一種相似材料模型動載施加裝置及其試驗方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種相似材料模擬試驗裝置及其試驗方法，尤其涉及一種相似材料模型動載施加裝置及其試驗方法。
【背景技術】
[0002]動力災害長期以來嚴重影響著地下工程的安全使用，不同動力形式下地下工程巖體響應研究對工程巖體支護控制設計至關重要。動力災害現(xiàn)場測試工程量巨大、操作難度大，根本無法有效進行。相比于現(xiàn)場測試，相似材料模擬試驗是地下工程研究中比較有效的方法手段。
[0003]現(xiàn)有技術中，相似材料模擬試驗中動態(tài)加載一般通過人工錘擊或其他機械手段施加，這類試驗方法中的動載均施加在相似材料模型的表面，而地下工程中動力源一般存在于巖體內(nèi)部，模型外部施加動載不能很好的與現(xiàn)場工程相匹配，試驗結(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，具有工程相似性差、動載施加不連續(xù)、動載施加方向不可控等缺點。
[0004]綜上所述，在某種程度上來說，現(xiàn)有技術的動載施加裝置及其加載方法，其試驗過程中的動載施加誤差較大，試驗結(jié)果可信度較低，無法真實、準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載試驗裝置，其具有結(jié)構(gòu)簡單、合理，動態(tài)加載過程中的施力大小和方位精準、受控、可調(diào)節(jié)等技術特點。
[0006]本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術方案是，一種相似材料模型動載施加裝置，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)生器預先埋設在相似材料模型內(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)過磁力計去磁處理的硬質(zhì)合金。
[0013]上述技術方案直接帶來的技術效果是，將現(xiàn)有技術的動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)部進行，以確保施力大小受控、可調(diào)，作用力的方向準確恒定、沖擊頻率可自由調(diào)節(jié)，進而在有效減小或者消除動載加載設備的系統(tǒng)誤差的基礎上，盡可能降低“人”操作因素的引入可能導致的“偶然誤差”因素。即，有效提高動載的精度，以進行真實可靠的仿真模擬。
[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，通過改變電磁鐵兩端的磁極(N極或S極)，以提供驅(qū)動力，驅(qū)動撞錘向左或者向右運動(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;所述撞錘長度小于或者等于上述套筒內(nèi)部總長與防撞墊厚度之差的二分之一。
[0016]該優(yōu)選技術方案直接帶來的技術效果是，“撞錘長度小于或者等于上述套筒內(nèi)部總長與防撞墊厚度之差的二分之一”這一技術手段，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”這一技術特征為經(jīng)驗值。
[0017]本發(fā)明的目的之二是，提供一種上述相似材料模型動載施加裝置的試驗方法，其操作簡單、控制與調(diào)節(jié)簡便，試驗的結(jié)果可以更好地反映動載作用下工程巖體的運動規(guī)律，達到較為理想的模擬試驗效果。
[0018]本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術方案是，一種上述的相似材料模型動載施加裝置的試驗方法，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，用亞麻布罩住開口端，并用橡皮筋固定，備用；
[0021]電磁鐵的安裝:將電磁鐵通過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裝置的立柱上；
[0022]沖擊發(fā)生器的預埋:在試驗臺上進行相似材料的鋪設過程中，根據(jù)加載試驗所需，將沖擊發(fā)生器預埋在相似材料內(nèi)部擬開挖巷道旁所需施加動載的指定位置處，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，動載施加步驟:
[0024]待相似材料模型的巷道開挖完成后，在開挖好的巷道周邊壁面上分別安設應力、應變和圍巖垮落監(jiān)測設備；
[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)生磁場強度/切換電磁鐵左右兩端的磁極，以使撞錘在磁場所產(chǎn)生的排斥力或吸引力的作用下，向前運動撞擊巷道旁所需施加動載的指定位置處，或者向后運動回位；
[0026]與此同時，觀測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)撞錘對相似材料模型的撞擊頻率、撞擊力的大小，并分別觀測、記錄巷道變形及受力情況，直至巷道垮落。
[0028]上述技術方案直接帶來的技術效果是，將沖擊荷載加載由相似材料模型的外部轉(zhuǎn)移至內(nèi)部，并使得動載的施力大小、沖擊頻率可以根據(jù)試驗所需，進行精準調(diào)節(jié);并使所施加的沖擊力的方向嚴格受控、充分滿足穩(wěn)定一致的要求;試驗的結(jié)果可以更好地反映動載作用下工程巖體的變形破壞規(guī)律，達到較為理想的模擬試驗效果。
[0029]綜上所述，本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術，具有結(jié)構(gòu)簡單、精確度高、誤差小，試驗結(jié)果真實準確等有益效果。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031 ]附圖標記說明:1-控制裝置;2-電磁鐵;3-相似材料模型;4-沖擊發(fā)生器;5-開挖后的巷道;6-立柱。
【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明進行詳細說明。
[0033]如圖1所示，本發(fā)明的相似材料模型動載施加裝置，其特征在于，包括控制裝置1