[发明专利]一种采用电磁铁与磁粉的作用力模拟岩石受力情况的装置

权利要求书

1.一种采用电磁铁与磁粉的作用力模拟岩石受力情况的装置，其特征其在于：它包括支撑台（4），所述支撑台（4）上支撑放置有模拟岩石试样（5），所述模拟岩石试样（5）内部混入有磁粉材料，所述模拟岩石试样（5）的内部布置有多个电磁铁组（1），在模拟岩石试样（5）的外表面或者内部设置有多个电磁铁板（8），所述电磁铁板（8）和电磁铁组（1）都通过导线（6）与控制台（3）相连；所述模拟岩石试样（5）的内部布置有应力片（10），所述应力片（10）通过信号线与控制台（3）相连；所述支撑台（4）内部安装有磁场监控装置；所述模拟岩石试样（5）与声波探测器（9）相连；

每两个所述电磁铁板（8），在磁极相同的情况下两磁板相互排斥，该排斥力作用于模拟岩石试样（5）可视为作用于模拟岩石试样（5）整体和电磁铁板（8）所在面的拉力；在磁极相反的情况下两磁板相互吸引，该情况下磁力作用于模拟岩石试样（5）可视为作用于模拟岩石试样（5）上电磁铁板（8）所在面的压力；

所述电磁铁板（8）的电流强度和方向，由控制台（3）控制并可瞬间内完成，增强→中断→改变电流方向，这一过程，可模拟爆破工程中的岩石受到空气挤压、压力瞬间卸除，瞬间完成加载至卸载的破坏模式；

所述磁场监控装置用于监测模拟岩石试样（5）内部的磁场分布情况，并将数据传输给控制台（3），由控制台（3）的计算机处理数据，并由控制台（3）将磁场分布情况通过磁感线表示，并由图像呈现在显示器上；

所述声波探测器（9）能够发射声波和接收反射声波，并将反射声波处理为声波信号，探测对象为模拟岩石试样（5），在实验过程中不断向模拟岩石试样（5）发射声波，声波在接触到模拟岩石试样（5）内部不同位置时，反射声波会根据模拟岩石试样（5）内部破坏情况产生改变，从而定位破坏位置，探测出实验过程中模拟岩石试样（5）各层、各区块的破坏情况，将反射声波接收并转为探测信号传输给控制台（3），由计算机处理信号，将结果由图像呈现，实时观察到模拟岩石试样（5）内部的破坏点、最先破坏位置的破坏情况；

所述声波探测器（9）在实验之前探测岩石试样的内部构造与密度，为制作模拟岩石试样（5）提供依据；在模拟岩石试样（5）制作完成后探测模拟岩石试样（5）的内部构造与密度，与原岩石试样进行比对，提高模拟岩石试样（5）的还原度，降低实验误差。

2.根据权利要求1所述的一种采用电磁铁与磁粉的作用力模拟岩石受力情况的装置，其特征在于：所述磁粉材料采用具有磁性的材料制成，并制作成小颗粒；其颗粒大小和颗粒外形结构根据模拟的岩石调整，进而改变磁力大小和方向，模拟岩石在不同层面、不同区块所受到的不同应力。

3.根据权利要求1或2所述的一种采用电磁铁与磁粉的作用力模拟岩石受力情况的装置，其特征在于：所述磁粉材料搅拌在混凝土中，制成模拟岩石试样（5），所述模拟岩石试样（5）中各层、各区块的磁粉密度、磁粉种类可在制作过程中调节，模拟岩石各层、各区块的不同物理力学性质。

4.根据权利要求1所述的一种采用电磁铁与磁粉的作用力模拟岩石受力情况的装置，其特征在于：所述控制台（3）内部安装有计算机，所述电磁铁板（8）和电磁铁组（1）通过电源进行供电，并通过计算机精确调控电流大小及改变电流方向，所述计算机与显示器相连，所述控制台（3）上设置有用于屏蔽电磁干扰的电磁屏蔽罩，所述计算机安装有电磁铁虚拟仿真软件Ansoft Maxwell。

5.根据权利要求1所述的一种采用电磁铁与磁粉的作用力模拟岩石受力情况的装置，其特征在于：所述支撑台（4）采用非磁性材料制成，不与电磁铁组（1）、磁粉材料和电磁铁板（8）之间产生磁力作用，所述支撑台（4）的支撑腿可以伸缩，调整高度；当桌面高度高于模拟岩石试样（5）高度时，在桌面放置电磁铁板（8），通过磁力使模拟岩石试样（5）悬浮；其临空状态可模拟原岩石在临空状态下的应力状态。

6.根据权利要求1所述的一种采用电磁铁与磁粉的作用力模拟岩石受力情况的装置，其特征在于：所述应力片（10）在实验过程中反映其所在位置的应力大小，通过与控制台（3）的电磁铁虚拟仿真软件Ansoft Maxwell计算结果比对后可微调所施加的应力，使施加在模拟岩石试样（5）上的磁力更加精确；

所述模拟岩石试样（5）采用模具（12）制作而成，所述模具（12）由不具磁性的钢材制成上部开口、四周和底部密封的模具，在模具（12）内部需要涂油；

所述模拟岩石试样（5）由下至上分层、分区块浇筑填充磁粉材料的混凝土，模拟岩石试样（5）中的层面和区块用塑料挡板控制，并在混凝土即将凝固前取出，使模拟岩石试样（5）形成一个整体；

所述模拟岩石试样（5）制作材料用填充磁粉材料的混凝土，也可在其中掺入适量的原岩材质。