CN105651589B - 一种对深部岩体应力状态及响应的模拟测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于相似理论对深部岩体应力状态及响应进行模拟测试的方法，包括如下步骤：1）深部岩体应力及***扰动的初始计算；2）确定相似比尺C；3）由相似比尺C计算相对于试件的各模拟量；4）对所述试件施加模拟静态地应力；5）对所述试件进行开挖卸荷的扰动测试；6）对所述试件进行***冲击扰动的测试。有益效果为：实现了实验室内模拟研究深部岩体特征科学现象，以相似理论为理论基础，科学依据强，“一高两扰动”分步骤模拟，符合实际，整个模拟研究过程思路清晰，操作方便。

Description

一种对深部岩体应力状态及响应的模拟测试方法

技术领域

本发明涉及深部岩体特征科学现象模拟的方法，尤其涉及对深部岩体应力状态及响应的模拟测试方法。

背景技术

深部地下工程涉及矿山、交通、水利水电、核废料的深层地质处置、国家战略能源储备和国家战略防护工程等领域，事关国家安全和国计民生。超过1000米深的地下工程施工和遭受***地冲击扰动，形成在高地应力作用下的“一高两扰动”(高地应力、开挖卸荷扰动、***地冲击扰动)特征，出现的静、动特征科学现象，如分区破裂、岩爆、超低摩擦和摆形波等，现有岩石力学理论无法圆满解释，由此造成深地下工程选址与布局缺少科学依据，深部岩体工程岩爆、分区破裂及大变形带来的灾害预测与防治困难，成为国内外专家学者争相研究的热点和难点。深部“一高两扰动”特征科学现象是亟待突破的重大科学问题。

深部岩体“一高二扰动”特点形成的特征科学现象是高度的非线性力学复杂问题，深部岩体构造特征具有非连续、非均匀、块系构造和含能特点，是复杂的含能地质体，变形破坏特征具有加卸载耦合、动静变形叠加、时空变化相关、破坏状态剧烈的特点，是复杂的非线性力学问题。现有的研究方法中：理论研究难以准确分析，数值分析受本构表征等影响大，现场测试试验受施工影响周期长，目前对于深部岩体缺乏有效的研究手段。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能实现高地应力、开挖扰动和***扰动模拟的对深部岩体应力状态及响应的模拟测试方法。

为实现上述目的，本发明的所述方法包括如下步骤：

1)深部岩体应力及***扰动的初始计算

根据深部岩体工程设定的埋深h、开挖直径d、开挖速度V和引起***扰动的当量为Q的地下***，进行深部岩体静态地应力P和等效于***载荷的三角形脉冲载荷的峰值应力P_f的计算，

其中：静态地应力P＝ghρ，g为重力加速度，ρ为岩石密度。

峰值应力p_f＝ρcυ_m，c为介质纵波声速，υ_m为***质点峰值速度，A、n为拟合系数，为比例距离，且r为爆心距，当***扰动发生在非弹性变形区时，且所述三角形脉冲载荷上升沿时间为t_r、三角形脉冲载荷的脉冲周期为^t ₊时，存在如下关系：t_r/Q^1/3＝(5～15)ms/kt^1/3、t₊/Q^1/3＝(20～40)ms/kt^1/3，式中：ms为毫秒，kt为***当量；

2)确定相似比尺C；

3)由相似比尺C计算相对于试件的各模拟量

所述模拟量包括：在所述试件上开挖模拟隧道的直径d_s、开挖速度V_s、试件的模拟静态地应力P_si、试件的模拟三角形脉冲载荷峰值应力P_sf和对应于峰值应力P_sf的模拟上升沿时间t_sr、模拟三角形脉冲载荷的脉冲周期t_s+，且：

4)对所述试件施加模拟初始压应力

对所述试件的周侧通过柔性胶囊内液压调整，施以静载压力P_j，P_j＝nP_si，(n＝3～5),加载时间持续1～2周；

5)对所述试件进行开挖卸荷的扰动测试

对施以静载P_j的试件进行模拟隧道直径为d_s、开挖速度为V_s的模拟隧道的模拟开挖，在模拟隧道开挖完成后，检测隧道壁面的应力、应变和位移变化

6)对所述试件进行***冲击的扰动测试

通过对所述试件施加模拟上升沿时间为t_sr、模拟脉冲周期为t_s+的三角形脉冲载荷，以模拟***冲击载荷，以检测三角形脉冲载荷施加后隧道壁面的应力、应变和位移变化。

所述对深部岩体应力状态及响应的模拟测试方法的进一步设计在于，所述试件是由相似材料制成，且形状为矩形体。

所述对深部岩体应力状态及响应的模拟测试方法的进一步设计在于，所述测试试件由事先制作好的隧道实体试件预埋于对应模具中，再用相似材料进行浇铸并经固化形成。

所述对深部岩体应力状态及响应的模拟测试方法的进一步设计在于，所述隧道实体试件由与开挖隧道截面相同的若干隧道薄片相互贴合形成，每一隧道薄片用模拟材料浇铸于对应的模具并经后固化形成，浇铸时在对应模具中埋入至少相互两根交叉的铁丝，且使该两根铁丝的至少一端分别伸出模具外，致使每一隧道薄片至少有两根外露的铁丝。

所述对深部岩体应力状态及响应的模拟测试方法的进一步设计在于，所述隧道薄片中的两根交叉的铁丝，基本呈十字形，且交叉点基本位于隧道薄片的中心。

所述对深部岩体应力状态及响应的模拟测试方法的进一步设计在于，所述模拟开挖是按速度为V_s由外向内依次拉动隧道薄片上的外露铁丝，使对应隧道薄片由外向内逐渐破碎，最终形成开挖隧道。

所述对深部岩体应力状态及响应的模拟测试方法的进一步设计在于，对所述试件施加模拟初始压应力是通过应力加载装置实现的；所述应力加载装置包括承载架、柔性胶囊、***载荷模拟发生器和液压管；所述承载架具有矩形体形状的空腔，矩形体形状的岩体试件固定于该空腔中，所述柔性胶囊置于所述岩体试件的每一侧面和与该侧面相对的空腔腔壁之间，每一柔性胶囊上设有至少一个与液压管连接的进液口，高压液体通过液压管进入柔性胶囊内，对岩体试件加载，使岩体试件产生静态应力。

所述对深部岩体应力状态及响应的模拟测试方法的进一步设计在于，所述***冲击的扰动测试是通过***载荷模拟发生装置对试件施以三角形脉冲载荷来实现的；所述***载荷模拟发生装置包括加载单元和卸载单元；所述加载单元包括设有进油口和卸油口的油缸、滑动设置在该油缸中的活塞，所述油缸的活塞端与所述顶板或侧板上的连接孔连通；所述卸载单元包括第一缸筒、第二缸筒、调节活塞、卸载活塞、调节弹簧、定位套、定位销和定位弹簧，所述第一、第二缸筒的内腔分别由第一圆环边及第二圆环边分隔，并分别分隔为相互连通的第一、第二腔及相互连通的第三、第四腔，且第二腔的腔壁设有卸油孔，第四腔的腔壁设有销钉孔，所述第一缸筒一端连接在所述油缸的卸油口上，另一端与第二缸筒连接，使第二腔与第三腔相叠合，形成闭合的卸载活塞腔，卸载活塞滑动设置于该卸载活塞腔中，调节弹簧穿套在卸载活塞的活塞杆上，使卸载活塞压向第一圆环边，卸载活塞的活塞杆穿过第二圆环边伸入第四腔中，定位套置于第四腔中并连接在伸入至第四腔中的卸载活塞的活塞杆上，定位套外圆周侧面上设有数个沿轴向分布的定位孔，定位销置于销钉孔中，定位弹簧穿套在定位销上，压制该定位销一端伸出孔外紧抵在定位套外圆周侧面上，在卸载活塞带动定位套轴向移动而使定位孔移动至定位销位置时，定位销嵌入该定位孔中，而使卸载活塞轴向定位，所述调节活塞滑动设置在第一腔中，调节活塞的活塞杆穿过第一圆环边与卸载活塞连接。

所述对深部岩体应力状态及响应的模拟测试方法的进一步设计在于，开挖卸荷扰动测试是通过第一、第二操作孔模拟岩体试件上模拟隧道的开挖作业，所述空腔的一垂直腔壁上设有第一操作孔，对应该侧腔壁的柔性胶囊的对应位置上设有贯穿胶囊厚度方向的第二操作孔。

本发明的优点是实现了实验室内模拟研究深部岩体特征科学现象，以相似理论为理论基础，科学依据强，“一高两扰动”分步骤模拟，符合实际，整个模拟研究过程思路清晰，操作方便。

附图说明

图1是本发明的对深部岩体应力状态及响应的模拟测试方法的流程示意图。

图2是三角形脉冲载荷随时间变化的示意图。

图3是本发明加载装置的结构示意图。

图4是图所示加载装置沿基座长度方向的剖视图。

图5是***载荷模拟发生器的结构示意图。

图6是***载荷模拟发生器中加载单元的结构示意图。

图7是***载荷模拟发生器中卸载单元的结构示意图。

图8是深部岩体试件剖视图。

图9是隧道薄片的结构示意图。

图10是由图9所示隧道薄片组合成的隧道试件的结构示意图。

其中，承载架1，基座11，承载框12，侧板13，第一操作孔134，顶板14,外侧板141，连接孔1411,内侧板142,储液槽1421,通孔1422，传力薄板143,侧板15，柔性胶囊2，第二操作孔20，***载荷模拟发生器3，加载单元31，油缸311，进气口3111，卸气口3112，活塞312，螺母313，卸载单元32，缸筒321，第一缸筒321a，第二缸筒321b，调节活塞腔3211，卸载活塞腔3212，第一卸载活塞腔3212a，第二卸载活塞腔3212b，卸载孔32121，定位套腔3213，销钉孔32131，连通孔3219，调节活塞322，卸载活塞323，调节弹簧324，定位套325，定位销326，定位弹簧327，液压管4，岩体试件5,钻具6,隧道实体试件7,隧道薄片71,铁丝8。

具体实施方式

本发明的模拟测试方法是针对某一深部岩体工程设置的开挖参数并依据于相似理论做出的，其步骤可参见图1，具体如下：

1.深部岩体应力及***扰动的初始计算

该初始计算是根据深部岩体工程初步设计一些参数进行的计算。如：一深部地下隧道工程的埋深为地下2000m，隧道直径为Φ20m，掘进进尺5m/d-50m/d，假设其遭受***当量为100ktTNT的封闭地下***扰动。根据上述的这些设计参数进行如下静态地应力和峰值应力的计算。

a.静态地应力P初始计算

试件的静态地应力可模拟为垂直方向主应力P₁、平行于开挖方向的水平方向主应力P₂和垂直于开挖方向的水平方向主应力P₃。

每一方向的静态地应力可由式(1)计算

P_i＝ghρ

(1)

其中，i＝1,2,3,分别表示垂直方向、与开挖方向平行的水平方向、与开挖方向垂直的水平方向；g为重力加速度，h为工程埋深，ρ为为岩石密度。

则该深部地下隧道的静态地应力约为P＝52MPa。

b.***扰动初始计算

***载荷对深部岩体的作用可等效为如图2所示的三角形脉冲载荷，该脉冲载荷的峰值应力P_f，形成峰值应力P_f的上升沿时间为t_r，脉冲周期为t₊。本次开挖的区域为花岗岩区域，因此设定***发生在非弹性变形区。而当***发生在非弹性变形区时，三角形脉冲载荷的上升沿时间t_r和脉冲周期t₊与引起***扰动的地面***当量为Q存在如下关系：

t_r/Q^1/3≈(5～15)ms/kt^1/3

(2)

t₊/Q^1/3＝(20～40)ms/kt^1/3 (3)

同时***质点的速度υ_m，

其中A为拟合系数，对于花岗岩，A＝0.19，为换算距离，

其中r为爆心距

则峰值应力p_f＝ρcυ_m (6)

其中c为介质声速，对于花岗岩的声速c＝5000m/s，ρ为岩石密度

根据公式(2)和(3)可得：t_r≈(23～70)ms/kt^1/3，t₊≈(93～186)ms/kt^1/3；为简便计算取：t_r≈50ms，t₊≈150ms；当Q＝100kt，则Q^3/1＝4.64，对于r＝2000m的爆心距，根据公式(4)和(5)可得：υ_m≈0.19/0.45^1.6＝0.68m/s，由(6)式可得峰值应力P_f＝8.8MPa，

由此可得得地下工程承受的是上升沿时间50ms、脉冲周期时间150ms、峰值应力8.8MPa的三角脉冲载荷。

2.选取相似比尺

相似比尺根据设计的试验选取，一般根据模拟原型的尺度和实验室能够承载的模拟试件尺寸来确定，没有固定的标准。本实施例中，需要模拟地下开挖，取实际最大开挖直径20m，则实验室内开挖模型尺寸200mm比较合适，因此取相似比尺为C＝1:100。

3.由相似比尺C计算相对于试件的各模拟量

由相似比尺C＝1:100可得对试件的模拟开挖速度V＝0.5～5m/d；对试件所施加的模拟静态地应力约为52MPa/C＝0.52MPa，考虑到模型试验地应力加载的加速蠕变，试验需要的静载设置为实际载荷的3倍，即模拟静态地应力最高取为1.5MPa。对试件所施加的模拟三角载荷峰值为8.8MPa/C＝0.088MPa，上升沿时间为50ms/C＝5ms，正压时间为150ms/C＝15ms。

试件制作成矩形体形，用已公开了相似材料制作，例如公开号为201410591283.1的相似材料制作。为了便于模拟开挖，测试试件由事先制作好的隧道实体试件7预埋于测试试件的对应模具中，再用相似材料进行浇铸并经固化形成，如图8。而隧道实体试件由与开挖隧道截面相同的若干隧道薄片71相互贴合形成，每一隧道薄片用模拟材料浇铸于对应的模具并经后固化形成，浇铸时在对应模具中埋入至少相互两根十字形交叉的铁丝8，且交叉点基本位于隧道薄片71的中心，同时该两根铁丝8的至少一端分别伸出模具外，致使每一隧道薄片至少有两根外露的铁丝8，如图9、10。

4.施加静态地应力

上述制作好的试件放置于如图3所示的加载装置上，加载是通过对置于矩形体形试件六个面上的柔性胶囊内加高油压实现的。加载前，各胶囊预抽真空，初期加载时，液压***缓慢注油，待胶囊膨胀与试件充分接触后，逐步增加压力至预设压力。由于内摩擦作用，地应力加载时间一般需持续1～2周，使用压力传感器测量试件内部应力，当内部应力达到预设水平，保持胶囊处压力边界不变。

5.施加开挖卸荷扰动

当试件内地应力达到预计水平后，模拟开挖作业，为了便于模拟深部岩体的隧道开挖状态，在形成上述承载架1中的空腔的一垂直腔壁上设有第一操作孔134，对应该侧腔壁的柔性胶囊2的对应位置上设有贯穿胶囊厚2度方向的第二操作孔20，这样模拟的开挖工具，例如钻具6可通过第一操作孔134、第二操作孔20对岩体试件5进行模拟隧道的开挖，开挖作业速度5-10mm/h使岩体试5产生开挖卸载的应力状态，以模拟开挖卸载扰动。

开挖的一个优选的实施方式是，按设定的开挖作业速度5-10mm/h，通过上述承载架1中的空腔的一垂直腔壁上设有第一操作孔134和第二操作孔20进行操作，由外到内依次拉动形成挖试件2的若干隧道薄片上的外露铁丝3，隧道薄片由外向内逐渐破碎，形成开挖隧道。这是因为隧道实体试件2和深部岩体试件1先后固化，两者的固化时间不相同，使预埋于岩体试件1中的隧道实体试件2与岩体试件1之间粘贴强度较低，存在一定的边界，加之模拟材料一般为低强度的脆性材料，并制成薄片结构，当拉动埋设隧道薄片21中的铁丝3，其脆弱的结构很容易被破坏，本发明利用上述材料、结构及工艺形成的特点，方便省事地模拟工程开挖过程。形成模拟隧道后，在隧道内布设对应的传感器等检测设备，检测隧道壁面的应力、应变和位移变化。

6.施加***地冲击扰动

上述步骤完成后使用***载荷模拟发生装置在试件上方施加模拟***载荷，载荷进入试件，作用在步骤4中开挖的隧道上，以模拟***地冲击扰动对深部工事的影响。

具体的一种模拟深部岩体受力状态的加载装置，如图3，该加载装置主要由承载架1、柔性胶囊2、***载荷模拟发生器3和液压管4组成。承载架1具有用于容纳矩形体形状的岩体试件5的空腔，岩体试件5置于空腔中，在该岩体试件5的每一侧面和与该侧面相对的空腔腔壁之间放置柔性胶囊2，每一柔性胶囊2上设有至少一个导管21，从液压站引入的高压油通过导管21进入柔性胶囊内，高压油通过柔性胶囊加载到岩体试件5的六个侧面上，使岩体试件产生模拟的高地应力的应力状态，参见图4。***载荷模拟发生器3设置在组成上述承载架1的空腔的顶面腔壁的外侧(也可设置在侧面腔壁的外侧)，该发生器将产生三角形液压脉冲载荷，该液压脉冲载荷通过腔壁传导至并柔性胶囊2上，经柔性胶囊2加载的到岩体试件5上，用以模拟***扰动，使岩体试件5内产生***地扰动的应力状态，通过隧道内布设的对应传感器等检测设备，对隧道壁面的应力、应变和位移变化进行检测，从而得到***地扰动的应力状态。

***载荷模拟发生器3主要有加载单31和卸载单元32组成，参见图5。如图6，加载单元31包括螺母313、活塞312和设有进气口和卸气口的油缸311，活塞312滑动设置在油缸311中，且该活塞的活塞杆伸出所述油缸外旋接所述螺母313，螺母313旋接于活塞杆的位置与活塞312的运动行程直接关联，活塞的行程被限定在螺母与油缸之间的间距内。在对应于油缸311活塞杆一端的两周向位置上分别设有沿径向分布的一对进气口3111和一对卸气口3112，而油缸311的活塞端与外侧板141上的连接孔1411连通。

如图7，卸载单元32包括缸筒321、调节活塞322、卸载活塞323、调节弹簧324、定位套325、定位销326和定位弹簧327。缸筒321沿轴向依次设有相互连通的调节活塞腔3211、卸载活塞腔3212和定位套腔3213，且卸载活塞腔3212和定位套腔3213的周向腔壁上分别设有卸载孔32121和销钉孔32131，调节活塞腔3211的开口端连接在油缸311的卸气口3112上，调节活塞323、卸载活塞324和定位套分别置于调节活塞腔、卸载活塞腔和定位套腔中，且调节活塞322的活塞杆伸入到卸载活塞腔3212与卸载活塞323连接，调节弹簧324穿套在卸载活塞323的活塞杆上，其一端抵触在卸载活塞323上，另一端抵触在卸载活塞腔3212的腔壁上，将卸载活塞323压向调节活塞腔和卸载活塞腔之间的连通孔3219；卸载活塞的活塞杆伸入到定位套腔中，定位套325连接在伸入至该腔中的卸载活塞323的活塞杆上，定位弹簧327和定位销326置于销钉孔32131中，销钉孔32131对应于外侧一端设有内螺纹，一螺钉旋接在销钉孔32131的外侧端，且端部压触在定位弹簧的一端，定位弹簧327的另一端推压定位销，使定位销一端压触在定位套外圆周侧面上，在卸载活塞带动定位套轴向移动而使定位孔移动至定位销位置时，定位销嵌入该定位孔中，而使卸载活塞轴向定位。

上述***载荷模拟发生器3通过油缸311上的进气口3111与压缩空气站(未画出)相连，压缩空气站在瞬间向***载荷模拟发生器3提供高压气，该高压气通过管道由进气口3111进入油缸311中，活塞312受高压气流冲击快速向下运动，以移动所需时间为t_升的一段行程，此间对油缸311及与该油缸连通的储液腔1421中的液体形成不断增加的压力，直至峰值Pf，而液体的不可压缩特性，将所受到压力反作用于活塞312，使活塞312向上运动，而使活塞上部的空气受到压缩，气压加大，当压力大于调节弹簧324施加在卸载活塞323上的压力时，卸载活塞323向右运动，不再压触在连通孔3219上，连通孔3219被打开，高压气体从连通孔3219中泄出，而随卸载活塞323同时向右侧运动的定位套，其上定位孔在移动到定位销位置时，定位销嵌入该定位孔328中，使卸载活塞被轴向定位，连通孔3219保持打开状态，高压气体将全部从该连通孔中泄出，气体的作用力在t_降时间段内由峰值Pf减弱至零，至此形成一个峰值压力为Pf的动态三角形液压脉冲载荷，请参见图6，用以模拟***地冲击扰动。该液压脉冲载荷通过形成储液腔的储液槽槽底均布的通孔1422而作用于传力薄板143上，传力薄板143将该液压脉冲载荷的震动波经柔性胶囊2传递到试件5上。

如图2，由***载荷模拟发生器3形成的三角形液压脉冲载荷，其峰值压力Pf是可以调节的，调节是通过调节活塞312的运动行程来实现，而该行程的调节的是通过调节螺母313在活塞312的活塞杆上的位置来实现的。螺母313在活塞杆上的不同位置，形成与油缸缸壁不同的间距，从而限制了活塞312的不同运动行程，因此本发明中的***载荷模拟发生器对峰值压力Pf的调节是十分方便的。

Claims (9)

1.对深部岩体应力状态及响应的模拟测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)深部岩体应力及***扰动的初始计算

根据深部岩体工程设定的埋深h、开挖直径d、开挖速度V和引起***扰动的当量为Q的地下***，进行深部岩体静态地应力P和等效于***载荷的三角形脉冲载荷的峰值应力P_f的计算，

其中：静态地应力P＝ghρ，g为重力加速度，ρ为岩石密度；

峰值应力p_f＝ρcυ_m，c为介质纵波声速，υ_m为***质点峰值速度， A、n为拟合系数，为比例距离，且r为爆心距，当***扰动发生在非弹性变形区时，且所述三角形脉冲载荷上升沿时间为t_r、三角形脉冲载荷的脉冲周期为t₊时，存在如下关系：t_r/Q^{1 /3}＝(5～15)ms/kt^1/3、t₊/Q^1/3＝(20～40)ms/kt^1/3，式中：ms为毫秒，kt为***当量；

2)确定相似比尺C；

3)由相似比尺C计算相对于试件的各模拟量

所述模拟量包括：在所述试件上开挖模拟隧道的直径d_s、开挖速度V_s、试件的模拟静态地应力P_si、试件的模拟三角形脉冲载荷峰值应力P_sf和对应于峰值应力P_sf的模拟上升沿时间t_sr、模拟三角形脉冲载荷的脉冲周期t_s+，且：

4)对所述试件施加模拟初始压应力

对所述试件的周侧通过柔性胶囊内液压调整，施以静载压力P_j，P_j＝nP_si，(n＝3～5),加载时间持续1～2周；

5)对所述试件进行开挖卸荷的扰动测试

对施以静载P_j的试件进行模拟隧道直径为d_s、开挖速度为V_s的模拟隧道的模拟开挖，在模拟隧道开挖完成后，检测隧道壁面的应力、应变和位移变化；

6)对所述试件进行***冲击的扰动测试

通过对所述试件施加模拟上升沿时间为t_sr、模拟脉冲周期为t_s+的三角形脉冲载荷，以模拟***冲击载荷，以检测三角形脉冲载荷施加后隧道壁面的应力、 应变和位移变化；所述***冲击的扰动测试是通过***载荷模拟发生装置对试件施以三角形脉冲载荷来实现的；该发生装置将产生的三角形液压脉冲载荷传导至柔性胶囊上，经柔性胶囊加载的到岩体试件上，用以模拟***扰动，使岩体试件内产生***地扰动的应力状态。

2.根据权利要求1所述的对深部岩体应力状态及响应的模拟测试方法，其特征在于，所述试件是由相似材料制成，且形状为矩形体。

3.根据权利要求2所述的对深部岩体应力状态及响应的模拟测试方法，其特征在于，所述测试试件由事先制作好的隧道实体试件预埋于对应模具中，再用相似材料进行浇铸并经固化形成。

4.根据权利要求3所述的对深部岩体应力状态及响应的模拟测试方法，其特征在于，所述隧道实体试件由与开挖隧道截面相同的若干隧道薄片相互贴合形成，每一隧道薄片用模拟材料浇铸于对应的模具并经后固化形成，浇铸时在对应模具中埋入至少相互两根交叉的铁丝，且使该两根铁丝的至少一端分别伸出模具外，致使每一隧道薄片至少有两根外露的铁丝。

5.根据权利要求2所述的对深部岩体应力状态及响应的模拟测试方法，其特征在于，所述隧道薄片中的两根交叉的铁丝，基本呈十字形，且交叉点基本位于隧道薄片的中心。

6.根据权利要求4或5所述的对深部岩体应力状态及响应的模拟测试方法，其特征在于，所述模拟开挖是按速度为V_s由外向内依次拉动隧道薄片上的外露铁丝，使对应隧道薄片由外向内逐渐破碎，最终形成开挖隧道。

7.根据权利要求4或5所述的对深部岩体应力状态及响应的模拟测试方法，其特征在于，对所述试件施加模拟初始压应力是通过应力加载装置实现的；所述应力加载装置包括承载架、柔性胶囊、***载荷模拟发生器和液压管；所述承载架具有矩形体形状的空腔，矩形体形状的岩体试件固定于该空腔中，所述柔性胶囊置于所述岩体试件的每一侧面和与该侧面相对的空腔腔壁之间，每一柔性胶囊上设有至少一个与液压管连接的进液口，高压液体通过液压管进入柔性胶囊内，对岩体试件加载，使岩体试件产生静态应力。

8.根据权利要求7所述的对深部岩体应力状态及响应的模拟测试方法，其特征在于，所述***载荷模拟发生装置包括加载单元和卸载单元，***载荷模拟 发生器设置在承载架底面或侧面的外侧；所述加载单元包括设有进油口和卸油口的油缸、滑动设置在该油缸中的活塞，所述油缸的活塞端与承载架底面或侧面的连接孔连通；所述卸载单元包括第一缸筒、第二缸筒、调节活塞、卸载活塞、调节弹簧、定位套、定位销和定位弹簧，所述第一、第二缸筒的内腔分别由第一圆环边及第二圆环边分隔，并分别分隔为相互连通的第一、第二腔及相互连通的第三、第四腔，且第二腔的腔壁设有卸油孔，第四腔的腔壁设有销钉孔，所述第一缸筒一端连接在所述油缸的卸油口上，另一端与第二缸筒连接，使第二腔与第三腔相叠合，形成闭合的卸载活塞腔，卸载活塞滑动设置于该卸载活塞腔中，调节弹簧穿套在卸载活塞的活塞杆上，使卸载活塞压向第一圆环边，卸载活塞的活塞杆穿过第二圆环边伸入第四腔中，定位套置于第四腔中并连接在伸入至第四腔中的卸载活塞的活塞杆上，定位套外圆周侧面上设有数个沿轴向分布的定位孔，定位销置于销钉孔中，定位弹簧穿套在定位销上，压制该定位销一端伸出孔外紧抵在定位套外圆周侧面上，在卸载活塞带动定位套轴向移动而使定位孔移动至定位销位置时，定位销嵌入该定位孔中，而使卸载活塞轴向定位，所述调节活塞滑动设置在第一腔中，调节活塞的活塞杆穿过第一圆环边与卸载活塞连接。

9.根据权利要求7所述的对深部岩体应力状态及响应的模拟测试方法，其特征在于，开挖卸荷扰动测试是通过第一、第二操作孔模拟岩体试件上模拟隧道的开挖作业，所述空腔的一垂直腔壁上设有第一操作孔，对应该侧腔壁的柔性胶囊的对应位置上设有贯穿胶囊厚度方向的第二操作孔。