CN111337644B - 隧洞分步式开挖模拟装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种隧洞分步式开挖模拟装置，包括中空结构的模拟隧洞，模拟隧洞内部布置有模拟原岩强度的岩体模拟层；***时受影响边界处分段设置有电磁层，在模拟隧洞与岩体模拟层的边界处设置有磁铁与其配合工作组成***模拟装置；在接触面间填充有机胶，有机胶外的岩体间隙填充膨胀水泥使其受力，在所选取的监测位置设置压力传感器、应变片及多点位移计，同时有声波仪监测内部完整度，通过监测装置监测在整个模拟开挖过程中所产生的扰动的影响下模拟隧洞其他位置的受力、变形、应变、蠕变及位移等数据，可为确定设计参数的合理性，以及确定所选用的施工方法能否保证隧道围岩的稳定等提供依据，具有广泛的工程实践意义和应用前景。

Description

隧洞分步式开挖模拟装置
技术领域
本发明属于隧洞应力模拟实验领域，具体涉及一种隧洞分步式开挖模拟装置。
背景技术
随着我国人口的不断增加、城市化进程速度的加快和人们物质生活水平的不断提高，很多大型城市逐渐出现了住房困难、出行困难等情况，因此人们对空间的利用逐渐由地上转至地下。同时，在我国交通运输网络逐渐发展的过程中也 “穿山越水”，经常通过修建穿山隧道来为道路的建设提供便利。因此，目前我国的地下工程建设已经进入繁荣期，铁路隧道、高速铁路隧道、公路隧道、地铁隧道、水工隧洞及综合管廊等地下工程均有数个乃至数十个在建项目。而在这些工程中不可缺少的一部分就是初期建设中隧洞的开挖，只有顺利完成这一步工程才能继续进行下去。而在地质条件为较复杂，不易于直接***开挖的情况下，常采用分步式开挖的施工方法来减少对岩土体的扰动，防止施工过程中出现较大问题。所以在日常地下工程的施工中，分步式开挖的施工方法较为常见。
因此，在隧洞分布式开挖施工过程中，确定设计参数的合理性，以及确定所选用的施工方法能否保证隧道围岩的稳定具有重要意义。但目前存在的模拟方法多为利用软件进二维数字化分析模拟、没有实体、无法对实际情况进行实体化模拟，同时建模分析步骤较为复杂，需要一定的操作基础，而已存在的实体模拟隧洞无法进行精确分工况模拟。
发明内容
本发明的目的在于提供一种隧洞分步式开挖模拟装置及使用方法，可对隧洞分步式开挖施工过程进行模拟，并对在隧洞分步式开挖施工过程中所产生的扰动的影响下隧洞其他位置的受力、变形及位移等数据进行监测；通过测量仪器以及各种监测设备获得精确数据，为确定设计参数的合理性，以及确定所选用的施工方法能否保证隧道围岩的稳定等提供依据。解决了现有的模拟装置没有实体，无法对实际情况进行实体化模拟，同时建模分析步骤较为复杂，需要一定的操作基础等问题，具有结构简单、成本低、操作方便，适用性广的特点，具有广泛的工程实践意义和应用前景。
为了实现上述的技术特征，本发明采用的技术方案是：一种隧洞分步式开挖模拟装置，它包括中空结构的模拟隧洞，模拟隧洞内部填充有岩体模拟层；岩体模拟层内埋设有***模拟装置，***模拟装置包括电磁层，电磁层为电磁铁组成的中空圆柱体结构；电磁层与外部的电磁铁强度控制仪连接；岩体模拟层的间隙中填充有膨胀水泥，膨胀水泥内部埋设有加热丝；岩体模拟层的间隙内，以及岩体模拟层与模拟隧洞的交界处设置有多个数据收集装置；模拟隧洞外部设置有声波仪。
优选的，岩体模拟层包括多块相互堆叠的岩体模拟块。
优选的，***模拟装置还包括埋设在模拟隧洞内壁与岩体模拟层的边界处的多个磁铁，磁铁与电磁层磁性相吸；电磁铁强度控制仪选用无锡安耐斯电子科技有限公司型号为ANB11-0.5KV的单向变频电源，通过调整输出电流的大小来改变电磁铁磁力强度。
优选的，电磁层有多个，每个电磁层之间不相互接触，每个电磁层独立与电磁铁强度控制仪连接；电磁层外表面包裹有混凝土构成的刚度调节层，刚度调节层外包裹有防水布。
优选的，数据收集装置包括多点位移计，多点位移计一侧粘贴有应变片，多点位移计另一侧粘贴有压力传感器；压力传感器、应变片和多点位移计通过防水布包裹成一个数据收集装置；多个数据收集装置粘贴在多个岩体模拟块外表面，一个岩体模拟块表面至多设置一个数据收集装置。
优选的，岩体模拟块外表面均涂覆有机胶；岩体模拟层与模拟隧洞的交界处也涂覆有机胶；涂覆了有机胶的岩体模拟块的间隙中填充膨胀水泥。
优选的，隧洞分步式开挖模拟装置的使用方法，它包括以下步骤：
Step1：实地勘测：通过实地勘测确定实际所需开挖隧洞区域的尺寸，按照10:1~15:1的比例进行比例缩小，确定模拟隧洞的尺寸；通过实地采集原岩进行组分分析及强度测试，确定所模拟的原岩的强度和组分配比；
Step2：配比模拟岩体块：根据测出的模拟原岩的抗压强度和组分配比，使用水泥、砂、云母片、石膏和水来制作岩体模拟块；通过增加水泥比例，减少砂和云母片的比例来适当降低模拟岩体块的强度，或者减少水泥比例，增加砂和云母片的比例来适当增加模拟岩体块的强度，从而对模拟岩体块的强度进行微调，以尽量贴近实际原岩的强度参数；
Step3：浇筑岩体模拟块：使用制作好的模板，将配比好的模拟岩体配料进行浇筑；浇筑出的岩体模拟块的最长边的长度为模拟隧洞底边宽度的15%~20%；
Step4：模拟装置制作及监测仪器的布置：首先，制作中空的隧洞模型，在模拟隧洞的边界处涂覆有机胶，有机胶表面粘贴多个磁铁；
然后在模拟隧洞内部从下往上层层填充外表面涂覆了有机胶的岩体模拟块,来组成岩体模拟层；当填充到一半高度时，埋入多个电磁层，电磁层的数量与预计模拟***的次数相同；随后继续填充岩体模拟块，直至填满模拟隧洞；在填充过程中，每填入一层岩体模拟块，就在岩体模拟块之间的缝隙中注入膨胀水泥，同时在膨胀水泥内布设加热丝；同时随机在部分岩体模拟块表面粘贴设置数据收集装置；每个电磁层均通过伸出的导线与电磁铁强度控制仪独立连接；模拟隧洞外部放置声波仪；
最后通过加热丝对膨胀水泥进行加热，以模拟岩体内部的扰动情况；
Step5：模拟开挖：待模拟装置内部应力稳定后，对隧洞分步式进行模拟开挖；
首先通过电磁铁强度控制仪调节其中一段电磁层的磁性强弱，使该段电磁层与它周围最近的设置在模拟隧洞与岩体模拟层边界处的磁铁相互吸引，从而使边界处的磁铁对该段的岩体模拟层施加外力，造成岩体模拟层内部应力变化，促使岩体模拟块以一定速度脱落，从而模拟实际开挖中通过***破坏岩体内部应力的过程；每个电磁层可以独立控制，从而可以模拟多次***的过程；
然后通过针筒将有机胶溶解液涂抹在所需开挖部分的岩体模拟层的间隙处，使岩体模拟块表面相互粘黏的有机胶溶解，使该部分岩体模拟块脱落，并将脱落后的岩体模拟块取出，以模拟岩体开挖；针筒前端出液口连接有毛刷，便于均匀涂抹有机胶溶解液；
Step6：数据监测及分析：通过压力传感器和多点位移计监测分步开挖过程中各部位的受力、应变及位移，同时可根据模拟岩体块表面粘贴的应变片所测量值计算其所受正应力及切应力；使用声波仪进行岩体声波测试探测岩体模拟块的质量变化；对数据进行进一步分析，当模拟岩体所受应力根据实际开挖隧洞与模拟隧洞比例按情况扩大后超过实际土体粘结力时，实际施工该处岩土体将会受到影响松动或脱落；当模拟隧洞内某处突然出现较大应力集中或模拟岩块产生明显变形时表示该种开挖方式存在一定风险，可重新确定***次数等；同时可根据监测信息绘制出固定位置岩体随开挖产生的蠕变或变形的曲线，以此确定不同开挖方式、开挖速度等对其他部位岩土体的扰动及影响。
优选的，步骤5中可以通过控制溶解的范围来模拟施工中水泡后的软化效应及***后岩体松动脱落等不同工况下岩体的劣化。
优选的，步骤5中可以通过升高加热丝的温度，使膨胀水泥内部的主要成分钙矾石失水变形，使膨胀水泥失去承载能力，以模拟岩体内部应力受到扰动的情况。
本发明有如下有益效果：
1、可通过根据原岩强度所确定的配合比浇筑制成的岩体模拟块对隧洞分步开挖进行精确模拟，同时根据开挖时不同扰动情况确定所进行模拟开挖的方法，且模拟开挖的速度可通过调整电磁铁强度进行精确控制；
2、本装置采用有机胶溶解液溶解有机胶对开挖进行模拟，同时溶解速度、位置、添加溶解剂的量均可进行精确控制。采用膨胀水泥对岩体内部应力进行模拟，同时应力受影响后受影响的范围、改变的大小及速率等均可控。采用电磁层对***时岩体突然脱落进行模拟，其范围、脱落速度等均可控；
3、本方法通过压力传感器、应变片和多点位移计监测分步开挖模拟过程中各部位的受力、应变及位移，计算得出应力。对数据进行进一步分析，同时可根据监测信息绘制出固定位置岩体随开挖产生的蠕变或变形的曲线，以此确定不同开挖方式、开挖速度等对其他部位岩土体的扰动及影响并判断安全程度等。
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为本发明涉及的装置整体示意图；
图2为本发明涉及的岩体模拟块的嵌合方式示意图；
图3为本发明涉及的溶解液添加器示意图；
图中附图标记为：模拟隧洞1，岩体模拟块2，电磁层3，刚度调节层6，有机胶8，膨胀水泥9，有机胶溶解液10，针筒12，毛刷13，加热丝14，压力传感器15，应变片16，多点位移计17。
具体实施方式
在图2中，（a）图描述了岩体模拟块2的“V”字形嵌合方式；（b）图描述了岩体模拟块2的“Z”字形嵌合方式；相比起表面呈弧形或直线型的岩体模拟块2，采用上述两种嵌合形状设计的岩体模拟块2在相互接触配合时具有良好的限位能力，大大提高了整体结构的稳定性；在浇筑岩体模拟块2时，可选取其中一种或两种嵌合方式来预制岩体模拟块2的浇筑模板。
下面结合图1~图3对本发明的实施方式做进一步的说明。
一种隧洞分步式开挖模拟装置，包括由钢化玻璃制成的模拟隧洞1，所述模拟隧洞1内部按预定开挖方式布置有通过模拟原岩强度的通过“V”字形嵌合以及“Z”字形嵌合相互配合的岩体模拟块2；同时在***时受影响边界处分段设置有外部为混凝土的电磁铁构成的电磁层3，在电磁层3外部设置有磁铁与电磁铁配合工作；在接触面间填充有机胶8并在模拟岩体内部填充膨胀水泥9使其受力，在所选取的监测位置设置压力传感器15、应变片16及多点位移计17，同时外部设置有声波仪；在模拟开挖过程中监测整个模拟开挖过程中所产生的扰动的影响下模拟隧洞1其他位置的受力、变形、应变、蠕变及位移等数据。
进一步的，使用钢化玻璃可达到模拟隧洞1内部侧壁情况部分可视的目的。
进一步的，所述模拟隧洞1内部布置的岩体模拟块2的配合比应根据实际所模拟的分布式开挖区域的原岩强度及组分比所确定，其抗压强度应尽量与原岩相似且不能大于原岩，以防止模拟所测得的扰动小于实际情况导致根据结果所确定的开挖方法的安全性不能得到保障。
进一步的，所述电磁层3断电后脱落可对***后岩体整体突然脱落进行模拟，其脱落速度可根据电流减弱的速度进行控制，当脱落速度减小时对下部岩体的影响随之减小；电磁铁强度控制仪选用无锡安耐斯电子科技有限公司型号为ANB11-0.5KV的单向变频电源，通过调整输出电流的大小来改变电磁铁磁力强度。
进一步的，所述电磁层3外部的刚度调节层6可对电磁层3整体刚度进行调节，使其刚度较直接使用电磁铁时更接近岩体模拟块2的刚度，以此减小对开挖模拟的影响，使模拟结果更接近真实情况。
进一步的，所述有机胶8用于岩体模拟块2之间及岩体模拟块2与模拟隧洞1之间的填充，以保证其受力均匀、接近实际情况下待开挖区域岩土体的受力，其成分可为有机硅胶、有机玻璃胶等易被溶解的胶结物，使操作更加简易、节省时间，同时通过溶解有机胶8可对施工中有水时水泡后的软化效应及***后岩体松动脱落等不同工况下岩体的劣化进行模拟。
进一步的，所述有机胶溶解液10用于有机胶8的溶解，其主要成分为表面活性剂、渗透剂、有机溶剂等，同时可在其内部加入增稠物质使其流动性下降，避免由于溶解液流动扩散而对其他未计划模拟开挖区域的连接造成影响，导致影响试验结果的准确性。
进一步的，所述有机胶溶解液10可通过针筒12对每次使用的溶解液的量进行控制，同时通过针筒12前端出液口连接的毛刷13对每次接触溶解液的区域进行控制，以免对其他未计划模拟开挖区域的连接造成影响，导致影响试验结果的准确性。
进一步的，所述膨胀水泥9用于对岩体内部应力的模拟，在置入岩体模拟块2时逐次注入，同时需保证膨胀水泥9加水膨胀时周围不存在较大空隙使其单向膨胀，加水膨胀后周围岩体模拟块2均可受力。
进一步的，所述加热丝14用于对膨胀水泥9进行加热，使其内部主要成分钙矾石失水变形后失去承载能力，以模拟岩体内部应力受到扰动的情况，加热丝14的温度及温度升高速率均可根据加热丝14功率调控，以此调节应力使其减小，同时由于温度为135℃时钙矾石失重率为33%，温度为700℃时钙矾石成为无水矿物，以此应保证所有膨胀剂均可受到加热丝14影响，且所受温度应至少在135℃以上。
进一步的，所述压力传感器15、应变片16及多点位移计17可根据实际情况进行设置在模拟隧洞1洞壁与岩体模拟块2之间，其数量单侧不应小于三个并可根据对实验准确度的要求进行增加，同时可在易被扰动区域增设监测仪器。
进一步的，所述声波仪可进行岩体声波测试，在不需开挖扰动的情况下探测岩体模拟块2的质量变化，监测内部岩体模拟块2在模拟过程中是否出现明显裂隙等。
上述一种隧洞分步式开挖模拟装置及方法，包括以下步骤：
Step1：实地勘测：通过实地勘测确定实际所需开挖隧洞区域的尺寸，按照10:1的比例进行比例缩小，确定模拟隧洞1的尺寸；通过实地采集原岩进行组分分析及强度测试，确定所模拟的原岩的强度和组分配比；
Step2：配比模拟岩体块：根据测出的模拟原岩的抗压强度为30MPa，组分配比为水174kg/m3、水泥271kg/m3、云母片116kg/m3、石膏7.7kg/m3、砂670kg/m3，按照组分配比配置模拟岩体块2的浆液；通过改变水泥与砂以及云母片的比例来适当对模拟岩体块2的强度进行微调，以尽量贴近实际原岩的参数；
Step3：浇筑岩体模拟块：使用制作好的模板，将配比好的配料进行浇筑；浇筑出的岩体模拟块2的最长边长为模拟隧洞1宽度的15%~20%；
Step4：模拟装置制作及监测仪器的布置：首先，制作中空的隧洞模型，在模拟隧洞1的边界处涂覆有机胶8，有机胶8表面粘贴多个磁铁；
然后在模拟隧洞1内部从下往上层层填充外表面涂覆了有机胶8的岩体模拟块2,来组成岩体模拟层；当填充到一半高度时，埋入多个电磁层3，电磁层3的数量与预计模拟***的次数相同；随后继续填充岩体模拟块2，直至填满模拟隧洞1；在填充过程中，每填入一层岩体模拟块2，就在岩体模拟块之间的缝隙中注入膨胀水泥9，同时在膨胀水泥9内布设加热丝14；同时随机在部分岩体模拟块2表面粘贴设置数据收集装置；每个电磁层3均通过伸出的导线与电磁铁强度控制仪独立连接；模拟隧洞1外部放置声波仪；
最后通过加热丝14对膨胀水泥9进行加热，以模拟岩体内部的扰动情况；
Step5：模拟开挖：待模拟装置内部应力稳定后，对隧洞分步式进行模拟开挖；
首先通过电磁铁强度控制仪调节其中一段电磁层3的磁性强弱，使该段电磁层3与它周围最近的设置在模拟隧洞1与岩体模拟层边界处的磁铁相互吸引，从而使边界处的磁铁对该段的岩体模拟层施加外力，造成岩体模拟层内部应力变化，促使岩体模拟块2以一定速度脱落，从而模拟实际开挖中通过***破坏岩体内部应力的过程；每个电磁层3可以独立控制，从而可以模拟多次***的过程；
然后通过针筒12将有机胶溶解液10涂抹在所需开挖部分的岩体模拟层的间隙处，使岩体模拟块2表面相互粘黏的有机胶8溶解，使该部分岩体模拟块2脱落，并将脱落后的岩体模拟块2取出，以模拟岩体开挖；针筒12前端出液口连接有毛刷13，便于均匀涂抹有机胶溶解液10；
Step6：数据监测及分析：通过压力传感器15和多点位移计17监测分步开挖过程中各部位的受力、应变及位移，同时可根据模拟岩体块表面粘贴的应变片16所测量值计算其所受正应力及切应力；使用声波仪进行岩体声波测试探测岩体模拟块的质量变化；对数据进行进一步分析，当模拟岩体所受应力根据实际开挖隧洞与模拟隧洞1比例按情况扩大后超过实际土体粘结力时，实际施工该处岩土体将会受到影响松动或脱落；当模拟隧洞内1某处突然出现较大应力集中或模拟岩层产生明显变形时表示该种开挖方式存在一定风险，可重新确定***次数等；同时可根据监测信息绘制出固定位置岩体随开挖产生的蠕变或变形的曲线，以此确定不同开挖方式、开挖速度等对其他部位岩土体的扰动及影响。
进一步的，步骤5中可以通过控制溶解的范围来模拟施工中水泡后的软化效应及***后岩体松动脱落等不同工况下岩体的劣化。
进一步的，步骤5中可以通过升高加热丝14的温度，使膨胀水泥9内部的主要成分钙矾石失水变形，使膨胀水泥9失去承载能力，以模拟岩体内部应力受到扰动的情况。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种隧洞分步式开挖模拟装置，其特征在于：它包括中空结构的模拟隧洞（1），模拟隧洞（1）内部填充有岩体模拟层；岩体模拟层内埋设有***模拟装置，***模拟装置包括电磁层（3），电磁层（3）为电磁铁组成的中空圆柱体结构；电磁层（3）与外部的电磁铁强度控制仪连接；岩体模拟层的间隙中填充有膨胀水泥（9），膨胀水泥（9）内部埋设有加热丝（14）；岩体模拟层的间隙内，以及岩体模拟层与模拟隧洞（1）的交界处设置有多个数据收集装置；模拟隧洞（1）外部设置有声波仪；
上述隧洞分步式开挖模拟装置的使用方法的步骤如下：
Step1：实地勘测：通过实地勘测确定实际所需开挖隧洞区域的尺寸，按照10:1~15:1的比例进行比例缩小，确定模拟隧洞（1）的尺寸；通过实地采集原岩进行组分分析及强度测试，确定所模拟的原岩的强度和组分配比；
Step2：配比岩体模拟块：根据测出的模拟原岩的抗压强度和组分配比，使用水泥、砂、云母片、石膏和水来制作岩体模拟块（2）；通过增加水泥比例，减少砂和云母片的比例来适当降低岩体模拟块（2）的强度，或者减少水泥比例，增加砂和云母片的比例来适当增加岩体模拟块（2）的强度，从而对岩体模拟块（2）的强度进行微调，以尽量贴近实际原岩的强度参数；
Step3：浇筑岩体模拟块：使用制作好的模板，将配比好的模拟岩体配料进行浇筑；浇筑出的岩体模拟块（2）的最长边的长度为模拟隧洞（1）底边宽度的15%~20%；
Step4：模拟装置制作及监测仪器的布置：首先，制作中空的隧洞模型，在模拟隧洞（1）的边界处涂覆有机胶（8），有机胶（8）表面粘贴多个磁铁；
然后在模拟隧洞（1）内部从下往上层层填充外表面涂覆了有机胶（8）的岩体模拟块（2），来组成岩体模拟层；当填充到一半高度时，埋入多个电磁层（3），电磁层（3）的数量与预计模拟***的次数相同；随后继续填充岩体模拟块（2），直至填满模拟隧洞（1）；在填充过程中，每填入一层岩体模拟块（2），就在岩体模拟块之间的缝隙中注入膨胀水泥（9），同时在膨胀水泥（9）内布设加热丝（14）；同时随机在部分岩体模拟块（2）表面粘贴设置数据收集装置；每个电磁层（3）均通过伸出的导线与电磁铁强度控制仪独立连接；模拟隧洞（1）外部放置声波仪；
最后通过加热丝（14）对膨胀水泥（9）进行加热，以模拟岩体内部受到扰动的情况；
Step5：模拟开挖：待模拟装置内部应力稳定后，对隧洞分步式进行模拟开挖；
首先通过电磁铁强度控制仪调节其中一段电磁层（3）的磁性，使其磁性大幅加强，使该段电磁层（3）与它周围最近的设置在模拟隧洞（1）与岩体模拟层边界处的磁铁相互吸引，从而使边界处的磁铁对该段的岩体模拟层施加外力，造成岩体模拟层内部应力变化，促使岩体模拟块（2）以一定速度脱落，从而模拟实际开挖中通过***破坏岩体内部应力的过程；每个电磁层（3）可以独立控制，从而可以模拟现实中多次***的过程；
逐步将机胶溶解液（10）涂抹在所需开挖部分的岩体模拟层的间隙处，使岩体模拟块（2）表面相互粘黏的有机胶（8）溶解，使该部分岩体模拟块（2）脱落，并将脱落后的岩体模拟块（2）取出，以模拟岩体开挖；
Step6：数据监测及分析：通过压力传感器（15）和多点位移计（17）监测分步开挖过程中各部位的受力、应变及位移，同时可根据岩体模拟块（2）表面粘贴的应变片（16）所测量值计算其所受正应力及切应力；使用声波仪进行岩体声波测试探测岩体模拟块（2）的质量变化；对数据进行进一步分析，当模拟岩体所受应力根据实际开挖隧洞与模拟隧洞（1）比例按情况扩大后超过实际土体粘结力时，实际施工该处岩土体将会受到影响松动或脱落；当模拟隧洞（1）内某处突然出现较大应力集中或模拟岩块产生明显变形时表示该种开挖方式存在一定风险，可重新确定***次数等；同时可根据监测信息绘制出固定位置岩体随开挖产生的蠕变或变形的曲线，以此确定不同开挖方式、开挖速度等对其他部位岩土体的扰动及影响。
2.根据权利要求1所述的隧洞分步式开挖模拟装置，其特征在于：所述岩体模拟层包括多块相互堆叠的岩体模拟块（2）。
3.根据权利要求1所述的隧洞分步式开挖模拟装置，其特征在于：所述***模拟装置还包括埋设在模拟隧洞（1）内壁与岩体模拟层的边界处的多个磁铁，磁铁与电磁层（3）磁性相吸。
4.根据权利要求1所述的隧洞分步式开挖模拟装置，其特征在于：所述电磁层（3）有多个，每个电磁层（3）之间不相互接触，每个电磁层（3）独立与电磁铁强度控制仪连接；电磁层（3）外表面包裹有混凝土构成的刚度调节层（6），刚度调节层（6）外包裹有防水布。
5.根据权利要求1所述的隧洞分步式开挖模拟装置，其特征在于：所述数据收集装置包括多点位移计（17），多点位移计（17）一侧粘贴有应变片（16），多点位移计（17）另一侧粘贴有压力传感器（15）；压力传感器（15）、应变片（16）和多点位移计（17）通过防水布包裹成一个数据收集装置；多个数据收集装置粘贴在多个岩体模拟块（2）外表面，一个岩体模拟块（2）表面至多设置一个数据收集装置。
6.根据权利要求2所述的隧洞分步式开挖模拟装置，其特征在于：所述岩体模拟块（2）外表面均涂覆有机胶（8）；岩体模拟层与模拟隧洞（1）的交界处也涂覆有机胶（8）；涂覆了有机胶（8）的岩体模拟块（2）的间隙中填充膨胀水泥（9）。
7.根据权利要求1所述的隧洞分步式开挖模拟装置，其特征在于：所述Step 5中通过控制溶解的范围来模拟施工中水泡后的软化效应及***后岩体松动脱落等不同工况下岩体的劣化。
8.根据权利要求1所述的隧洞分步式开挖模拟装置，其特征在于：所述Step 5中通过升高加热丝（14）的温度，使膨胀水泥（9）内部的主要成分钙矾石失水变形，使膨胀水泥（9）失去承载能力，以模拟岩体内部应力受到扰动的情况。
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