[发明专利]一种磁拟重力场环境静力触探物理模型试验装置和方法

权利要求书

1.一种磁拟重力场环境静力触探物理模型试验装置，其特征在于：包括模型箱(1)、模型探头(4)和加载机构，模型箱(1)为透明有机玻璃材质的柱状箱体，模型探头(4)为下端收缩为尖锥的柱体结构；

所述加载机构包括加载架(19)、三相异步电动机(12)、联轴器(13)、丝杠螺母机构、尼龙板(20)和加载杆(8)，加载架(19)和模型箱(1)作为固定参照，三相异步电动机(12)、联轴器(13)和丝杠螺母机构的螺母(14)均安装在加载架(19)台面上，加载架(19)台面位置水平，三相异步电动机(12)通过联轴器(13)驱动丝杠螺母机构的螺母(14)转动，带动丝杠螺母机构的丝杆(15)竖直移动，固定在丝杠(15)底端的法兰盘(16)下端与尼龙板(20)上端固定连接，尼龙板(20)下端与加载杆(8)上端通过压力计(17)连接，加载杆(8)下端与模型探头(4)上端固定连接，丝杠(15)、法兰盘(16)、尼龙板(20)、压力计(17)、加载杆(8)和模型探头(4)的中轴线在同一条竖直线上；通过位移计(18)检测尼龙板(20)下端相对加载架(19)台面的竖直移动距离，通过压力计(17)检测加载杆(8)传导给尼龙板(20)下端的压力；加载杆(8)的长度大于0.5m，三相异步电动机(12)距离模型探头(4)尖锥的距离始终大于1m，压力计(17)和位移计(18)距离模型探头(4)尖锥的距离始终大于0.5m；

所述模型箱(1)用于装载试样(24)，设置在产生磁拟重力场的线圈内；模型探头(4)竖直贯入试样(24)，通过压力计(17)和位移计(18)测量贯入过程中模型探头(4)锥尖阻力和位移量。

2.根据权利要求1所述的磁拟重力场环境静力触探物理模型试验装置，其特征在于：所述模型箱(1)外壁标记有一组标记竖直高度的环向刻度线(3)。

3.根据权利要求1所述的磁拟重力场环境静力触探物理模型试验装置，其特征在于：所述模型探头(4)和加载杆(8)为铝质。

4.根据权利要求1所述的磁拟重力场环境静力触探物理模型试验装置，其特征在于：所述三相异步电动机(12)输入电流端外接倒顺开关(10)和变频器(9)，通过倒顺开关(10)控制三相异步电动机(12)正反转；通过变频器(9)控制三相异步电动机(12)的转速。

5.根据权利要求1所述的磁拟重力场环境静力触探物理模型试验装置，其特征在于：还包括观察器(5)和微型摄像机(6)，观察器(5)设计为潜望镜机构，观察器(5)下端观测端口贴合试样(24)表面放置，微型摄像机(6)通过观察器(5)上端观测口记录观测现象。

6.根据权利要求1所述的磁拟重力场环境静力触探物理模型试验装置，其特征在于：所述模型箱(1)的等效内径与模型探头(4)的等效直径比大于20。

7.基于权利要求1所述的磁拟重力场环境静力触探物理模型试验装置的方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)计算并称量试样(24)，采用分层装样的方法将试样(24)装填至模型箱(1)内，观测并记录各层试样的装填高度；

(2)将模型箱(1)水平放置于试验区域的产生磁拟重力场的线圈内，启动试验系统形成磁拟重力场环境，待磁场稳定后，微调模型探头(4)的空间位置，使其轴线竖直朝向模型箱(1)的中心区域；

(3)启动三相异步电动机(12)，调节变频器(9)使模型探头(4)竖直移动速率满足试验要求，同时通过观察器(5)观测模型探头(4)的运动情况，待其接触试样(24)表面时暂停三相异步电动机(12)，压力计(17)和位移计(18)调零；

(4)再次启动三相异步电动机(12)，模型探头(4)逐渐贯入试样(24)内部，实时采集压力计(17)和位移计(18)的检测信号；当模型探头(4)到达贯入深度时，停止三相异步电动机(12)，结束实验。