CN107966363A - 一种电磁式边坡加载试验装置及加载方法 - Google Patents

一种电磁式边坡加载试验装置及加载方法 Download PDF

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Abstract

一种电磁式边坡加载试验装置及加载方法，属于机械技术领域。外部壳体的内腔放置电磁力加载装置，电磁力加载装置的内腔放置边坡模型箱，边坡模型箱的内腔放置水平夹紧装置，内螺纹孔位于边坡模型箱前面板的中部，水平夹紧螺栓通过螺纹与内螺纹孔连接，水平夹紧螺栓穿过内螺纹孔，平夹紧螺栓的螺纹端部与连接块的内螺纹孔固定连接；夹紧板连接在边坡模型箱的内腔，连接块位于前面板与夹紧板之间，边坡模型箱的右侧面板通过第一铰链、第二铰链和前面板连接起来；边坡模型箱的右侧面板通过第一固定螺栓和后面板连接在一起。本发明结构简单，使用方便，能够准确的模拟出边坡在受到自重或其他外部荷载作用下的稳定性情况。

Description

一种电磁式边坡加载试验装置及加载方法
技术领域
本发明涉及一种电磁式边坡加载试验装置及加载方法，属于机械技术领域。
背景技术
边坡在自重或其他外部荷载作用下，经常会发生滑坡现象，给国家财产和人们的生命安全带来严重威胁。随着我国基础建设的大力发展，在矿山、水利及交通等方面都涉及到大量的边坡稳定性问题。因此，对边坡在自重或其他外部荷载作用下稳定性的研究，是非常必要的。目前，边坡模型试验是利用承压板加载，但是存在加载不均匀、应力集中等现象，所以，在模拟重力场方面还存在不足。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明提供一种电磁式边坡加载试验装置及加载方法。
一种电磁式边坡加载试验方法,采用均质线圏缠绕形成的电磁铁，通过稳定的电流后在导线周围形成均匀磁场，通入恒定电流，保持磁场强度确定不变；利用电磁力场与重力场的相似性，通过在边坡模型中掺入粉体磁性材料，使带磁性材料的边坡模型在电磁力场中受到电磁力，达到使用电磁力来模拟边坡自重或受到其他外部荷载的效果。
含有以下步骤；
步骤1、在电磁式边坡加载试验时，首先把第一固定螺栓和第二固定螺栓都打开，把含铁散粒体的边坡模型，放入边坡模型箱内，然后通过第一固定螺栓把边坡模型箱的右侧面板和后面板固定在一起；
步骤2、调节水平夹紧装置，通过调节水平夹紧螺栓，将夹紧板调节到合适的位置，夹紧含铁散粒体的边坡模型；
步骤3、将电磁力加载装置套在边坡模型箱的外面；
步骤4、通过第二固定螺栓，把外部壳体的右侧面板和后面板固定在一起；
步骤5、将线圈内通入不同大小的直流电流，进行不同大小电磁力的加载，
步骤6、在边坡模型箱上面，观察含铁散粒体的边坡模型在不同大小电磁力加载下的稳定性；
步骤7、试验完成后，关闭电源，将电磁力加载装置取出，再把第一固定螺栓和第二固定螺栓都打开，将含铁散粒体的边坡模型取出来。
一种电磁式边坡加载试验装置，外部壳体的内腔放置电磁力加载装置，电磁力加载装置的内腔放置边坡模型箱，边坡模型箱的内腔放置水平夹紧装置，内螺纹孔位于边坡模型箱前面板的中部，水平夹紧螺栓通过螺纹与内螺纹孔连接，水平夹紧螺栓穿过内螺纹孔，平夹紧螺栓的螺纹端部与连接块的内螺纹孔固定连接；夹紧板连接在边坡模型箱的内腔，连接块位于前面板与夹紧板之间，边坡模型箱的右侧面板通过第一铰链、第二铰链和前面板连接起来；边坡模型箱的右侧面板通过第一固定螺栓和后面板连接在一起，底板和左侧面板及后面板固连在一起。
空心铁架为没有顶板和底板的正方形铁质箱体，空心铁架套在边坡模型箱的外面，位于边坡模型箱和外部壳体之间；线圈绕在空心铁架的外面，并用绝缘胶将线圈固定在空心铁架外面。
硬质塑料板在电磁力加载装置的外面；上下的2个第三铰链固定在外部壳体前面板上，外部壳体右侧面板通过第三铰链与外部壳体前面板连接起来；外部壳体右侧面板通过第二固定螺栓和外部壳体前面板连接，外部壳体后侧面板、外部壳体左侧面板及外部壳体右侧面板固连在一起。
边坡模型箱的底板和左侧面板及右侧面板均为钢化玻璃板。夹紧板与前面板及后面板平行。第一铰链、第二铰链固定在边坡模型箱的前面板及右侧面板的边沿上。外部壳体底板为钢化玻璃板，外部壳体后侧面板、外部壳体左侧面板及外部壳体右侧面板均为硬质塑料板。
本发明的优点是采用均质线圏缠绕形成的电磁铁，通过稳定的电流后在导线周围可形成均匀磁场，只要通入恒定电流，就可以保持磁场强度确定不变。利用电磁力场与重力场的相似性，通过在边坡模型中掺入粉体磁性材料，使带磁性材料的边坡模型在电磁力场中受到电磁力，达到使用电磁力来模拟边坡自重或受到其他外部荷载的效果，这是一种研究边坡工程问题的有效模型试验方法。
本发明可以实现对含铁散粒体的边坡模型，进行精确加载不同大小的电磁力，该功能主要由电磁力加载装置实现。
本发明介绍了一种电磁式边坡加载试验装置加载过程的详细步骤，不仅加载方法简单，而且使用效率较高。
本发明试验装置结构简单，成本低廉，使用方便，能够准确的模拟出，边坡在受到自重或其他外部荷载作用下的稳定性情况。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，如图其中：
图1为本发明的电磁式边坡加载试验装置整体结构示意图。
图2为本发明的边坡模型箱结构示意图。
图3为本发明的水平夹紧装置结构示意图。
图4为本发明的电磁力加载装置结构示意图。
图5为本发明的外部壳体结构示意图。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
具体实施方式
显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当称元件、组件被“连接”到另一元件、组件时，它可以直接连接到其他元件或者组件，或者也可以存在中间元件或者组件。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语 (包括技术术语和科学术语)具有与所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。
为便于对发明实施例的理解，下面将结合做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明的限定。
实施例1：如图1、图2、图3、图4及图5所示，一种电磁式边坡加载试验装置，由边坡模型箱1、水平夹紧装置2、电磁力加载装置3和外部壳体4组成，边坡模型箱1是由钢化玻璃板组成的箱式结构，长×宽×高＝1.2m×1.0m×1.0m。
外部壳体4的内腔放置电磁力加载装置3，电磁力加载装置3的内腔放置边坡模型箱1，边坡模型箱1的内腔放置水平夹紧装置2，边坡模型箱1包括钢化玻璃板1.1、内螺纹孔1.2、第一铰链1.3及第一固定螺栓 1.4，水平夹紧装置2包括夹紧板2.1、连接块2.2及水平夹紧螺栓2.3，
边坡模型箱1的底板1.7和左侧面板1.9及右侧面板1.6均为钢化玻璃板1.1；内螺纹孔1.2位于边坡模型箱前面板1.5的中部，水平夹紧螺栓2.3通过螺纹与内螺纹孔1.2连接，水平夹紧螺栓2.3穿过内螺纹孔 1.2，平夹紧螺栓2.3的螺纹端部与连接块2.2的内螺纹孔固定连接；夹紧板2.1连接在边坡模型箱1的内腔，连接块2.2位于前面板1.5与夹紧板2.1之间，夹紧板2.1与前面板1.5及后面板1.8平行，第一铰链1.3 固定在边坡模型箱的前面板1.5及右侧面板1.6的边沿上，边坡模型箱的右侧面板1.6通过第一铰链1.3、第二铰链1.31和前面板1.5连接起来；边坡模型箱的右侧面板1.6通过第一固定螺栓1.4和后面板1.8连接在一起，底板1.7和左侧面板1.9及后面板1.8固连在一起。
电磁力加载装置3包括空心铁架3.1及线圈3.2，空心铁架3.1为没有顶板和底板的正方形铁质箱体，空心铁架3.1套在边坡模型箱1的外面，位于边坡模型箱1和外部壳体4之间；线圈3.2绕在空心铁架3.1的外面，并用绝缘胶将线圈3.2固定在空心铁架3.1外面，线圈磁场是由线圈3.2 通电产生的，通过改变通入线圈直流电电流的大小，可改变线圈内产生的均匀磁场的大小，进而可改变对含铁散粒体的边坡模型加载电磁力的大小。
外部壳体4包括硬质塑料板4.1、第三铰链4.2及第二固定螺栓4.3，外部壳体底板4.4为钢化玻璃板，外部壳体后侧面板4.7、外部壳体左侧面板4.8及外部壳体右侧面板4.6均为硬质塑料板4.1，硬质塑料板4.1 在电磁力加载装置3的外面，是为了保护线圈3.2在试验过程中的安全；上下的2个第三铰链4.2固定在外部壳体前面板4.5上，外部壳体右侧面板4.6通过第三铰链4.2与外部壳体前面板4.5连接起来；外部壳体右侧面板4.6通过第二固定螺栓4.3和外部壳体前面板4.5连接，外部壳体后侧面板4.7、外部壳体左侧面板4.8及外部壳体右侧面板4.6固连在一起。
实施例2：如图1、图2、图3、图4及图5所示，一种电磁式边坡加载试验装置及加载方法，本实验装置主要用于边坡模型的加载试验，可以对含铁散粒体的边坡模型加载不同大小的电磁力，其主要由四部分组成：边坡模型箱1、水平夹紧装置2、电磁力加载装置3和外部壳体4。
边坡模型箱1包括钢化玻璃板1.1、内螺纹孔1.2、第一铰链1.3及第一固定螺栓1.4，
图2为边坡模型箱结构示意图，边坡模型箱是由钢化玻璃板组成的箱式结构，长×宽×高＝1.2m×1.0m×1.0m。底板和侧面板均为钢化玻璃板 1.1；内螺纹孔1.2位于边坡模型箱前面板的中部，水平夹紧螺栓2.1穿过内螺纹孔1.2；第一铰链1.3固定在边坡模型箱的前面板上，边坡模型箱的右侧面板通过第一铰链1.3和前面板连接起来；边坡模型箱的右侧面板通过第一固定螺栓1.4和后面板固定在一起，其它三个侧面板固连在一起。
水平夹紧装置2包括夹紧板2.1、连接块2.2及水平夹紧螺栓2.3，图3为水平夹紧装置结构示意图，其中，夹紧板2.1是个长方形的钢化玻璃板，平行于边坡模型箱的前面板放置，夹紧板2.1和连接块2.2固连在一起用来夹紧边坡模型；连接块2.2中间带有内螺纹孔，连接块2.2中的内螺纹孔的半径大小及圆心位置和边坡模型箱前面板中部的内螺纹孔 1.2相同，用来连接水平夹紧螺栓2.3，水平夹紧螺栓2.3可在连接块2.2 的内螺纹孔转动，但在连接块2.2的内螺纹孔内不会产生沿轴向方向的位移；水平夹紧螺栓2.3穿过内螺纹孔1.2，水平夹紧螺栓2.3用来提供水平方向的夹紧力。
电磁力加载装置3包括空心铁架3.1及线圈3.2，图4为电磁力加载装置结构示意图，空心铁架3.1没有顶板和底板的正方形铁质箱体，空心铁架3.1套在边坡模型箱的外面，位于边坡模型箱和外部壳体之间；线圈 3.2绕在空心铁架3.1的外面，并用绝缘胶将其固定在空心铁架3.1外面，线圈磁场是由线圈3.2通电产生的，通过改变通入线圈直流电电流的大小，可改变线圈内产生的均匀磁场的大小，进而可改变对含铁散粒体的边坡模型加载电磁力的大小。
外部壳体4包括硬质塑料板4.1、第三铰链4.2及第二固定螺栓4.3，图5为外部壳体结构示意图，底板为钢化玻璃板，侧面板均为硬质塑料板 4.1，硬质塑料板4.1在电磁力加载装置的外面，是为了保护线圈3.2在试验过程中的安全；2个第三铰链4.2分上下固定在外部壳体的前面板上，外部壳体的右侧面板通过2个第三铰链4.2和前面板连接起来；第二固定螺栓4.3外部壳体的右侧面板通过第二固定螺栓4.3和后面板固定在一起，其它三个侧面板固连在一起。
电磁式边坡加载试验装置整体工作过程：
在电磁式边坡加载试验时，首先把第一固定螺栓1.4和第二固定螺栓 4.3都打开，把含铁散粒体的边坡模型，放入边坡模型箱1内，然后通过第一固定螺栓1.4把边坡模型箱1的右侧面板和后面板固定在一起；接着调节水平夹紧装置2，通过调节水平夹紧螺栓2.3，将夹紧板2.1调节到合适的位置，夹紧含铁散粒体的边坡模型；然后将电磁力加载装置3套在边坡模型箱1的外面；接着通过第二固定螺栓4.3，把外部壳体4的右侧面板和后面板固定在一起；然后将线圈3.2内通入不同大小的直流电流，进行不同大小电磁力的加载，在边坡模型箱1上面，观察含铁散粒体的边坡模型在不同大小电磁力加载下的稳定性。最后，试验完成后，关闭电源，将电磁力加载装置3取出，再把第一固定螺栓1.4和第二固定螺栓4.3 都打开，将含铁散粒体的边坡模型取出来。
如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电磁式边坡加载试验装置，其特征在于外部壳体的内腔放置电磁力加载装置，电磁力加载装置的内腔放置边坡模型箱，边坡模型箱的内腔放置水平夹紧装置，
内螺纹孔位于边坡模型箱前面板的中部，水平夹紧螺栓通过螺纹与内螺纹孔连接，水平夹紧螺栓穿过内螺纹孔，平夹紧螺栓的螺纹端部与连接块的内螺纹孔固定连接；夹紧板连接在边坡模型箱的内腔，连接块位于前面板与夹紧板之间，边坡模型箱的右侧面板通过第一铰链、第二铰链和前面板连接起来；边坡模型箱的右侧面板通过第一固定螺栓和后面板连接在一起，底板和左侧面板及后面板固连在一起；
空心铁架为没有顶板和底板的正方形铁质箱体，空心铁架套在边坡模型箱的外面，位于边坡模型箱和外部壳体之间；线圈绕在空心铁架的外面，并用绝缘胶将线圈固定在空心铁架外面，
硬质塑料板在电磁力加载装置的外面；上下的2个第三铰链固定在外部壳体前面板上，外部壳体右侧面板通过第三铰链与外部壳体前面板连接起来；外部壳体右侧面板通过第二固定螺栓和外部壳体前面板连接，外部壳体后侧面板、外部壳体左侧面板及外部壳体右侧面板固连在一起。
2.根据权利要求1所述的一种电磁式边坡加载试验装置，其特征在于边坡模型箱的底板和左侧面板及右侧面板均为钢化玻璃板。
3.根据权利要求1所述的一种电磁式边坡加载试验装置，其特征在于夹紧板与前面板及后面板平行。
4.根据权利要求1所述的一种电磁式边坡加载试验装置，其特征在于第一铰链、第二铰链固定在边坡模型箱的前面板及右侧面板的边沿上。
5.根据权利要求1所述的一种电磁式边坡加载试验装置，其特征在于外部壳体底板为钢化玻璃板，外部壳体后侧面板、外部壳体左侧面板及外部壳体右侧面板均为硬质塑料板。
6.一种电磁式边坡加载试验方法,其特征在于采用均质线圏缠绕形成电磁铁，通过稳定的电流后在电磁铁导线周围形成均匀磁场，通入恒定电流，保持磁场强度确定不变；利用电磁力场与重力场的相似性，通过在边坡模型中掺入粉体磁性材料，使带磁性材料的边坡模型在电磁力场中受到电磁力，达到使用电磁力来模拟边坡自重或受到其他外部荷载的效果。
7.根据权利要求6所述的一种电磁式边坡加载试验方法，其特征在于含有以下步骤；
步骤1、在电磁式边坡加载试验时，首先把第一固定螺栓和第二固定螺栓都打开，把含铁散粒体的边坡模型，放入边坡模型箱内，然后通过第一固定螺栓把边坡模型箱的右侧面板和后面板固定在一起；
步骤2、调节水平夹紧装置，通过调节水平夹紧螺栓，将夹紧板调节到合适的位置，夹紧含铁散粒体的边坡模型；
步骤3、将电磁力加载装置套在边坡模型箱的外面；
步骤4、通过第二固定螺栓，把外部壳体的右侧面板和后面板固定在一起；
步骤5、将线圈内通入不同大小的直流电流，进行不同大小电磁力的加载；
步骤6、在边坡模型箱上面，观察含铁散粒体的边坡模型在不同大小电磁力加载下的稳定性；
步骤7、试验完成后，关闭电源，将电磁力加载装置取出，再把第一固定螺栓和第二固定螺栓都打开，将含铁散粒体的边坡模型取出来。
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