CN111307573A - 一种基于磁悬浮技术研究应力波在一维岩石杆中传播特性的试验装置 - Google Patents

一种基于磁悬浮技术研究应力波在一维岩石杆中传播特性的试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于磁悬浮技术研究应力波在一维岩石杆中传播特性的试验装置，属于岩体力学试验技术领域。该试验装置包括发射系统、磁悬浮系统和测量系统三个部分。一维岩杆放置在磁悬浮系统中，使一维岩杆处于无摩擦状态，发射系统用于向一维岩杆发送冲击波；测量系统粘附于一维岩杆表面，用于测量冲击波的传播。本发明基于磁悬浮技术目的是实现波传播的过程中一维岩杆处于无摩擦的状态，从而提高测量一维波传播的精度。试验装置原理简单、容易操作，相对现有的一维应力波传播的室内试验装置，试验装置在不增加操作难度的情况下解决了一维岩杆与接触面存在摩擦的问题。

Description

一种基于磁悬浮技术研究应力波在一维岩石杆中传播特性的 试验装置
技术领域
本发明涉及一种基于磁悬浮技术研究应力波在一维岩石杆中传播特性的试验装置及方法，属于岩体力学试验技术领域。
背景技术
随着我国经济建设的持续快速发展，一大批岩土工程正在或者即将开展，在这一过程中不可避免的会遇到对岩体的冲击和爆破，几乎都存在应力波作用下岩体的失稳、破坏等情况。研究应力波在岩体中的传播规律对国防建设和国民经济建设具有重要的意义。
现阶段理论研究表明：应力波在岩体中传播会有应力波振幅衰减及波速降低等现象，然而在进行常规的一维应力波传播室内试验的时候，普遍存在一维岩杆与接触面产生摩擦的现象，并且一维岩杆与接触面存在的摩擦无法消除，从而对试验结果产生很大的影响，关于一维岩杆与接触面在无摩擦状态下应力波的传播特性主要基于理论和数值研究，试验研究较少。
发明内容
为了测量一维岩杆在无摩擦状态下应力波的传播特性，本发明基于磁悬浮技术提供了一种使一维岩杆在无任何支撑以及无任何悬挂的情况下处于一种悬空漂浮的状态的试验装置，其目的是实现波传播的过程中一维岩杆处于无摩擦的状态，从而提高测量一维波传播的精度。本试验装置原理简单、容易操作，相对现有的一维应力波传播的室内试验装置，本试验装置在不增加操作难度的情况下解决了一维岩杆与接触面存在摩擦的问题。
本发明采用的技术方案是：一种基于磁悬浮技术研究应力波在一维岩石杆中传播特性的试验装置，该试验装置包括发射系统、磁悬浮系统和测量系统三个部分。一维岩杆放置在磁悬浮系统中，使一维岩杆处于无摩擦状态，发射系统用于向一维岩杆发送冲击波；测量系统粘附于一维岩杆表面，用于测量冲击波的传播。
进一步地，一维岩杆为圆柱形石杆。
进一步地，发射系统包括发射装置底座、可调节支座、发射腔室和子弹。发射装置底座上设置可调节的支座，用于调整子弹的发射位置，发射腔室置于可调节支座上，子弹置于发射腔室内，子弹表面与发射腔室内表面相接触并涂有润滑剂。
进一步地，磁悬浮系统包括四块方形磁铁、两块环形磁铁和磁悬浮系统底座，将四块方形磁铁分别放置在磁悬浮系统底座下部的四个角处，环形磁铁的内部有橡胶圈，并且其内部直径稍大于一维岩杆的直径，使环形磁铁能够套在一维岩杆上并且不容易脱落，将两块环形磁铁分别放置在一维岩杆的前段和尾部，利用“同性相斥，异性相吸”的原理，其中四块磁铁磁极往上，形成一个小型磁场，一维岩杆穿过两块环形磁铁形成小磁铁，磁场具有抗拒因重力而下降的能力，把一维岩杆放到磁悬浮系统底座上部合适的位置，小型磁场就可以使一维岩杆悬浮起来。
进一步地，测量系统为应变片测量系统，应变片贴在一维岩杆试样中间位置的外表面，测量一维岩杆的局部位移。
本发明的有益效果是：发射系统操作简单，可以调节子弹发射的位置，以便于一维岩杆和子弹的中心线处于一条水平线上；利用磁悬浮技术使一维岩杆悬空，避免了一维岩杆和接触面之间摩擦力的存在对试验结果的影响
附图说明
图1为用于研究基于磁悬浮技术研究应力波在一维岩杆中传播特性的试验装置图。
图2为磁悬浮装置图。
图3为发射装置图。
图4为效果图。
图中：1发射装置底座；2可调节支座；3发射腔室；4子弹；5磁悬浮系统底座；6岩石试样；7方形磁铁；8环形磁铁；9应变片。
具体实施方式
如图1所示，本发明采用的技术方案为一种用于研究应力波在无摩擦一维岩杆中传播特性的试验装置，该装置采用磁悬浮原理使一维岩杆处于一种悬空漂浮的状态，来测量无摩擦状态下一维岩杆中应力波的传播。
该装置主要包括发射系统3，磁悬浮系统、测量系统。发射系统用于发射子弹4，为一维岩杆6提供一个初始荷载。磁悬浮系统主要用于放置一维岩杆并使一维岩杆6在磁悬浮系统底座5上处于悬空漂浮状态。测量装置用于测量加载后一维岩杆6中部的应变。一维岩杆6为圆柱形石杆。
发射系统包括本发明的发射系统包括发射装置底座1，可调节支座2，发射腔室3和子弹4。子弹4位于发射腔室3中，发射腔室3与发射装置底座1用可调节支座2连接，可调节支座2可以调节发射腔室3是位置以便于发射子弹时对准一维岩杆6。
磁悬浮系统包括四块方形磁铁7、两块环形磁铁8和磁悬浮系统底座5。磁悬浮系统底座5内部的四个角处适当的位置各放置一块方形磁铁7，形成一个小型的磁场。将环形磁铁8套在一维岩杆6的两端，然后将一维岩杆6放到磁悬浮系统底座5适当的位置，利用“同性相斥，异性相吸”的原理使得一维岩杆6在磁悬浮系统底座5上处于悬空漂浮的状态，从而实现一维岩杆6处于一种完全无摩擦的状态。
测量系统为应变片测量系统。将应变片9贴在一维岩杆6的外表面，且位于一维岩杆中间的位置，在一维岩杆6受到冲击后可以测得局部的应变。
试验时，选取加工比较致密的一维岩杆6，将应变片9贴在一维岩杆的中间位置，并将两个环形磁铁8套在一维岩杆两端。然后将一维岩杆缓慢的放在磁悬浮系统底座5适当的位置，是其处于悬空漂浮状态并稳定。然后调整可调节支座2，使得子弹4准确的对准一维岩杆，打开发射系统的开关，发射子弹4，保存应变片测得的试验数据。

Claims (5)

1.一种基于磁悬浮技术研究应力波在一维岩石杆中传播特性的试验装置，其特征在于：该试验装置包括发射系统、磁悬浮系统和测量系统三个部分；一维岩杆放置在磁悬浮系统中，使一维岩杆处于无摩擦状态，发射系统用于向一维岩杆发送冲击波；测量系统粘附于一维岩杆表面，用于测量冲击波的传播。
2.根据权利要求1所述的一种基于磁悬浮技术研究应力波在一维岩石杆中传播特性的试验装置，其特征在于：一维岩杆为圆柱形石杆。
3.根据权利要求1所述的一种基于磁悬浮技术研究应力波在一维岩石杆中传播特性的试验装置，其特征在于：发射系统包括发射装置底座、可调节支座、发射腔室和子弹；发射装置底座上设置可调节的支座，用于调整子弹的发射位置，发射腔室置于可调节支座上，子弹置于发射腔室内，子弹表面与发射腔室内表面相接触并涂有润滑剂。
4.根据权利要求1所述的一种基于磁悬浮技术研究应力波在一维岩石杆中传播特性的试验装置，其特征在于：磁悬浮系统包括四块方形磁铁、两块环形磁铁和磁悬浮系统底座，将四块方形磁铁分别放置在磁悬浮系统底座下部的四个角处，环形磁铁的内部有橡胶圈，并且其内部直径稍大于一维岩杆的直径，使环形磁铁能够套在一维岩杆上并且不容易脱落，将两块环形磁铁分别放置在一维岩杆的前段和尾部，四块磁铁磁极往上，形成一个小型磁场，一维岩杆穿过两块环形磁铁形成小磁铁，磁场具有抗拒因重力而下降的能力，把一维岩杆放到磁悬浮系统底座上部合适的位置，小型磁场就使一维岩杆悬浮起来。
5.根据权利要求1所述的一种基于磁悬浮技术研究应力波在一维岩石杆中传播特性的试验装置，其特征在于：测量系统为应变片测量系统，应变片贴在一维岩杆试样中间位置的外表面，测量一维岩杆的局部位移。
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