推送至底部防撞墊相接觸，用亞麻布罩住開(kāi)口端，并用橡皮筋固定，備用；
[0021]電磁鐵的安裝:將電磁鐵通過(guò)緊固件夾持并固定在相似材料模型一側(cè)表面的相似材料模擬試驗(yàn)裝置的立柱上；
[0022]沖擊發(fā)生器的預(yù)埋:在試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行相似材料的鋪設(shè)過(guò)程中，根據(jù)加載試驗(yàn)所需，將沖擊發(fā)生器預(yù)埋在相似材料內(nèi)部擬開(kāi)挖巷道旁所需施加動(dòng)載的指定位置處，沖擊發(fā)生器的套筒封閉端的底板朝向上述電磁鐵；
[0023]第二步，動(dòng)載施加步驟:
[0024]待相似材料模型的巷道開(kāi)挖完成后，在開(kāi)挖好的巷道周邊壁面上分別安設(shè)應(yīng)力、應(yīng)變和圍巖垮落監(jiān)測(cè)設(shè)備；
[0025]接通控制裝置的電源，調(diào)節(jié)/切換控制裝置所輸出的電流的大小/方向，以增大/減小電磁鐵所產(chǎn)生磁場(chǎng)強(qiáng)度/切換電磁鐵左右兩端的磁極，以使撞錘在磁場(chǎng)所產(chǎn)生的排斥力或吸引力的作用下，向前運(yùn)動(dòng)撞擊巷道旁所需施加動(dòng)載的指定位置處，或者向后運(yùn)動(dòng)回位；
[0026]與此同時(shí)，觀測(cè)并記錄巷道變形及受力情況；
[0027]然后，調(diào)節(jié)控制裝置，以調(diào)節(jié)撞錘對(duì)相似材料模型的撞擊頻率、撞擊力的大小，并分別觀測(cè)、記錄巷道變形及受力情況，直至巷道垮落。
[0028]上述技術(shù)方案直接帶來(lái)的技術(shù)效果是，將沖擊荷載加載由相似材料模型的外部轉(zhuǎn)移至內(nèi)部，并使得動(dòng)載的施力大小、沖擊頻率可以根據(jù)試驗(yàn)所需，進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)節(jié);并使所施加的沖擊力的方向嚴(yán)格受控、充分滿足穩(wěn)定一致的要求;試驗(yàn)的結(jié)果可以更好地反映動(dòng)載作用下工程巖體的變形破壞規(guī)律，達(dá)到較為理想的模擬試驗(yàn)效果。
[0029]綜上所述，本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精確度高、誤差小，試驗(yàn)結(jié)果真實(shí)準(zhǔn)確等有益效果。
【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031 ]附圖標(biāo)記說(shuō)明:1-控制裝置;2-電磁鐵;3-相似材料模型;4-沖擊發(fā)生器;5-開(kāi)挖后的巷道;6-立柱。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0033]如圖1所示，本發(fā)明的相似材料模型動(dòng)載施加裝置，其特征在于，包括控制裝置1