[实用新型]一种相似材料模型动载施加装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种相似材料模拟施加装置，尤其涉及一种相似材料模型动载施加装置。

背景技术

动力灾害长期以来严重影响着地下工程的安全使用，不同动力形式下地下工程岩体响应 研究对工程岩体支护控制设计至关重要。动力灾害现场测试工程量巨大、操作难度大，根本 无法有效进行。相比于现场测试，相似材料模拟试验是地下工程研究中比较有效的方法手段。

现有技术中，相似材料模拟试验中动态加载一般通过人工锤击或其他机械手段施加，这 类试验方法中的动载均施加在相似材料模型的表面，而地下工程中动力源一般存在于岩体内 部，模型外部施加动载不能很好的与现场工程相匹配，试验结果误差较大。其他的，诸如模 型内部放置炸药爆破的加载技术，具有工程相似性差、动载施加不连续、动载施加方向不可 控等缺点。

综上所述，在某种程度上来说，现有技术的动载施加装置及其加载方法，其试验过程中 的动载施加误差较大，试验结果可信度较低，无法真实、准确地反映出工程岩体的变形破坏 规律。

实用新型内容

实用新型目的是，提供一种相似材料模型动载施加装置，其具有结构简单、合理，动态 加载过程中的施力大小和方位精准、受控、可调节等技术特点。

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是，一种相似材料模型动载施加装置，其 特征在于，包括控制装置、电磁铁和冲击发生器；其中，冲击发生器预先埋设在相似材料模 型内部；

所述控制装置和电磁铁置于相似材料模型的外部，通过紧固件夹持并固定在相似材料模 型一侧表面的相似材料模拟施加装置的立柱上；

所述控制装置外接电源，并与所述电磁铁的线圈通电连接；

所述冲击发生器包括一端封闭另一端敞口的套筒，所述套筒的封闭端靠近电磁铁，该封 闭端的内壁面上固定有一防撞垫；

所述冲击发生器的敞口端用亚麻布罩住，并用橡皮筋固定；

所述撞锤为圆柱形的钢质永磁体，装配在防撞垫与敞口端之间的套筒内部成松配合；

所述套筒的底板材质为铁，筒体材质为经过磁力计去磁处理的硬质合金。上述技术方案 直接带来的技术效果是，将现有技术的动载加载直接作用在相似材料模型外壁的方式，转移 在相似材料模型内部进行，以确保施力大小受控、可调，作用力的方向准确恒定、冲击频率 可自由调节，进而在有效减小或者消除动载加载设备的系统误差的基础上，尽可能降低“人” 操作因素的引入可能导致的“偶然误差”因素。即，有效提高动载的精度，以进行真实可靠的 仿真模拟。

其工作的原理是，利用(磁极之间)“同性相斥、异性相吸”的基本原理，通过改变电磁 铁两端的磁极(N极或S极)，以提供驱动力，驱动撞锤向左或者向右运动(即，撞击相似 材料模型或撞锤回位)。

优选为，上述防撞垫为圆形板，材质为橡胶，厚度为0.8-1.5厘米；所述撞锤长度小于或 者等于上述套筒内部总长与防撞垫厚度之差的二分之一。

该优选技术方案直接带来的技术效果是，“撞锤长度小于或者等于上述套筒内部总长与防 撞垫厚度之差的二分之一”这一技术手段，主要是为撞锤在磁力的作用下，具有足够的加速距 离；而“防撞垫为圆形板，材质为橡胶，厚度为0.8-1.5厘米”这一技术特征为经验值。

为更好地理解本实用新型的技术思想及其技术特点，现详细说明本实用新型的相似材料 模型动载施加装置的试验方法。

本实用新型的相似材料模型动载施加装置的试验方法，其操作简单、控制与调节简便， 试验的结果可以更好地反映动载作用下工程岩体的运动规律，达到较为理想的模拟试验效果。 具体包括以下步骤：

第一步，冲击发生器的组装与预埋步骤：

冲击发生器的组装：将撞锤插入套筒内并推送至底部防撞垫相接触，用亚麻布罩住开口 端，并用橡皮筋固定，备用；

电磁铁的安装：将电磁铁通过紧固件夹持并固定在相似材料模型一侧表面的相似材料模 拟施加装置的立柱上；

冲击发生器的预埋：在试验台上进行相似材料的铺设过程中，根据加载试验所需，将冲 击发生器预埋在相似材料内部拟开挖巷道旁所需施加动载的指定位置处，冲击发生器的套筒 封闭端的底板朝向上述电磁铁；

第二步，动载施加步骤：

待相似材料模型的巷道开挖完成后，在开挖好的巷道周边壁面上分别安设应力、应变和 围岩垮落监测设备；