CN114563278A - 一种新型隧道三维模型加载装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型隧道三维模型加载装置及试验方法，涉及隧道工程模拟试验技术领域。其包括安装装置、移动装置、高地应力加载装置、高地温模拟装置、湿度模拟装置、突水模拟装置和钻进装置。安装装置用于容纳隧道缩尺模型。高地应力加载装置能够伸入安装装置内并对隧道缩尺模型施加压力。高地温模拟装置设在安装装置的内壁上，高地温模拟装置用于在安装装置内模拟地热环境。湿度模拟装置用于调整安装装置内的湿度。突水模拟装置用于对隧道缩尺模型施加水压。钻进装置用于在隧道缩尺模型上钻进模拟隧道开挖。该新型隧道三维模型加载装置能够实现高水压、高地温、高湿环境和高地应力等的耦合，为研究地下工程灾变机理与破坏规律提供基础条件。
Description
技术领域
本发明涉及隧道工程模拟试验技术领域，尤其涉及一种新型隧道三维模型加载装置及试验方法。
背景技术
隧道工程施工时往往需要面临各种各样的地貌形态，例如盆地、丘陵和高原深切峡谷等跌宕起伏的地形，并且根据不同的地形也存在地底埋深较大处施工的施工段。因此，部分隧道工程面临高地温、高地应力等极为复杂的施工与运营环境。在高地应力、高地温等耦合作用下，隧道施工过程工程地质问题频发，如塌方冒顶、大变形和岩爆等。现有的施工措施及理论基础很难满足实际需求，而现有隧道缩尺模型试验加载装置均在常规大气环境下，无法满足隧道结构的高温及高地应力耦合加载的需求，同样也不具备高湿、高水压等极端环境模拟拓展能力，严重制约了高地温高地应力等极端环境下隧道灾变机理及防控基础理论的研究。隧道缩尺模型隧道缩尺模型
因此，亟需一种新型隧道三维模型加载装置及试验方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种新型隧道三维模型加载装置及试验方法，能够实现模拟高水压、高地温、高湿环境和高地应力等的耦合，为研究地下工程灾变机理与破坏规律提供基础条件。
为实现上述技术效果，本发明的技术方案如下：
一种新型隧道三维模型加载装置，包括：安装装置，所述安装装置用于容纳隧道缩尺模型；移动装置，所述移动装置用于驱动所述隧道缩尺模型移动至所述安装装置内；高地应力加载装置，所述高地应力加载装置设在所述安装装置的外侧，所述高地应力加载装置能够伸入所述安装装置内并对所述隧道缩尺模型施加压力；高地温模拟装置，所述高地温模拟装置设在所述安装装置的内壁上，所述高地温模拟装置用于在所述安装装置内模拟地热环境；湿度模拟装置，所述湿度模拟装置用于调整所述安装装置内的湿度；突水模拟装置，所述突水模拟装置用于对所述隧道缩尺模型施加水压；钻进装置，所述钻进装置用于在所述隧道缩尺模型上钻孔以模拟隧道开挖。
进一步地，所述安装装置包括：安装箱，所述安装箱限定出容纳所述隧道缩尺模型的容纳空间；观察板，所述观察板可拆卸地设在所述安装箱的敞开端，所述观察板上设有观察窗。
进一步地，所述安装箱的外壁上还设有加强结构。
进一步地，所述高地应力加载装置包括：加压驱动件，所述加压驱动件设在所述安装装置的外侧；多个压头，多个所述压头可拆卸地设在所述加压驱动件的输出端，所述安装装置的至少三个侧面均设有多个所述压头，所述加压驱动件能够驱动多个所述压头伸入所述安装装置内并对所述隧道缩尺模型施加压力。
进一步地，所述加压驱动件包括多个驱动油缸，所述高地应力加载装置还包括：压力源，所述压力源与多个所述驱动油缸连接，所述压力源用于对多个所述驱动油缸输入液压油；冷却组件，所述冷却组件用于冷却所述液压油。
进一步地，所述高地温模拟装置包括：加热件，所述加热件设在所述安装装置的内壁；隔热件，所述隔热件设在所述安装装置的外壁；温度控制组件，所述温度控制组件用于控制所述加热件的加热温度。
进一步地，所述移动装置包括：导轨，所述导轨的一端至少伸入所述安装装置内；底板，所述底板沿所述导轨的长度方向可活动地设在所述导轨上，所述底板用于承载所述隧道缩尺模型；限位件，所述限位件围设于所述底板上。
进一步地，所述钻进装置包括：支撑件；钻进件，所述钻进件设在所述支撑件上；钻头，所述钻头设在所述钻进件的输出端；钻进控制组件，所述钻进控制组件用于控制所述钻进件，以调整所述钻头的转速、所述钻头的钻进速度、所述钻头的钻进行程和所述钻头的钻进时间。
进一步地，所述突水模拟装置包括微型喷水件，所述微型喷水件设置于所述隧道缩尺模型的内部，所述微型喷水件的外壁设有多个喷水孔。
一种隧道缩尺模型的试验方法，基于前文所述的新型隧道三维模型加载装置，所述隧道缩尺模型的试验方法包括：检查所述新型隧道三维模型加载装置的工作性能，对标准试样进行预加载试验，判定所述新型隧道三维模型加载装置的性能正常；根据试验需求配制隧道缩尺模型的材料；通过分层夯实法制备所述隧道缩尺模型，并根据试验条件在隧道缩尺模型的不同高度设置传感器和突水模拟装置，并同时使用所述材料制备校准试件，测试所述校准试件的物理力学参数；将所述隧道缩尺模型安装于安装装置，再次调试所述新型隧道三维模型加载装置，判定所述新型隧道三维模型加载装置处于初始状态；根据试验条件，控制高地应力加载装置对所述隧道缩尺模型施加压力，直至所述高地应力加载装置的压力达到设计值，保持所述高地应力加载装置加载的压力值恒定，观察并记录所述隧道缩尺模型的形态破坏过程，并根据试验条件控制高地温模拟装置、湿度模拟装置、突水模拟装置和钻进装置处理所述隧道缩尺模型，同时获取检测到所述隧道缩尺模型的相关参数；导出检测数据并拆卸所述新型隧道三维模型加载装置，移动并拆解所述隧道缩尺模型；检测和维护所述新型隧道三维模型加载装置。
本发明的有益效果为：安装装置能够对隧道缩尺模型提供稳定的安装环境，以使安装装置内的隧道缩尺模型不易受到外界环境的影响，从而确保隧道缩尺模型在试验过程中仅会受到安装装置内的相关结构的影响，进而提高隧道缩尺模型的试验可靠性。移动装置便于将隧道缩尺模型输送至安装装置内，从而提高试验的自动化程度，提高测试的便捷性。高地应力加载装置能够对隧道缩尺模型施加不同的压力，以模拟实际的隧道受到不同的高地应力，进而根据隧道缩尺模型产生的性能变化而推测实际的隧道的性能变化；高地温模拟装置能够加热安装装置内的环境温度，以使隧道缩尺模型受到不同的加热效果，从而模拟实际的隧道受到不同地热温度，进而根据隧道缩尺模型产生的性能变化而推测实际的隧道的性能变化；湿度模拟装置能够调整安装装置内的环境湿度，以使隧道缩尺模型进入不同的湿度环境内，从而模拟实际的隧道的不同湿度环境，进而根据隧道缩尺模型产生的性能变化而推测实际的隧道的性能变化；突水模拟装置能够对安装装置内隧道缩尺模型施加不同参数的水压，以模拟实际的隧道在施工过程中受到不同的突水水压效果，进而根据隧道缩尺模型产生的性能变化而推测实际的隧道的性能变化。由此，根据本发明的新型隧道三维模型加载装置，能够通过高地应力加载装置、高地温模拟装置、湿度模拟装置、突水模拟装置模拟不同的隧道施工环境，实现模拟高水压、高地温、高湿环境和高地应力等的耦合，并通过钻进装置模拟隧道在不同环境下的施工过程，从而为研究地下工程灾变机理与破坏规律提供基础条件。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是本发明具体实施方式提供的新型隧道三维模型加载装置的局部结构示意图；
图2是本发明具体实施方式提供的新型隧道三维模型加载装置的局部结构侧视图；
图3是本发明具体实施方式提供的安装装置和移动装置的结构示意图；
图4是本发明具体实施方式提供的隧道缩尺模型的试验方法的流程图。
附图标记
1、安装装置；11、安装箱；12、观察板；121、观察窗；13、加强结构；14、螺栓；
3、高地应力加载装置；31、钻进件；32、钻头；
2、移动装置；21、导轨；22、底板；
4、高地温模拟装置；41、加热件；42、隔热件。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
下面参考图1-图3描述本发明实施例的新型隧道三维模型加载装置的具体结构。
如图1-图3所示，图1公开了一种新型隧道三维模型加载装置，其包括安装装置1、移动装置2、高地应力加载装置3、高地温模拟装置4、湿度模拟装置、突水模拟装置和钻进装置。安装装置1用于容纳隧道缩尺模型。移动装置2用于驱动隧道缩尺模型移动至安装装置1内。高地应力加载装置3设在安装装置1的外侧，高地应力加载装置3能够伸入安装装置1内并对隧道缩尺模型施加压力。高地温模拟装置4设在安装装置1的内壁上，高地温模拟装置4用于在安装装置1内模拟地热环境。湿度模拟装置用于调整安装装置1内的湿度。突水模拟装置用于对隧道缩尺模型内部施压水压。钻进装置用于在隧道缩尺模型上钻进模拟隧道开挖。
可以理解的是，安装装置1能够对隧道缩尺模型提供稳定的安装环境，以使安装装置1内的隧道缩尺模型不易受到外界环境的影响，从而确保隧道缩尺模型在试验过程中仅会受到安装装置1内的相关结构的影响，进而提高隧道缩尺模型的试验可靠性。移动装置2便于将隧道缩尺模型输送至安装装置1内，从而提高试验的自动化程度，提高测试的便捷性。高地应力加载装置3能够对隧道缩尺模型施加不同的压力，以模拟实际的隧道受到不同的高地应力，进而根据隧道缩尺模型产生的性能变化而推测实际的隧道的性能变化；高地温模拟装置4能够加热安装装置1内的环境温度，以使隧道缩尺模型受到不同的加热效果，从而模拟实际的隧道受到不同地热温度，进而根据隧道缩尺模型产生的性能变化而推测实际的隧道的性能变化；湿度模拟装置能够调整安装装置1内的环境湿度，以使隧道缩尺模型进入不同的湿度环境内，从而模拟实际的隧道的不同湿度环境，进而根据隧道缩尺模型产生的性能变化而推测实际的隧道的性能变化；突水模拟装置能够对安装装置1内隧道缩尺模型施加不同参数的水压，以模拟实际的隧道在施工过程中受到不同的突水水压效果，进而根据隧道缩尺模型产生的性能变化而推测实际的隧道的性能变化。
由此，根据本实施例的新型隧道三维模型加载装置，能够通过高地应力加载装置3、高地温模拟装置4、湿度模拟装置、突水模拟装置模拟不同的隧道施工环境，实现模拟地下水、高地热、高湿环境和高地应力等的耦合，并通过钻进装置模拟隧道在不同环境下的施工过程，从而为研究地下工程灾变机理与破坏规律提供基础条件。
在一些实施例中，如图1和图3所示，安装装置1包括安装箱11和观察板12。安装箱11限定出容纳隧道缩尺模型的容纳空间。观察板12可拆卸地设在安装箱11的敞开端，观察板12上设有观察窗121。
可以理解的是，安装箱11内的容纳空间便于实现隧道缩尺模型的安装，安装箱11与观察板12的可拆卸设置也有利于在隧道缩尺模型安装完毕后形成封闭的容纳空间，以提高模拟不同环境时的可靠性。观察板12既能起到封闭效果，又能便于操作人员通过观察窗121观察隧道缩尺模型在容纳空间内的实时变化，以提高测试便捷性；此外，观察窗121也能够取下，以便于钻进装置通过观察板12对隧道缩尺模型进行钻孔开挖。
具体地，安装箱11包括底座、上顶板、左侧板、右侧板和后壁板，左侧板、右侧板和后壁板焊接连接于底座和上顶板上，观察板12通过螺栓14等连接结构可拆卸地与左侧板和右侧板连接，从而便于在安装和拆卸隧道缩尺模型时拆卸。
具体地，观察窗121包括高强树脂板，高强树脂板通过螺栓14等连接结构可拆卸地设在观察板12上，以便于拆卸后实现钻进装置对隧道缩尺模型进行钻孔开挖。
在一些实施例中，如图1所示，安装箱11的外壁上还设有加强结构13。
可以理解的是，加强结构13能够有效提高安装箱11的强度，从而确保安装箱11在高地应力加载装置3、高地温模拟装置4、湿度模拟装置、突水模拟装置进行多次作业后仍然保持良好的强度。
具体地，加强结构13包括网格式肋板结构。
具体地，安装箱11的上顶板、左侧板、右侧板和后壁板均设有加强结构13。
在一些实施例中，如图1和图2所示，高地应力加载装置3包括加压驱动件和多个压头，加压驱动件设在安装装置1的外侧。多个压头可拆卸地设在加压驱动件的输出端，安装装置1的至少三个侧面均设有多个压头，加压驱动件能够驱动多个压头伸入安装装置1内并对隧道缩尺模型施加压力。
可以理解的是，由于加压驱动件设在安装装置1的外侧，使得加压驱动件不会受到安装装置1内部的高温高湿等环境的影响，同时加压驱动件又能驱动压头伸入安装装置1内，从而确保加压驱动件能够驱动压头实现加压效果。压头与加压驱动件可拆卸连接，则能够便于根据不同尺寸的隧道缩尺模型调整不同尺寸的压头，以更好的模拟实际的隧道受到的应力条件，从而进一步提高测试的可靠性。在安装装置1的至少三个侧面均设有多个压头，则能够至少从X轴、Y轴和Z轴方向对隧道缩尺模型施加压力，进而能够模拟出多种不同方向的压力，有效提高了试验的调整范围，提高试验结果的可靠性。
具体地，安装装置1的后方、左侧和上侧均设有多个压头。
具体地，安装装置1外侧设有安装架，加压驱动件设在安装架上。
在一些实施例中，加压驱动件包括多个驱动油缸，高地应力加载装置3还包括压力源和冷却组件。压力源与多个驱动油缸连接，压力源用于对多个驱动油缸输入液压油。冷却组件用于冷却液压油。
可以理解的是，加压油缸的设置，使得操作人员能够便于通过液压伺服控制模块实现对各个加压油缸的精准调控，从而实现对隧道缩尺模型的精准稳步加压效果。压力源能够设置为高性能电动增压泵、充油泵等结构，能够实现长时间运行加载效果，从而满足绝大部分试验的需求。
冷却组件能够冷却液压油，以较好地保证加压的可靠性。具体地，冷却组件包括高性能板式冷却器，可以通过高校的冷热交换而实现液压油快速降温。由此，通过驱动油缸和冷却组件的配合，相对电机或气缸等驱动结构而言，能够实现更精准的加压效果和加压精度，能够实现长时间的加压，从而进一步提高试验可靠性和试验范围。
在一些具体的实施例中，如图2所示，多个驱动油缸分为三组油缸组，三组油缸组均包括九个驱动油缸，九个驱动油缸呈三行三列分布，具有较好的适用性。
在一些实施例中，如图1所示，高地温模拟装置4包括加热件41、隔热件42和温度控制组件。加热件41设在安装装置1的内壁。隔热件42设在安装装置1的外壁。温度控制组件用于控制加热件41的加热温度。
可以理解的是，设置于安装装置1的内壁能够直接对安装装置1内的隧道缩尺模型起到加热效果，以模拟实际的隧道受到的地热。隔热件42能起到较好的隔热效果，以确保加热件41实现对安装装置1内的稳定加热。温度控制组件能够便于操作人员根据实际加热需求进行加热，也能够便于操作人员实时监测加热温度。
具体地，加热件41包括贴附式加热板，其便于在安装装置1的各个内壁安装。隔热件42包括保温隔热板，具体由隔热材料和隔热气泡膜组合形成，其具有较好的隔热效果。
在一些实施例中，如图3所示，移动装置2包括导轨21、底板22和限位件。导轨21的一端至少伸入安装装置1内。底板22沿导轨21的长度方向可活动地设在导轨21上，底板22用于承载隧道缩尺模型。限位件围设于底板22上。
可以理解的是，限位件能够起到限位效果，从而确保隧道缩尺模型不会相对底板22移动，以较好地保证了隧道缩尺模型通过底板22沿导轨21移动的可靠性。通过上述导轨21、底板22和限位件的配合即可较好地实现隧道缩尺模型在安装装置1内的拆装，提高试验结果可靠性，降低实验误差。
具体地，限位件包括多个拼接式围挡，多个拼接式围挡依次通过滑槽和凸台结构实现快速拼接，以提高移动装置2的拆装效率。同时，多个拼接式围挡还通过螺栓等结构与底板22可拆卸连接。
在一些实施例中，钻进装置包括支撑件、钻进件31、钻头32和钻进控制组件。钻进件31设在支撑件上。钻头32设在钻进件31的输出端。钻进控制组件用于控制钻进件31，以调整钻头32的转速、钻头32的钻进速度、钻头32的钻进行程和钻头32的钻进时间。
可以理解的是，支撑件能够较好地保证钻进件31驱动钻头32开挖时候的稳定性，以较好地保证钻进装置的开挖可靠性，确保其能按预设试验工况进行钻孔。钻进控制组件能够实现对钻头32的转速、钻头32的钻进速度、钻头32的钻进行程和钻头32的钻进时间的精准控制，以进一步确保钻进满足试验需求。
具体地，支撑件包括钻台支架，钻台支架为钢架结构。
具体地，钻头32为异形钻头32，以实现圆形、马蹄形等不同形状的断面开挖需求，从而进一步提高隧道缩尺模型的试验范围。
在一些实施例中，突水模拟装置包括微型喷水件，微型喷水件设置于隧道缩尺模型的内部，微型喷水件的外壁设有多个喷水孔。
可以理解的是，通过将微型喷水件设置在隧道缩尺模型内部，使得水能够进入微型喷水件再由多个喷水孔喷出，再喷入隧道缩尺模型内部，从而模拟实际的隧道的突水现象。
具体地，微型喷水件可以设置多个，多个微型喷水件的长度方向可以具有多种，多个喷水孔可以具有多种孔径，从而能符合多种试验需求。
在一些实施例中，湿度模拟装置包括加湿喷雾接头，通过加湿喷雾接头即可较好地实现调整湿度的效果，在本发明的其他实施例中，湿度模拟装置还可以直接采用现有的湿度调节结构，在此无须赘述。
如图4所示，本发明还公开了一种隧道缩尺模型的试验方法，基于前文所述的新型隧道三维模型加载装置，其包括下述步骤：
S1、检查新型隧道三维模型加载装置的工作性能，对标准试样进行预加载试验，判定新型隧道三维模型加载装置的性能正常；
S2、根据试验需求配制隧道缩尺模型的材料；
S3、通过分层夯实法制备隧道缩尺模型，并根据试验条件在隧道缩尺模型的不同高度设置传感器和突水模拟装置，并同时使用材料制备校准试件，测试校准试件的物理力学参数；
S4、将隧道缩尺模型安装于安装装置1，再次调试新型隧道三维模型加载装置，判定新型隧道三维模型加载装置处于初始状态；
S5、根据试验条件，控制高地应力加载装置3对隧道缩尺模型施加压力，直至高地应力加载装置3的压力达到设计值，保持高地应力加载装置3加载的压力值恒定，观察并记录隧道缩尺模型的形态破坏过程，并根据试验条件控制高地温模拟装置4、湿度模拟装置、突水模拟装置和钻进装置处理隧道缩尺模型，同时获取检测到隧道缩尺模型的相关参数；
S6、导出检测数据并拆卸新型隧道三维模型加载装置，移动并拆解隧道缩尺模型；
S7、检测和维护所述新型隧道三维模型加载装置。
可以理解的是，在步骤S1中，通过检查工作性能能够较好地保证试验进行的可靠性。具体地，需要对新型隧道三维模型加载装置的液压***、电控***等工作性能进行检查，对安装装置1及其基础的完整性能进行检查；具体地，标准试样能够设置为金属块体，通过对金属块体进行预加载试验，能够进一步检测评估整个***的工作性能，以及时发现并解决新型隧道三维模型加载装置存在的问题。
在步骤S2中，根据实际试验需求制备材料即可。具体地，根据试验需求确定模型试验物理力学参数的基本相似比，采用天然材料(石膏粉、石英砂、重晶石粉等)、人工材料(水泥、氧化锌、松香等)和粘结剂(石蜡、树脂等)按一定配比范围配置相似材料，并开展基本的物理力学试验来得到满足试验需求合理配比，材料的具体配比可以经过多次试验得到，以确保试验的可靠性和降低试验误差。
示例性地，以土砂比3:7、水泥掺量5％、石膏粉掺量3％和含水量10％配置1:40Ⅳ级围岩相似材料后，并通过直剪、三轴试验校验材料。当然，在本发明的其他实施例中，材料的具体制备参数也可以根据实际需求进行更换，无须进行具体限定。
在步骤S3中，将原型工程按一定比例尺缩小后，采用材料制作隧道缩尺模型，从而能够通过新型隧道三维模型加载装置较好地模拟原型工程所处的应力状态。此外，由于为了获取试验数据，通过分层夯实法制备隧道缩尺模型能够较好地满足在隧道缩尺模型内设置传感器以及突水模拟装置的需求。具体地，夯实器从合适坠落落下进行逐层压实，以保证试样的均匀性，并根据检测及试验模拟工况的需求，在相应高度布设传感器或进行突水模拟装置埋设。此外，通过测试校准试件的物理力学参数能够进一步实现对隧道缩尺模型的物理力学参数的校核与评估。
步骤S4-步骤S6则可以较好地保证试验的顺利进行，确保试验的可靠性。
在步骤S7中，能够在试验完成后对新型隧道三维模型加载装置各***工作性能及完整性进行分析评估，对于易损件需及时进行保养维护，不满足使用需求的进行及时更换，以较好地保证下次试验的快速进行。
此外，根据本发明实施例的隧道缩尺模型的试验方法，由于具有前文所述的新型隧道三维模型加载装置，能够便于模拟地下水、高地热、高湿环境和高地应力等耦合，为研究地下工程灾变机理与破坏规律提供基础条件。
在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种新型隧道三维模型加载装置，其特征在于，包括：
安装装置(1)，所述安装装置(1)用于容纳隧道缩尺模型；
移动装置(2)，所述移动装置(2)用于驱动所述隧道缩尺模型移动至所述安装装置(1)内；
高地应力加载装置(3)，所述高地应力加载装置(3)设在所述安装装置(1)的外侧，所述高地应力加载装置(3)能够伸入所述安装装置(1)内并对所述隧道缩尺模型施加压力；
高地温模拟装置(4)，所述高地温模拟装置(4)设在所述安装装置(1)的内壁上，所述高地温模拟装置(4)用于在所述安装装置(1)内模拟地热环境；
湿度模拟装置，所述湿度模拟装置用于调整所述安装装置(1)内的湿度；
突水模拟装置，所述突水模拟装置用于对所述隧道缩尺模型施加水压力；
钻进装置，所述钻进装置用于在所述隧道缩尺模型上钻进模拟隧道开挖。
2.根据权利要求1所述的新型隧道三维模型加载装置，其特征在于，所述安装装置(1)包括：
安装箱(11)，所述安装箱(11)限定出容纳所述隧道缩尺模型的容纳空间；
观察板(12)，所述观察板(12)可拆卸地设在所述安装箱(11)的敞开端，所述观察板(12)上设有观察窗(121)。
3.根据权利要求2所述的新型隧道三维模型加载装置，其特征在于，所述安装箱(11)的外壁上还设有加强结构(13)。
4.根据权利要求1所述的新型隧道三维模型加载装置，其特征在于，所述高地应力加载装置(3)包括：
加压驱动件，所述加压驱动件设在所述安装装置(1)的外侧；
多个压头，多个所述压头可拆卸地设在所述加压驱动件的输出端，所述安装装置(1)的至少三个侧面均设有多个所述压头，所述加压驱动件能够驱动多个所述压头伸入所述安装装置(1)内并对所述隧道缩尺模型施加压力。
5.根据权利要求4所述的新型隧道三维模型加载装置，其特征在于，所述加压驱动件包括多个驱动油缸，所述高地应力加载装置(3)还包括：
压力源，所述压力源与多个所述驱动油缸连接，所述压力源用于对多个所述驱动油缸输入液压油；
冷却组件，所述冷却组件用于冷却所述液压油。
6.根据权利要求1所述的新型隧道三维模型加载装置，其特征在于，所述高地温模拟装置(4)包括：
加热件(41)，所述加热件(41)设在所述安装装置(1)的内壁；
隔热件(42)，所述隔热件(42)设在所述安装装置(1)的外壁；
温度控制组件，所述温度控制组件用于控制所述加热件(41)的加热温度。
7.根据权利要求1所述的新型隧道三维模型加载装置，其特征在于，所述移动装置(2)包括：
导轨(21)，所述导轨(21)的一端至少伸入所述安装装置(1)内；
底板(22)，所述底板(22)沿所述导轨(21)的长度方向可活动地设在所述导轨(21)上，所述底板(22)用于承载所述隧道缩尺模型；
限位件，所述限位件围设于所述底板(22)上。
8.根据权利要求1所述的新型隧道三维模型加载装置，其特征在于，所述钻进装置包括：
支撑件；
钻进件(31)，所述钻进件(31)设在所述支撑件上；
钻头(32)，所述钻头(32)设在所述钻进件(31)的输出端；
钻进控制组件，所述钻进控制组件用于控制所述钻进件(31)，以调整所述钻头(32)的转速、所述钻头(32)的钻进速度、所述钻头(32)的钻进行程和所述钻头(32)的钻进时间。
9.根据权利要求1所述的新型隧道三维模型加载装置，其特征在于，所述突水模拟装置包括微型喷水件，所述微型喷水件设置于所述隧道缩尺模型的内部，所述微型喷水件的外壁设有多个喷水孔。
10.一种隧道缩尺模型的试验方法，其特征在于，基于权利要求1-9中任一项所述的新型隧道三维模型加载装置，所述隧道缩尺模型的试验方法包括：
检查所述新型隧道三维模型加载装置的工作性能，对标准试样进行预加载试验，判定所述新型隧道三维模型加载装置的性能正常；
根据试验需求配制隧道缩尺模型的材料；
通过分层夯实法制备所述隧道缩尺模型，并根据试验条件在隧道缩尺模型的不同高度设置传感器和突水模拟装置，并同时使用所述材料制备校准试件，测试所述校准试件的物理力学参数；
将所述隧道缩尺模型安装于安装装置(1)，再次调试所述新型隧道三维模型加载装置，判定所述新型隧道三维模型加载装置处于初始状态；
根据试验条件，控制高地应力加载装置(3)对所述隧道缩尺模型施加压力，直至所述高地应力加载装置(3)的压力达到设计值，保持所述高地应力加载装置(3)加载的压力值恒定，观察并记录所述隧道缩尺模型的形态破坏过程，并根据试验条件控制高地温模拟装置(4)、湿度模拟装置、突水模拟装置和钻进装置处理所述隧道缩尺模型，同时获取检测到所述隧道缩尺模型的相关参数；
导出检测数据并拆卸所述新型隧道三维模型加载装置，移动并拆解所述隧道缩尺模型；
检测和维护所述新型隧道三维模型加载装置。
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