一种运用磁场分布的模拟地基沉降的试验模型及方法与流程

本发明涉及一种模拟地基沉降的试验模型及方法，更具体的说，尤其涉及一种利用磁场使铁屑产生不均匀分布从而模拟地基沉降的试验模型及方法。

背景技术：

受外部载荷作用、温度、水等多重因素影响，地面建构筑物极易出现地基沉降的病害，地基沉降的机理与防治可通过理论计算、数值仿真、模型试验、现场测试等方法进行研究。其中，模型试验是按比例缩尺复原工程结构，可实现模拟对象变形的可监测、多条件控制、可重复，是研究工程结构受力变形的有效手段，通过对地基模型及上部工程结构的受力变形测试，可用于估算分析真实工程结构的各项性能指标。模型箱是缩尺模型试验常用设备，当前的模型箱均采用分别利用多点不同沉降来模拟整体沉降，但是无法模拟出完整的受力曲面，无法实现对不均匀沉降的模拟。理论计算与数值分析可以一定程度上反映地基受力变形变化规律，但与实际误差较大，精确度有待提高，实际测试虽然可以最直观反映沉降问题，但成本较高且难以进行多影响因素控制下的重复试验，模型试验相比较下具有一定的优点，因此开发可实现模拟地基沉降的试验模型具有一定的工程价值。

技术实现要素：

为了克服上述缺点，提出了一种运用磁场分布的模拟地基沉降的试验模型及方法。

本发明的运用磁场分布的模拟地基沉降的试验模型，包括一个上端开口的模型箱，模型箱的内部设置一个将上下分隔的隔板，隔板上部为设置地基层的空腔，地基层上方用于放置待进行试验的建构筑模型。其特别之处在于：所述模型箱底部固定有支撑架组，每个支撑架上固定有一个通电磁线圈组成通电磁线圈组：电磁线圈组与一个可以控制各个磁线圈开关及功率的控制系统相连。所述通电磁线圈的上方设置有一层隔板，隔板上方放置一层铁屑。所述铁屑层上方为地基层。

本发明的运用磁场分布的模拟地基沉降的试验模型的试验方法，其特别之处在于，通过以下步骤来实现：a).构建模型箱，根据试验要求和目的，构建相应尺寸能容纳相应测试模型的模型箱；b).布置通电磁线圈，根据要模拟的实际沉降情况，首先在模型箱底部设置合适数量和分布的通电磁线圈；c).在通电磁线圈上方放置能承受上部压力的隔板；d).在隔板上方放置一层一定厚度的铁屑，通电磁线圈产生的磁场会让铁屑在各处产生不同的厚度，从而模拟地基的沉降。e).在铁屑层上方填上地基层，该层埋设与实际工程的地基相适应的土质。f).将相应的工程模型置于地基层上方，在模型下埋设一定数量的应力及位移传感器。g).通过控制底部的不同位置的通电磁线圈的开关及通电功率，形成不同的磁场，控制隔板上方的铁屑层形成不均匀的厚度分布，从而模拟不同的沉降情况。h).数据获取，通过应力及位移传感器得到用于分析的数据。

本发明的有益效果是：本发明的模拟地基沉降的实验模型及方法，模型箱底部放置于通电磁线圈组，通过控制不同位置的通电磁线圈开关与通电功率，可以产生不同的磁场分布，进而通过对上方铁屑的吸引，形成不均匀分布的铁屑层，进而使上方的地基层产生相应的沉降分布，因此可以进行不同地基沉降规律的模拟。相对于已经有的地基模拟模型来说，具有模拟的地基沉降更加连续平滑，不会产生突变，模拟出完整的沉降曲面的特点。

附图说明

图1为本发明的运用磁场分布的模拟地基沉降的试验模型的结构示意图；

图2为本发明的模拟地基沉降的试验模型应用原理图；

图中：1-模型箱，2-隔板，3-通电磁线圈，4-控制系统，5-铁屑层，6-地基层。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，给出了本发明的运用磁场分布的模拟地基沉降的试验模型的结构示意图，其由模型箱1、隔板2、通电磁线圈3、控制系统4组成，所示模型箱的上部为空腔，空腔下方为水平放置与模型箱相连的隔板2，隔板下方设置有通电磁线圈组3，通电磁线圈组与外面的控制系统4相连。

如图2所示，给出了本发明的模拟地基沉降的试验模型应用原理图，该方法包括以下步骤：a).构建模型箱，根据试验要求和目的，构建相应尺寸能容纳相应测试模型的模型箱；b).布置通电磁线圈，根据要模拟的实际沉降情况，首先在模型箱底部设置合适数量和分布的通电磁线圈；c).在通电磁线圈上方放置能承受上部压力的隔板；d).在隔板上方放置一层一定厚度的铁屑，通电磁线圈产生的磁场会让铁屑在各处产生不同的厚度，从而模拟地基的沉降。e).在铁屑层上方填上地基层，该层埋设与实际工程的地基相适应的土质。f).将相应的工程模型置于地基层上方，在模型下埋设一定数量的应力及位移传感器。g).通过控制底部的不同位置的通电磁线圈的开关及通电功率，形成不同的磁场，控制隔板上方的铁屑层形成不均匀的厚度分布，从而模拟不同的沉降情况。h).数据获取，通过应力及位移传感器得到用于分析的数据。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种运用磁场分布的模拟地基沉降的试验模型及方法，包括一个模型箱，一块隔板，一个通电磁线圈组，一个通电控制系统，一个铁屑层，一个地基层，特征在于：模型箱空腔底部设置有隔板，隔板上方铺设一层铁屑，隔板下方设置有可控制开关和功率大小的若干磁线圈。本发明的试验模型及方法，若干磁线圈的开关和功率大小可以驱使相应上方的铁屑形成不同的分布，铁屑层上方的地基层会趋同于铁屑层的分布，实现地基沉降的模拟。本发明可以实现对地基沉降规律的模拟，具有结构简单，模拟效果好，成本低，可重复实验性强的优点。

技术研发人员：孔令圳;陈文鑫;罗佳;张亚诏
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：2019.03.28
技术公布日：2019.06.04