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专利号: 2023101061374
申请人: 三峡大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2025-12-18
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于磁性膨胀砂浆的模拟根系,其特征在于,包括根系骨架(1)和包覆在根系骨架(1)外侧的磁性膨胀砂浆(2),根系骨架(1)包括铁芯骨架(3),铁芯骨架(3)外侧缠绕线圈(4),线圈(4)的自由端设有接头(5),接头(5)插装在电流控制器(6)的电流接口(601)内。

2.根据权利要求1所述的一种基于磁性膨胀砂浆的模拟根系,其特征在于,所述磁性膨胀砂浆(2)包括水泥砂浆、磁性材料颗粒和膨胀剂,磁性材料颗粒含量为20% 30%,膨胀剂含~量为不大于30%。

3.根据权利要求1所述的一种基于磁性膨胀砂浆的模拟根系,其特征在于,所述铁芯骨架(3)上端设有拉拔头(7)。

4.根据权利要求1所述的一种基于磁性膨胀砂浆的模拟根系,其特征在于,所述线圈(4)的自由端通过电线收纳管(8)进行汇集。

5.根据权利要求1所述的一种基于磁性膨胀砂浆的模拟根系,其特征在于,所述电流控制器(6)包括电路板(602),电路板(602)外包覆绝缘外壳(603),绝缘外壳(603)上对应电路板(602)的接口设有电流接口(601)。

6.根据权利要求1所述的一种基于磁性膨胀砂浆的模拟根系,其特征在于,所述磁性膨胀砂浆(2)表面设置压力传感器(9),压力传感器(9)和电流控制器(6)通过数据线与数据处理器(10)连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于磁性膨胀砂浆的模拟根系,其特征在于,所述铁芯骨架(3)的单根根系的直径从上到下一致,线圈(4)的缠绕间距从上到下越来越大,线圈(4)的电流大小一致;或者,铁芯骨架(3)的单根根系的直径从上到下逐渐变小,线圈(4)的电流大小一致;或者,铁芯骨架(3)的单根根系的直径从上到下分段呈阶梯状逐渐变小,单根根系的线圈(4)的电流从上至下分段变小。

8.根据权利要求1 7任一项所述的一种基于磁性膨胀砂浆的模拟根系的模拟方法,其~

特征在于,包括如下步骤:

S1、根据试验需要设计根系模型:确定根系的空间分布形态类型、主要根系的数量及空间分布特征以及主要根系的直径和长度,根系的空间分布形态类型包括直根型和须根型,主要根系的数量及空间分布特征包括主要根系之间的水平面夹角、各条主根与垂直方向的夹角以及各条主根之间的距离;

S2、根据S1中设计的根系骨架(1)的空间结构数据进行根系骨架(1)加工:首先加工铁芯骨架(3),然后在铁芯骨架(3)外侧缠绕线圈(4),线圈(4)的数量为多个,在铁芯骨架(3)外侧分段缠绕,每个线圈(4)的两个接头(5)均插装在电流控制器(6)的电流接口(601)内;

S3、制作磁性膨胀砂浆(2):先将磁性材料颗粒、膨胀剂以及配制水泥砂浆的细骨料放入搅拌机中搅拌,使其均匀混合;再将水泥和水放入上述搅拌机中继续搅拌,充分混合,得到磁性膨胀砂浆(2);

S4、将配置好的磁性膨胀砂浆(2)放置于容器中待用,将根系骨架(1)通电并放置于容器中进行磁性膨胀砂浆吸附,通过电流控制器(6)控制线圈(4)的电流大小对磁性膨胀砂浆吸附厚度进行控制;

S5、选择研究需要的土体,在土中挖掘相应的种植坑,将S4中制备的整个模拟根系埋入种植坑中,并根据实验需要压实土体,待磁性膨胀砂浆(2)膨胀定型后,即可断开电流控制器(6)的电源;

S6、对模拟根系数据进行分析。

9.根据权利要求8所述的一种基于磁性膨胀砂浆的模拟根系的模拟方法,其特征在于, 所述S4中,磁性膨胀砂浆(2)表面设置压力传感器(9),压力传感器(9)通过数据线与数据处理器(10)连接,对模拟根系膨胀定型前、膨胀过程中及膨胀完成后应力数据进行测量,并存储至数据处理器(10)中。

10.根据权利要求8所述的一种基于磁性膨胀砂浆的模拟根系的模拟方法,其特征在于,所述S6中,若需进行拉拔实验,在铁芯骨架(3)上端设置拉拔头(7),将拉拔仪与拉拔头(7)连接,测量出抗拔力。