CN212693644U - 一种用于库区岸坡消落带劣化模拟的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及地质灾害防治领域，尤其涉及一种用于库区岸坡消落带劣化模拟的装置。包括实验箱和设置于实验箱内部用于盛装样品的夹持器，所述实验箱的内部从外到内顺次设有保护外壳，绝缘屏蔽外壳、高均匀度永磁体、无磁铝底板、射频线圈、玻璃钢化管和设置在实验箱中部的用于盛装岩石样品的夹持器，所述射频线圈缠绕在玻璃钢化管上，所述夹持器位于实验箱的中部，且夹持器包括无磁玻璃钢外壳、无磁玻璃钢内壳和夹持器螺纹盖，所述光纤在无磁玻璃钢内壳的外壁上均匀设有4组。本技术方案用以解决传统的岩石劣化实验箱不能对岩石内部的参数变化进行采集，达不到对岩石劣化过程实时监控的目的，以及得出的实验结果不够准确的问题。

Description

一种用于库区岸坡消落带劣化模拟的装置

技术领域

本实用新型涉及地质灾害防治领域，尤其涉及一种用于库区岸坡消落带劣化模拟的装置。

背景技术

室内相似模型实验是岩土滑坡工程问题常用的研究方法，因实验对象的主要参数可根据研究需要灵活设置、突出所研究问题的主导因素、尺寸比原型缩小而节省人力与物力等诸多优点，一直是滑坡工程研究中具有举足轻重作用的方法。

中国实用新型专利CN201720692324.5公开了《一种岩石劣化模型试验装置》，主要包括盛样装置、模型箱支架、盛样板、固定板、和活动板。在此公开文件中，盛样装置可以为试样提供侧向压力，加载装置为试验提供合适的不同的恒定荷载，加热板等部件为试样提供需要的恒定温度，并结合结构内部设置的孔洞，可用于分析岩石试样在水-温度-力多因素耦合条件下的劣化和破坏规律，也可通过控制进水过程模拟持续供水和干湿循环两种条件下岩石劣化试验过程。

但是在上述公开的专利文件中，只能改变影响岩石劣化的温度和压力参数，模拟岩石处于仿生态环境中的劣化过程，但不能对岩石内部的参数变化进行采集，不能对岩石劣化过程进行实时监控，导致得出的实验结果不够准确。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提出一种用于库区岸坡消落带劣化模拟的装置，用以解决传统的岩石劣化实验箱不能对岩石内部的参数变化进行采集，不能对岩石劣化过程实时监控，导致得出的实验结果不够准确的问题。

为了达到上述目的，本实用新型提出一种用于库区岸坡消落带劣化模拟的装置，包括实验箱和设置于实验箱内部用于盛装样品的夹持器，所述实验箱的内部从外到内顺次设有保护外壳，绝缘屏蔽外壳、高均匀度永磁体、无磁铝底板、射频线圈、玻璃钢化管和设置在实验箱中部的用于盛装岩石样品的夹持器，所述射频线圈缠绕在玻璃钢化管上；

所述夹持器位于实验箱的中部，且夹持器包括无磁玻璃钢外壳、无磁玻璃钢内壳和夹持器螺纹盖，所述无磁玻璃钢外壳和无磁玻璃钢内壳之间设有光纤，所述光纤在无磁玻璃钢内壳的外壁上均匀设有4组，且每一组上均设有沿着无磁玻璃钢轴向均匀分布的6个光纤声波检波器，所述无磁玻璃钢内壳顶部和底部的外壁上设有凹槽，所述凹槽内设有均采用斜对称安装的温湿度传感器和压力传感器，所述温湿度传感器和压力传感器采用碳纤维传输线串接。

进一步，所述绝缘屏蔽外壳由厚度为2mm的无磁铝板材料构成，且绝缘屏蔽外壳呈密封状态，其有益之处在于，密封状态的绝缘屏蔽外壳屏蔽永磁铁漏磁。

进一步，所述所述射频线圈与无磁铝底板之间设有进行隔离的铜螺杆，所述铜螺杆将二者隔离的间隙为15mm，将二者隔离的原因是，避免电流振荡，使核磁共振信号处理器接收到的信号更加的稳定。

进一步，所述高均匀度永磁体由N38SH钕铁硼材料组合构成，其数量为16块，且各个高均匀度永磁铁的平面极化方向相同，因为按照双极磁力线原理将永磁体块沿着圆周方向排列，这样在整个磁体***内部即可产生均匀的磁场。

进一步，所述无磁铝底板为中空的环形结构，且在其两端对称布置有16个螺钉孔，所述螺钉孔内均设有铜螺钉，所述高均匀度永磁体设置在相邻的两个铜螺钉之间，所述铜螺钉包括双头螺杆，所述双头螺杆的两端均设有螺母，利用双头螺杆两端螺母的旋紧和旋松，可以调节位于相邻两个螺钉之间高均匀度永磁体的角度，并加以固定。

进一步，所述夹持器螺纹盖的截面形状为T形，且在其底部设有和无磁玻璃钢内壳内侧壁内螺纹相匹配的外螺纹，所述夹持器螺纹盖上还设有光源接头、光信号出口接头、空气增压加热连接头、液氮连接头、液体连接头和泄流管连接头，所述碳纤维传输线和光纤与信号传输接头电连接，设置相应的接头，便于外界设备改变夹持器内部温度、压力等参数，且还可以对内部温度、压力等参数，以及岩石样品内部的相关参数变化，进行收集。

本实用新型的工作原理为：通过外接装置改变夹持器内部的温度和压力等参数，模拟岩石样品在自然界的生态环境使其劣化，从而使岩石样品内部结构发生细微变化，实验箱内的射频线圈产生拉莫尔频率为12MHz的射频磁场，激发岩石样品中的质子发生能级跃迁，再通过外接的核磁共振信号处理器接收核磁共振信号，可检测出岩体的孔隙度、含水饱和度、渗透率等参数，实验箱内的24个光纤声波传感器，采集到的岩石破裂的声信号传输给外部电性连接的上位机，由上位机的软件反演计算样品破裂的空间位置、破裂时间、破裂能量等。

本实用新型的有益之处在于：在外部上位机和信号处理装置的辅助作用下，本实验箱能够在岩石劣化的过程中，对岩石力学性质变化实现实时监控和重要参数采集。

附图说明

图1为本实用新型实施例的实验箱内部结构示意图。

图2为本实用新型实施例的实验箱的侧视图示意图。

图3为本实用新型实施例的夹持器结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：实验箱1、保护外壳11、绝缘屏蔽外壳12、高均匀度永磁体13、无磁铝底板14、铜螺杆15、铜螺钉152、射频线圈16、钢化玻璃管17、夹持器2、无磁玻璃钢外壳21和无磁玻璃钢内壳22、光纤23、光纤声波检波器24、温湿度传感器25、压力传感器26、纤维线传输线27、岩石样品28、夹持器螺纹盖29、光源接头291、光信号出口接头292、信号传输接头293、空气增压加热连接头294、液氮连接头295、液体连接头296、泄流管连接头297。

需要提前说明的是，在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

具体实施过程如下：

如图1和图2所示，实验箱1由保护外壳11、绝缘屏蔽外壳12、高均匀度永磁体13、无磁铝底板14、铜螺杆15和铜螺钉152、射频线圈16、钢化玻璃管17构成。实验箱1为280×280×480mm³的长方体，与核磁共振信号处理器和流量控制器相连，主要实现核磁共振信号、声发射信号、温度、压力、湿度数据的采集和传输。

无磁铝底板14为圆环形中空的结构，外直径为235mm，内直径为210mm，厚度为3mm，均匀布设了16个8mm的孔，通过铜螺钉152固定高均匀度永磁体13的方向和位置。铜螺钉15为M8铜螺钉，直径8mm，长度为385mm，螺钉两端为螺母。

射频线圈16用于产生拉莫尔频率为12MHz的射频磁场，激发岩石样品中的质子发生能级跃迁，之后接收核磁共振信号，观测核磁共振现象。射频线圈采用螺线管结构，为直径0.8mm的铜丝，缠绕在钢化玻璃管17上，线圈匝数50，线间距5mm，长度为300mm。作为谐振电路的一部分，射频线圈与无磁铝底板14的距离为15mm，通过铜螺杆15隔离，避免电流振荡造成核磁共振信号接收的不稳定。钢化玻璃管17为厚度为3mm、内直径为190mm的玻璃管，射频线圈16均匀缠绕在玻璃管上。

保护外壳11由厚度为3mm的5Mn15无磁钢锻造为280×280×480mm³的长方体，具有防水、防腐蚀、耐高温的特点。绝缘屏蔽外壳12由厚度为2mm的无磁铝板材料构成，外壳呈密封，用于固定高均匀度永磁体13，屏蔽永磁体漏磁。高均匀度永磁体13由16块N38SH钕铁硼材料组合构成，单块磁体为40×40×360mm³的长方体，剩磁感应强度为1.23～1.27Tesla，矫顽力为876～939kA/m，内禀矫顽力为1600kA/m，最大磁能积为287～310kJ/m³，最高工作温度150℃。每个永磁体块的平面极化方向相同。按照双极磁力线原理将永磁体块沿着圆周方向排列，这样在整个磁体***内部即可产生均匀的磁场。

如图3所示，夹持器2主要包括无磁玻璃钢外壳21和无磁玻璃钢内壳22、光纤23、光纤声波检波器24、温湿度传感器25、压力传感器26、纤维线传输线27、岩石样品28、夹持器螺纹盖29构成。

夹持器2为外直径180mm、内径110mm长度450mm的圆柱形管状结构，岩石样品28放置于夹持器的中心腔体内。为了保证实验数据的准确和完整，岩石样品28需加工为直径100mm、长度为400mm的圆柱体。无磁玻璃钢外壳21和无磁玻璃钢内壳22间距为250mm，采用厚度为5mm的耐温耐压高性能材料，至少满足温度-40℃～120℃、压力0～60MPa的条件。无磁玻璃钢内壳22内测为顺时针螺纹，与夹持器螺纹盖29相连后封闭岩石样品8。外壳21和内壳22中间为光纤23，采用玻璃胶粘在内壳22上。光纤23分别在0度、90度、270度方向各连接有6个光纤声波检波器24，光纤声波检波器24采用光纤布拉格光栅结构，频率响应范围为3Hz～800Hz，动态范围120dB，具有并行、实时、高分辨率、高灵敏度及抗电磁干扰等特点。

温湿度传感器25、压力传感器26均采用MEMS工艺芯片。温湿度传感器25和压力传感器26采用斜对称式安装，分别安装于无磁玻璃钢内壳22顶部和尾部的凹槽内。温湿度传感器25采用SHT11智能化湿度温度传感器，外形尺寸为7.6(mm)×5(mm)×2.5(mm)，测量相对湿度的范围是0～100％，分辨力0.03％RH，最高精度为±2％RH；测量温度的范围是-40℃～+123.8℃，分辨力为0.01℃。压力传感器26采用MEMS工艺芯片，以掺杂多晶硅膜作为应变电阻构成惠斯顿电桥，外直径5mm，压力测试范围为0～6Mpa,工作温度为-40～220℃，测量精度达0.01-0.03％FS。温湿度传感器25、压力传感器26采集的数据通过碳纤维线传输线27与螺纹盖信号传输接头293相连。

夹持器螺纹盖29由高强度钢化尼龙塑料形成两个相互连接的圆柱状，盖帽直径200mm，长度30mm，螺纹部分直径110mm，长度60mm，通过顺时针方向旋转入夹持器2中，拧紧后将岩石样品28封闭于夹持器中。夹持器螺纹盖29上分别有光源接头291、光信号出口接头292、信号传输接头293、空气增压加热连接头294、液氮连接头295、液体连接头296、泄流管连接头297。光源接头291采用标准QBH接头，与光纤23相连，接口为锥形导入设计，可轻松与激光器相连，确保光纤能够安全的紧固在10μm之内。光信号出口292采用ST光纤接口，支持热插拔。信号传输接头293采用M12 X-Code型8芯母头，防护等级为IP67，具有防水功能。空气增压加热连接头294、液氮连接头295、液体连接头296、泄流管连接头297均采用直通卡套式不锈钢接头，套管外径12mm，接头内部导流管直径7mm，实现不同类型流体的精准控制。

以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.一种用于库区岸坡消落带劣化模拟的装置，其特征在于：包括实验箱和设置于实验箱内部用于盛装样品的夹持器，所述实验箱的内部从外到内顺次设有保护外壳，绝缘屏蔽外壳、高均匀度永磁体、无磁铝底板、射频线圈、玻璃钢化管和设置在实验箱中部的用于盛装岩石样品的夹持器，所述射频线圈缠绕在玻璃钢化管上；

所述夹持器位于实验箱的中部，且夹持器包括无磁玻璃钢外壳、无磁玻璃钢内壳和夹持器螺纹盖，所述无磁玻璃钢外壳和无磁玻璃钢内壳之间设有光纤，所述光纤在无磁玻璃钢内壳的外壁上均匀设有4组，且每一组上均设有沿着无磁玻璃钢轴向均匀分布的6个光纤声波检波器，所述无磁玻璃钢内壳顶部和底部的外壁上设有凹槽，所述凹槽内设有均采用斜对称安装的温湿度传感器和压力传感器，所述温湿度传感器和压力传感器采用碳纤维传输线串接。

2.根据权利要求1所述的一种用于库区岸坡消落带劣化模拟的装置，其特征在于：所述绝缘屏蔽外壳由厚度为2mm的无磁铝板材料构成，且绝缘屏蔽外壳呈密封状态。

3.根据权利要求1所述的一种用于库区岸坡消落带劣化模拟的装置，其特征在于：所述射频线圈与无磁铝底板之间设有进行隔离的铜螺杆，所述铜螺杆将二者隔离的间隙为15mm。

4.根据权利要求1所述的一种用于库区岸坡消落带劣化模拟的装置，其特征在于：所述高均匀度永磁体由N38SH钕铁硼材料组合构成，其数量为16块，各高均匀度永磁铁的平面极化方向相同。

5.根据权利要求1或4所述的一种用于库区岸坡消落带劣化模拟的装置，其特征在于：所述无磁铝底板为中空的环形结构，且在其两端对称布置有16个螺钉孔，所述螺钉孔内均设有铜螺钉，所述高均匀度永磁体设置在相邻的两个铜螺钉之间。

6.根据权利要求5所述的一种用于库区岸坡消落带劣化模拟的装置，其特征在于：所述铜螺钉包括双头螺杆，所述双头螺杆的两端均设有螺母。

7.根据权利要求1所述的一种用于库区岸坡消落带劣化模拟的装置，其特征在于：所述夹持器螺纹盖的截面形状为T形，且在其底部设有和无磁玻璃钢内壳内侧壁内螺纹相匹配的外螺纹，所述夹持器螺纹盖上还设有光源接头、光信号出口接头、空气增压加热连接头、液氮连接头、液体连接头和泄流管连接头，所述碳纤维传输线和光纤与信号传输接头电连接。

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