一种非接触式多功能加载装置的制作方法

本发明涉及岩土工程领域，尤其是一种可用于在复杂环境下对岩样实施循环荷载的非接触式加载装置。

背景技术：

为了研究自然条件下岩体的物理力学性质，常需要对岩体所处的自然环境进行模拟，现场原位试验虽能较好的还原其所处的环境，但在实施过程中难度较大，一些因素无法控制，因此需要在实验室内对岩体所处的环境进行模拟。工程实践表明，在岩体施工和建筑运营过程中，岩体通常处于反复加卸载的动态变化过程，如边坡和隧洞工程的开挖施工，公路和铁路的基础，以及库岸边坡岩体在库水周期循环的过程。岩体的变形、力学特性与岩体的受力状态密切相关。因此，岩体在周期性荷载作用下一直是国内外学者中点研究对象。

目前的实验室内一些岩体加载设备，多采用千斤顶、弹簧等接触式装置，在实际情况中由于压力保持、金属疲劳、复杂环境下金属锈蚀以及加载装置与岩样接触面的影响这些因素难以控制，对试验影响较大。因此，需对原有的加载方式进行改进。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种非接触多功能加载装置，实现复杂环境条件下岩样多种荷载的施加，如单轴压缩、单轴循环加卸载等。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种非接触多功能加载装置，包括骨架，在所述骨架上端设有加载装置，所述加载装置加载端设在电磁加载部件，在所述骨架下端设有岩样装载部件，岩样设置在岩样装载部件内，电磁加载部件对岩样装载部件内的岩样进行非接触加载；

所述电磁加载部件包括套设在加载端的励磁线圈及与所述励磁线圈连接频率放大器的接线柱；

所述岩样装载部件包括承压台及设在所述承压台上的密闭箱，岩样放置在密闭箱底板的放置台上，永久磁铁块居中放置在岩样上表面；

电磁感应器设置在加载装置加载端上。

进一步讲，所述加载装置包括一级活塞、二级活塞、三级活塞，所述一级活塞连接在骨架上端，二级活塞与一级活塞动力输出端连接，三级活塞与二级活塞动力输出端连接；

所述励磁线圈套设在三级活塞上。

进一步讲，所述永久磁铁块上表面为N级。

进一步讲，所述承压台和密闭箱底部成中部凸起状，密闭箱底板的放置台与承压台配套设置。

进一步讲，所述频率放大器一端通过电线与励磁线圈相连，另一端通过USB接线与电脑相连。

进一步讲，所述加载装置与承压台的中心线在同一轴线上。

进一步讲，所述密闭箱内壁设有换热管，换热管通过加电控泵与热源箱连接。

本发明提供的非接触式多功能加载装置，采用电磁加载的方式，给岩样施加应力，通过频率放大器控制励磁线圈中电流的大小以及频率来控制磁力的大小，从而对岩样施加不同的应力。加卸载过程简便快捷，并且可以通过控制电流频率的大小来实现不同频率的加卸载过程。装置结构简单，加载方式变成非接触式，整个操作可通过外部计算机控制。同时本发明还适用于不同环境下岩样的加卸载过程，如后文所述。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的正视图。

图2为本发明左侧视图。

图3为本发明承压台示意图。

图4为本发明承压台俯视图。

图5为本发明密闭箱示意图。

图6为本发明密闭箱俯视图。

图7为本发明密闭箱盖板示意图。

图8复杂条件下岩样加载示意图。

图中：骨架1，一级活塞2，二级活塞3，三级活塞4，励磁线圈5，永久磁铁块6，岩样7，承压台8，电磁传感器9，窗口22，承压台圆形刻槽23，承压台方形刻槽24，密闭箱25，岩样放置台26，密闭箱侧壁27，进水口28，盖板29，盖板螺孔30，侧壁螺孔31，放置台方形刻槽32，放置台圆形刻槽33，浸泡溶液34，出水口35。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明如图1、2、8所示，以浸泡溶液下压缩试验为例，试验时先将密闭箱25放置在承压台8上，将岩样7居中放置在放置台26上，然后将永久磁铁快6居中放置在岩样7上，关闭进水口28和出水口35，往密闭箱25内缓慢注入浸泡溶液34，盖上密闭箱盖板29，接通励磁线圈5与功率放大器的接线柱，功率放大器的USB接线与电脑相连，依次打开电脑、功率放大器开关和加载装置开关，按下功率放大器的复位按钮，然后再按下调频按钮，在电脑程序上设置所需加载力的大小，加卸载频率大小，以及循环周期，在参数设置后，启动程序，励磁线圈5将产生与永久磁铁块6相同的磁极，从而向下推动永久磁铁块6压缩岩样7，并通过三级活塞4上的电磁感应器9将磁力传送至电脑。当需要循环溶液时，可从进水口28注入浸泡溶液，从出水口35流出，从而实现浸泡溶液的循环。同时本装置还可实现气体环境下岩样的压缩试验，在通入气体时将密闭容器25的盖板29用螺丝拧紧，并在盖板周围打上密封胶，从进水口28通入所需气。本发明利用电磁非接触的方式对岩样进行加载，其加载过程可以通过对电磁力进行精确控制，还可以在极短的时间内变换电磁力的大小，从而实现变频力的施加，不仅可以连续增加力的施加，也可以连续减少力的施加，也可以变换施加力，一会儿加大、一会儿减少，而传统的机械是没有办法在极短的时间内完成施加力的变化，采用上述设备可以更精确的模拟大自然状况下，自然风等动载对岩样表面加载形成的影响。

加载装置包括一级活塞2、二级活塞3、三级活塞4，一级活塞2连接在骨架1上端，二级活塞3与一级活塞2动力输出端连接，三级活塞4与二级活塞3与一级活塞2动力输出端连接；励磁线圈5套设在三级活塞4上，二级活塞3可在一级活塞2中自由伸缩，三级活塞4固定连接在二级活塞3上且不可伸缩，可以通过调整二级活塞3来保证永久磁铁块6与三级活塞4不产生磁力作用，骨架1和各级活塞均采用不锈钢材料制成。

三级活塞4相当于铁芯的作用有助于增大磁力，也可以避免励磁线圈4直接受力而被压坏。

励磁线圈5套设在三级活塞4上，通电状态下默认磁极为N级与永久磁铁块6磁极相同。

承压台8（如图3所示）和密闭箱25底部成中部凸起状，密闭箱25底板的放置台26与承压台8配套设置，在承压台8上刻有边长为100mm的正方形刻槽24和直径为50mm的圆形刻槽23便于岩样7居中放置如图4所示。

所述密闭箱25，采用耐腐蚀性材料制成，在密闭箱两壁27有与盖板螺孔30相匹配的螺孔31，密闭箱底板放置台26上刻有与承压台相同的方形刻槽32和圆形刻槽33，如图5、6、7所示。

所述密闭箱25可从承压台8上取下，此时装置可用来做岩样常规条件下的压缩试验，如图1所示。