[發明專利]一種磁懸浮分體式巖石摩擦直剪試驗裝置及方法

在審

• 申請號: 202210058932.6
• 申請日: 2022-01-19
• 公開（公告）號: CN114563342A
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 鐘振;徐從強;李博;張豐收;伍法權;胡云進;丁建行;孟醒
• 申請（專利權）人: 紹興文理學院
• 主分類號: G01N19/00
• 分類號: G01N19/00;G01N19/02
• 代理公司: 浙江僑悅專利代理有限公司 33470
• 代理人: 林燕

1.一種磁懸浮分體式巖石摩擦直剪試驗裝置，其特征在于：包括試樣夾持器，所述試樣夾持器兩側設有滑動腔，所述試樣夾持器內設有試樣腔室，所述試樣腔室連接有第一壓力泵，所述試樣腔室內設有上試樣和下試樣，所述上試樣和下試樣外包裹有耐壓膠套，所述上試樣和下試樣的兩端均連接有磁性軸力推桿，所述磁性軸力推桿內置有線圈，所述線圈通過導線連接裝置連接有電磁控制器，上下相鄰的所述磁性軸力推桿通過線圈產生相互排斥的力以使得磁性軸力推桿之間懸浮分離，消除相互之間的摩擦力并平衡其在試樣腔室內所受到的法向圍壓，使磁性軸力推桿可以耐受高圍壓而不被壓彎，所述磁性軸力推桿滑動連接在滑動腔內且在端部設有驅動磁性軸力推桿左右移動的軸壓組件。

2.根據權利要求1所述的一種磁懸浮分體式巖石摩擦直剪試驗裝置，其特征在于：所述電磁控制器連接有電腦。

3.根據權利要求2所述的一種磁懸浮分體式巖石摩擦直剪試驗裝置，其特征在于：所述軸壓組件包括活塞腔，所述活塞腔連接有第二壓力泵，所述活塞腔內滑動設有活塞，所述活塞連接磁性軸力推桿的端部。

4.根據權利要求3所述的一種磁懸浮分體式巖石摩擦直剪試驗裝置，其特征在于：所述活塞上設有與電腦連接的位移傳感器。

5.根據權利要求1所述的一種磁懸浮分體式巖石摩擦直剪試驗裝置，其特征在于：所述滑動腔和活塞腔內均設有隔磁定位擋板。

6.根據權利要求1所述的一種磁懸浮分體式巖石摩擦直剪試驗裝置，其特征在于：所述試樣腔室內的上下兩側設置有隔水擋板，所述磁性軸力推桿抵在隔水擋板上。

7.根據權利要求2所述的一種磁懸浮分體式巖石摩擦直剪試驗裝置，其特征在于：所述活塞外端設有隔磁涂料。

8.一種磁懸浮分體式巖石摩擦直剪試驗方法，其特征在于：包括如下步驟，

(1)將上試樣和下試樣疊合形成一個試樣；

(2)用耐壓膠套包裹試樣，并將試樣裝入試樣夾持器內的試樣腔室；

(3)打開電磁控制器，內置線圈通電，使得磁性軸力推桿產生相互排斥的電磁力，電磁斥力的大小可用進行計算，式中：μ₀為真空磁導率，且μ₀＝4π×10^-7N，S₀為空氣隙面積，N為內置線圈的匝數，I為電流大小，L為氣隙長度，其中空氣隙面積S₀、內置線圈匝數N、氣隙長度L都為固定值不變，電流I大小可由電磁控制器控制改變，使得磁性軸力推桿產生相互排斥的電磁力，磁性軸力推桿之間產生懸浮不直接接觸，消除試驗裝置自身的摩擦阻力，并使得磁性軸力推桿之間所產生的電磁斥力平衡其在圍壓腔室內所受到的法向圍壓，保證磁性軸力推桿不被高圍壓壓彎；

(4)通過第一壓力泵往圍壓腔室內注水，為試樣提供圍壓，以模擬實際地層的地應力環境；

(5)通過第二壓力泵、往活塞腔內注水，施加軸向壓力，分別推動活塞左右運動，從而驅動磁性軸力推桿沿軸向運動，進而推動上試樣、下試樣沿軸向相互錯動，并通過位移傳感器監測軸向位移；

(6)通過數據采集控制系統控制圍壓、軸壓和電磁力的大小，并記錄軸向位移等數據，進而分析巖石結構面的失穩過程及規律；

(7)試驗結果計算及分析，軟弱面的失穩阻力系數μ測定方法為：在試驗前，測定上試樣、下試樣的橫截面面積為A1，上試樣和下試樣的名義接觸面積為A2，在試驗過程中，記錄第一壓力泵注水壓強P1，第二壓力泵注水壓強P2，因此，上試樣和下試樣所受到的軸向推力F1＝P2×A1，上試樣、下試樣交界面所受到的法向壓強為P1，相應的法向壓力F2＝P1×A2，則失穩阻力系數μ＝F1/F2＝(P2×A1)/(P1×A2)。