CN116298211A - 一种模拟近接隧洞中夹含水层开挖侵蚀的试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟近接隧洞中夹含水层开挖侵蚀的试验装置及方法，属隧道试验技术领域，包括可视化模型箱、隧道施工模拟***、渗流控制***和数字采集及高速摄像***；所述可视化模型箱是由透明有机玻璃制成的方形箱体；所述隧道施工模拟***包括气囊和开挖控制设备；所述透明土箱内填筑近接隧洞中夹含水土层相似材料；所述渗流控制***由移动水箱、水位高度控制装置和集渣集液箱组成；试验时，通过气囊卸载方式模拟近接隧洞开挖过程，并通过激光器和高速摄像机监测开挖模拟过程中中夹含水层侵蚀颗粒的流动过程；本发明可实现近接隧洞中夹含水质地层开挖侵蚀过程的可视化模拟，更好地还原近接隧洞中夹地层含水土体的渗流侵蚀过程。
Description
技术领域
本发明属于隧道试验技术领域，具体涉及一种模拟近接隧洞中夹含水层开挖侵蚀的试验装置及方法。
背景技术
近年来，随着我国国民经济的快速发展，以交通为主体的基础设施建设规模逐渐扩大，我国已成为世界上隧道修建规模与难度最大的国家。为满足设计及使用功能的要求，经常会采用近接隧洞的形式进行并行隧道的施工。近接隧洞因其具有受地形条件以及总体线路线型的限制较小，施工工艺简单、造价易于控制等诸多优点，因此在我国隧道的设计和建设中被广泛采用，并逐渐成为解决特殊地质地形条件下各种结构型式衔接和土地资源合理利用等问题的有效构型。
伴随着我国地下空间开发工作的持续深入，涌现出越来越多地质条件和周围环境极其复杂的近接隧洞工程。而在这些不良地质条件中，含水土质地层是其中的典型代表。工程上一般会采用注浆或排水等手段对近接隧洞施工区段地下水进行预处理，然而在施工过程中常常出现地层降水或超前堵水对地下水阻隔效果不佳、地表或地层径流水回灌、降雨水流入渗等现象，导致有一定量地下水涌进隧道，引起隧道塌方、涌水溃砂等事故发生。
近接隧洞在含水土层中施工时往往不能忽略地下水的影响。近接隧洞的中夹地层厚度较小，是隧道整体结构中的最薄弱位置，其本身具有结构受力复杂，施工工序繁多，围岩应力变化频繁等特点；此外，含水地层中土体的胶结力差，强度低，水流容易在有泄压通道的情况下形成动水，造成水和砂的同步流动。当近接隧洞在施工过程中遇到地下水时，中夹含水土层将受到施工扰动和地下水侵蚀的双重作用，极易造成中夹土层坍塌，从而给近接隧洞安全施工带来挑战。
近接隧洞在含水土质地层中开挖时，中夹含水土层极易产生涌水溃砂等灾害性事故，在工程上往往具有预警时间短及难以有效治理等特性。因此，采用模型试验的方法研究近接隧洞中夹含水土层开挖侵蚀特性具有重要的理论和现实意义。然而，现有的近接隧洞开挖模拟试验装置和方法在研究含水土质地层侵蚀过程和破坏特性时没有充分考虑近接隧洞施工引起的卸荷效应对中夹含水土层侵蚀演化特性的影响，对于近接隧洞中夹含水土层开挖侵蚀过程的模拟还不够精确，致使模型试验结果缺乏说服力。本发明公开了一种模拟近接隧洞中夹含水层开挖侵蚀的试验装置及方法，可实现含水土质地层近接隧洞中夹地层开挖侵蚀过程的可视化模拟，有助于研究流力耦合效应对近接隧洞中夹地层稳定性的影响。
发明内容
本发明的目的是针对当前含水地层中近接隧洞中夹地层开挖侵蚀试验装置的不足，提供了一种模拟近接隧洞中夹含水层开挖侵蚀的试验装置及方法，有效地解决了目前试验装置对近接隧洞交替开挖及渗流作用模拟适应性差，以及无法定量、准确地模拟近接隧洞中夹含水土层的侵蚀演化过程的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种模拟近接隧洞中夹含水层开挖侵蚀的试验装置及方法，包括可视化模型箱、隧道施工模拟***、渗流控制***和数字采集及高速摄像***。
所述可视化模型箱由上部集液腔、下部集液腔、透明土箱和气囊室构成，所述透明土箱设置在可视化模型箱中间位置，内部盛放近接隧洞中夹含水土层相似材料。
所述隧道施工模拟***由气囊和开挖控制设备构成，所述气囊下部侧壁上安装有圆形金属法兰，所述金属法兰与橡胶软管连接。
所述开挖控制设备由空压机和气压计组成，所述空压机和气囊之间由橡胶软管相连。
所述渗流控制***由移动水箱、水位高度控制装置及集渣集液箱组成，所述移动水箱通过进水管和上部集液腔相连，所述集渣集液箱通过排渣塑料管与下部集液腔相连。
所述水位高度控制装置由可移动底座、支架、斜撑、置物平台、刻度尺、竖向齿条、水平齿条、手摇柄和手摇柄固定装置组成。
所述数字采集及高速摄像***由激光器、高速摄像机和计算机组成，所述激光器用于获取中夹含水土层相似材料不同位置处切面图像，所述高速摄像机用于拍摄切图像中颗粒及液体运移情况。
所述计算机与激光器和高速摄像机相连接。
进一步，所述透明土箱的长度为200毫米，宽度为200毫米，高度为300毫米。
所述上部集液腔设置在透明土箱上部，其长度为200毫米，宽度为200毫米，高度为50毫米，上部集液腔顶部开孔连接进水管，上部集液腔与透明土箱之间设置开孔透水上隔板。
所述气囊室设置于透明土箱的两侧，其长度为100毫米，宽度为200毫米，高度为300毫米，气囊室与透明土箱之间设置有透明橡胶隔板。
所述下部集液腔设置在透明土箱的下部，所述下部集液腔与透明土箱之间设置开孔透水下隔板。
进一步，所述开孔透水上隔板的长度为200毫米，宽度为200毫米，其开孔孔径能够保证液体顺利通过，而中夹含水层相似材料中的熔融石英砂则无法通过，所述开孔透水下隔板的长度为400毫米，宽度为200毫米，开孔孔径允许液体和颗粒顺利通过。
所述透明橡胶隔板的厚度为3毫米到5毫米不等，实验过程中允许透明橡胶隔板产生一定的微小变形量，所述橡胶隔板可制作成不透水隔板、只透水开孔橡胶隔板及透水透砂开孔隔板。
所述下部集液腔的长度为400毫米，宽度为200毫米，高度为50毫米。
进一步，所述气囊由透明橡胶制成并安放在气囊室内，单个气囊的长度为100毫米，宽度为200毫米，高度为300毫米。
进一步，所述刻度尺安装在支架上，所述置物平台上放置有移动水箱，通过记录置物平台的高度即可确定移动水箱内水头的高度。
进一步，所述可视化模型箱是由透明有机玻璃制成的方形箱体，所述中夹含水土层相似材料由熔融石英砂和乙醇蒸馏水混合搅拌配置而成。
本发明还公开一种模拟近接隧洞中夹含水层开挖侵蚀的试验装置的试验方法，包括以下步骤：
1）将熔融石英砂和乙醇蒸馏水混合搅拌，配置中夹含水土层相似材料，并将其倒入透明土箱中，同时在移动水箱内的流体中添加荧光剂。
2）设计试验方案，确定近接隧洞的埋置深度，计算对应埋深处的围岩初始应力，关闭排气阀门，打开充气阀门，通过空压机给两侧气囊充气，在充气的过程中通过气压计实时读取气囊内的充气压力，直至气压达到模拟工况所对应的初始地应力，之后关闭充气阀门，保持两侧气囊内气体压力稳定，之后通过水位高度控制装置调整移动水箱的高度，设置试验工况所需要的水头高度。
3）打开进水阀门，使移动水箱中的流体流入上部集液腔中，并使上部集液腔中的流体通过开孔透水上隔板流入透明土箱内部。
4）透明土箱中的液体通过开孔透水下隔板流入下部集液腔中，后经由通过排渣塑料管最终流入集渣集液箱当中，待液体流动趋于稳定后，打开排气阀门，通过控制气囊的放气顺序和放气速率模拟近接隧洞的交替开挖卸载过程。
5）在气囊卸载过程中通过数字采集及高速摄像***实时监测透明土箱内中夹含水土层相似材料的颗粒运移及液体流动侵蚀情况，并通过与数字采集及高速摄像***相连的计算机记录和存储相关监测数据。
6）待气囊卸载完成后，关闭排气阀门，并重复上述过程，通过使移动水箱上升或下降来改变水头高度，从而完成不同流体流速工况下的试验过程，还可通过更换透明橡胶隔板来完成不同衬砌结构工况的试验过程，即通过设置不透水橡胶隔板来模拟近接隧洞支护结构防水性良好的工况，通过设置只允许液体通过的开孔橡胶隔板来模拟隧道开挖后中夹地层有液体渗流进入隧道内的工况，通过设置同时允许液体和熔融石英砂通过的开孔橡胶隔板来模拟隧道开挖后中夹地层有土体-液体混合多向介质进入隧道内的工况。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的一种模拟近接隧洞中夹含水层开挖侵蚀的试验装置及方法充分考虑了含水土质地层中近接隧洞开挖引起的卸荷效应对中夹含水层侵蚀演化特性的影响，克服了传统开挖试验装置无法同时模拟近接隧洞交替开挖卸载作用及渗流作用对中夹含水土层的扰动影响过程，更好地还原和模拟了含水土质地层中近接隧洞的实际施工过程，从而使试验过程更加真实，试验结果更加可靠。
2、本发明的一种模拟近接隧洞中夹含水层开挖侵蚀的试验装置及方法可定量、准确地模拟近接隧洞中夹含水层的侵蚀演化过程，能够实现开挖卸荷影响下中夹含水层试样内部任意位置切面处的颗粒运移及液体流动可视化模拟，更真实地还原了近接隧洞中夹含水土层的开挖侵蚀全过程，通过改变水头高度和更换透明土箱两侧的透明橡胶隔板可实现近接隧洞开挖的多工况模拟，有助于深入研究流力耦合效应对近接隧洞中夹地层稳定性的影响。
附图说明
图1为近接隧洞中夹含水层开挖侵蚀试验装置结构图；
图2为开孔透水上隔板示意图；
图3为气囊结构示意图；
图4为水位高度控制装置示意图。
图中，1.上部集液腔，2.下部集液腔，3.透明土箱，4.气囊室，5.中夹含水土层相似材料，6.进水管，7.开孔透水上隔板，8.气囊，9.透明橡胶隔板，10.开孔透水下隔板，11.排渣塑料管，12.集渣集液箱，13.金属法兰，14.橡胶软管，15.空压机，16.气压计，17.排气阀门，18.充气阀门，19.移动水箱，20.可移动底座，21.支架，22.斜撑，23.置物平台，24.刻度尺，25.竖向齿条，26.水平齿条，27.手摇柄，28.手摇柄固定装置，29.激光器，30.高速摄像机，31.计算机，32.进水阀门。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1
参见图1，本实施例公开一种模拟近接隧洞中夹含水层开挖侵蚀的试验装置及方法，包括可视化模型箱、隧道施工模拟***、渗流控制***和数字采集及高速摄像***。
所述可视化模型箱是由透明有机玻璃制成的方形箱体，由上部集液腔1、下部集液腔2、透明土箱3和气囊室4构成。透明土箱3设置在可视化模型箱中间位置，内部盛放近接隧洞中夹含水土层相似材料5，中夹含水土层相似材料5由熔融石英砂和乙醇蒸馏水混合搅拌配置而成；透明土箱3的长度为200毫米，宽度为200毫米，高度为300毫米；透明土箱3上部设置有上部集液腔1，上部集液腔1的长度为200毫米，宽度为200毫米，高度为50毫米，上部集液腔1顶部开孔连接进水管6，上部集液腔1的主要作用是盛放上部来水，减小由进水管6流入的液体对透明土箱内中夹含水土层相似材料5的直接冲刷，上部集液腔1与透明土箱3之间设置开孔透水上隔板7。
参见图2，所述开孔透水上隔板7的长度为200毫米，宽度为200毫米，其开孔孔径能够保证液体顺利通过，而中夹含水土层相似材料5中的熔融石英砂则无法通过。
所述气囊室4设置于透明土箱3的两侧，主要作用是用于安放气囊8，每个气囊室4的长度为100毫米，宽度为200毫米，高度为300毫米，气囊室4与透明土箱3之间设置有透明橡胶隔板9。透明橡胶隔板9可制作成不透水隔板、只透水开孔橡胶隔板及透水透砂开孔橡胶隔板，试验时可根据设计工况进行更换。透明橡胶隔板9的厚度为3毫米到5毫米不等，实验过程中允许透明橡胶隔板9产生一定的微小变形量。
所述下部集液腔2设置在透明土箱3的下部，下部集液腔2的长度为400毫米，宽度为200毫米，高度为50毫米。下部集液腔2与透明土箱3之间设置开孔透水下隔板10，开孔透水下隔板10的长度为400毫米，宽度为200毫米，开孔孔径允许液体和颗粒顺利通过。下部集液腔2底部开孔并连接排渣塑料管11，试验产生的渣体通过排渣塑料管11排放至集渣集液箱12之中。
所述隧道施工模拟***由气囊8和开挖控制设备构成。参见图3，所述气囊8由透明橡胶制作而成，气囊8为长方体形状，单个气囊8的尺寸与气囊室4的内部尺寸相同，气囊8的长度为100毫米，宽度为200毫米，高度为300毫米，气囊8的气压承载力不低于10kPa，气囊8下部侧壁上安装有圆形金属法兰13，金属法兰13中间开孔并连接有橡胶软管14，橡胶软管14作为气囊8的进气与排气通道，试验时通过气囊卸载的方式模拟隧道开挖过程。
所述开挖控制设备由空压机15和气压计16组成。空压机15和气囊8之间由橡胶软管14相连。气囊8经由空压机15充气并通过透明土箱3两侧的透明橡胶隔板9给中夹含水土层相似材料5施加压力，来模拟隧道开挖前地层内部的初始应力。通过排气阀门17控制两个气囊8的放气顺序和放气速率来模拟近接隧洞的交替开挖卸载工况。安装在橡胶软管14上的气压计16可以实时监测气囊8内的气体压力。
所述渗流控制***由移动水箱19、水位高度控制装置及集渣集液箱12三个部分组成。移动水箱19通过进水管6和上部集液腔1相连，集渣集液箱12通过排渣塑料管11与下部集液腔2相连。集渣集液箱12用于收集试验时产生的渗流液体和侵蚀颗粒。
参见图4，所述水位高度控制装置由可移动底座20、支架21、斜撑22、置物平台23、刻度尺24、竖向齿条25、水平齿条26、手摇柄27和手摇柄固定装置28组成。支架21呈倒L形，支架21下部和可移动底座20相连，支架21上部安装手摇柄固定装置28，支架21侧边安装斜撑22以保持支架21的整体稳定性，支架21另一侧变安装有刻度尺24，刻度尺24用于记录置物平台23的高度。置物平台23与刻度尺24滑动相连，可沿着刻度尺24上下滑动。手摇柄固定装置28安装在支架21上部，用于固定手摇柄27和水平齿条26的位置。水平齿条26和手摇柄27相连，并与竖向齿条25正交相接。竖向齿条25一端与置物平台23固定相连。手摇柄27和水平齿条26共同转动时带动竖向齿条25上下移动，从而可使置物平台23产生高度位置变化。置物平台23上放置有移动水箱19，通过记录置物平台23的高度即可确定移动水箱19内水头的高度。水箱高度控制装置用于调节液体流量和试验时所需要的水头高度。
所述数字采集及高速摄像***由激光器29、高速摄像机30和计算机31组成。激光器29主要提供不同亮度的激光源，试验时通过移动激光器29的位置，可在中夹含水土层相似材料5试样内部不同位置处产生二维“切片”。高速摄像机30在试验过程中实时拍摄中夹含水土层相似材料5试样内部任意二维“切片”中颗粒运移及液体流动情况。计算机31与激光器29和高速摄像机30相连接，用于控制和记录数据。
本实施例可实现含水土质地层近接隧洞中夹地层开挖侵蚀过程的可视化模拟，真实地还原了近接隧洞交替开挖卸荷影响下，中夹地层含水体的渗流侵蚀过程，准确地考虑了流力耦合效应对中夹地层稳定性的影响，同时实现了中夹地层侵蚀土颗粒流动过程的可视化监测和模拟。
实施例2
本实施例公开一种关于实施例1所述一种模拟近接隧洞中夹含水层开挖侵蚀的试验装置及方法，具体试验方法包括以下步骤：
1）将熔融石英砂和乙醇蒸馏水混合搅拌，配置中夹含水土层相似材料5，将配置好的中夹含水土层相似材料5倒入可视化模型箱的透明土箱3当中，同时在移动水箱19内的孔隙流体中添加荧光剂。
2）设计试验方案，确定近接隧洞的埋置深度，计算对应埋深处的围岩初始应力，关闭排气阀门17，并打开充气阀门18，通过空压机15给两侧气囊8进行充气，在充气的过程中通过气压计16实时读取气囊8内的充气压力，直至气压达到模拟工况所对应的初始地应力，之后关闭充气阀门18，保持两侧气囊8内气体压力稳定，之后通过水位高度控制装置调整移动水箱19的高度，设置试验工况所需要的水头高度。
3）打开进水阀门32使移动水箱19中的流体流入到上部集液腔1中，上部集液腔1中的流体通过开孔透水上隔板7流入透明土箱3内部，从而构建出近接隧洞隧道中夹地层的含水渗流条件。
4）透明土箱3内部的液体通过开孔透水下隔板10流入下部集液腔2中，并通过排渣塑料管11最终流入集渣集液箱12当中，待液体流动趋于稳定后，打开排气阀门17并通过控制气囊8的放气顺序和放气速率模拟近接隧洞的交替开挖卸载过程。
5）在气囊8卸载过程中通过数字采集及高速摄像***实时监测透明土箱3内中夹含水土层相似材料5的颗粒运移及液体流动侵蚀情况，计算机31与数字采集及高速摄像***相连，用于控制、记录和存储相关监测数据。
6）待气囊8卸载完成后，关闭排气阀门17，并重复上述过程，通过摇动手摇柄27带动置物平台23和移动水箱19上升或下降，从而改变水头高度来完成不同流体流速工况的试验过程，此外还可通过更换透明橡胶隔板9来完成不同衬砌结构工况的试验过程，通过设置不透水橡胶隔板来模拟小净隧隧道支护结构防水性良好的工况，通过设置只允许液体通过的开孔橡胶隔板来模拟隧道开挖后中夹地层有液体渗流进入隧道内的工况，通过设置同时允许液体和熔融石英砂通过的开孔橡胶隔板来模拟隧道开挖后中夹地层有土体-液体混合多向介质进入隧道内的工况。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种模拟近接隧洞中夹含水层开挖侵蚀的试验装置及方法，其特征在于：包括可视化模型箱、隧道施工模拟***、渗流控制***和数字采集及高速摄像***；
所述可视化模型箱由上部集液腔(1)、下部集液腔(2)、透明土箱(3)和气囊室(4)构成，所述透明土箱(3)设置在可视化模型箱中间位置，内部盛放近接隧洞中夹含水土层相似材料(5)；
所述隧道施工模拟***由气囊(8)和开挖控制设备构成，所述气囊(8)下部侧壁上安装有圆形金属法兰(13)，所述金属法兰(13)与橡胶软管(14)连接；
所述开挖控制设备由空压机(15)和气压计(16)组成，所述空压机(15)和气囊(8)之间由橡胶软管(14)相连；
所述渗流控制***由移动水箱(19)、水位高度控制装置及集渣集液箱(12)组成，所述移动水箱(19)通过进水管(6)和上部集液腔(1)相连，所述集渣集液箱(12)通过排渣塑料管(11)与下部集液腔(2)相连；
所述水位高度控制装置由可移动底座(20)、支架(21)、斜撑(22)、置物平台(23)、刻度尺(24)、竖向齿条(25)、水平齿条(26)、手摇柄(27)和手摇柄固定装置(28)组成；
所述数字采集及高速摄像***由激光器(29)、高速摄像机(30)和计算机(31)组成，所述激光器(29)用于获取中夹含水土层相似材料(5)不同位置处切面图像，所述高速摄像机(30)用于拍摄切图像中颗粒及液体运移情况；
所述计算机(31)与激光器(29)和高速摄像机(30)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种模拟近接隧洞中夹含水层开挖侵蚀的试验装置及方法，其特征在于：所述透明土箱(3)的长度为200毫米，宽度为200毫米，高度为300毫米；
所述上部集液腔(1)设置在透明土箱(3)上部，其长度为200毫米，宽度为200毫米，高度为50毫米，上部集液腔(1)顶部开孔连接进水管(6)，上部集液腔(1)与透明土箱(3)之间设置开孔透水上隔板(7)；
所述气囊室(4)设置于透明土箱(3)的两侧，其长度为100毫米，宽度为200毫米，高度为300毫米，气囊室(4)与透明土箱(3)之间设置有透明橡胶隔板(9)；
所述下部集液腔(2)设置在透明土箱(3)的下部，所述下部集液腔(2)与透明土箱(3)之间设置开孔透水下隔板(10)。
3.根据权利要求2所述的一种模拟近接隧洞中夹含水层开挖侵蚀的试验装置及方法，其特征在于：所述开孔透水上隔板(7)的长度为200毫米，宽度为200毫米，其开孔孔径能够保证液体顺利通过，而中夹含水土层相似材料(5)中的熔融石英砂则无法通过，所述开孔透水下隔板(10)的长度为400毫米，宽度为200毫米，开孔孔径允许液体和颗粒顺利通过；
所述透明橡胶隔板(9)的厚度为3毫米到5毫米不等，实验过程中允许透明橡胶隔板(9)产生一定的微小变形量，所述橡胶隔板(9)可制作成不透水隔板、只透水开孔橡胶隔板及透水透砂开孔隔板；
所述下部集液腔(2)的长度为400毫米，宽度为200毫米，高度为50毫米。
4.根据权利要求1所述的一种模拟近接隧洞中夹含水层开挖侵蚀的试验装置及方法，其特征在于：所述气囊(8)由透明橡胶制成并安放在气囊室(4)内，单个气囊(8)的长度为100毫米，宽度为200毫米，高度为300毫米。
5.根据权利要求1所述的一种模拟近接隧洞中夹含水层开挖侵蚀的试验装置及方法，其特征在于：所述刻度尺(24)安装在支架(21)上，所述置物平台(23)上放置有移动水箱(19)，通过记录置物平台(23)的高度即可确定移动水箱(19)内水头的高度。
6.根据权利要求1所述的一种模拟近接隧洞中夹含水层开挖侵蚀的试验装置及方法，其特征在于：所述可视化模型箱是由透明有机玻璃制成的方形箱体，所述中夹含水土层相似材料(5)由熔融石英砂和乙醇蒸馏水混合搅拌配置而成。
7.一种关于权利要求1所述一种模拟近接隧洞中夹含水层开挖侵蚀的试验装置及方法，其特征在于：具体实施方式包括以下步骤：
1）将熔融石英砂和乙醇蒸馏水混合搅拌，配置中夹含水土层相似材料(5)，并将其倒入透明土箱(3)中，同时在移动水箱(19)内的流体中添加荧光剂；
2）设计试验方案，确定近接隧洞的埋置深度，计算对应埋深处的围岩初始应力，关闭排气阀门(17)，打开充气阀门(18)，通过空压机(15)给两侧气囊(8)充气，在充气的过程中通过气压计(16)实时读取气囊(8)内的充气压力，直至气压达到模拟工况所对应的初始地应力，之后关闭充气阀门(18)，保持两侧气囊(8)内气体压力稳定，之后通过水位高度控制装置调整移动水箱(19)的高度，设置试验工况所需要的水头高度；
3）打开进水阀门(32)，使移动水箱(19)中的流体流入上部集液腔(1)中，并使上部集液腔(1)中的流体通过开孔透水上隔板(7)流入透明土箱(3)内部；
4）透明土箱(3)中的液体通过开孔透水下隔板(10)流入下部集液腔(2)中，后经由通过排渣塑料管(11)最终流入集渣集液箱(12)当中，待液体流动趋于稳定后，打开排气阀门(17)，通过控制气囊(8)的放气顺序和放气速率模拟近接隧洞的交替开挖卸载过程；
5）在气囊(8)卸载过程中通过数字采集及高速摄像***实时监测透明土箱(3)内中夹含水土层相似材料(5)的颗粒运移及液体流动侵蚀情况，并通过与数字采集及高速摄像***相连的计算机(31)记录和存储相关监测数据；
6）待气囊(8)卸载完成后，关闭排气阀门(17)，并重复上述过程，通过使移动水箱(19)上升或下降来改变水头高度，从而完成不同流体流速工况下的试验过程，还可通过更换透明橡胶隔板(9)来完成不同衬砌结构工况的试验过程，即通过设置不透水橡胶隔板来模拟小净隧隧道支护结构防水性良好的工况，通过设置只允许液体通过的开孔橡胶隔板来模拟隧道开挖后中夹地层有液体渗流进入隧道内的工况，通过设置同时允许液体和熔融石英砂通过的开孔橡胶隔板来模拟隧道开挖后中夹地层有土体-液体混合多向介质进入隧道内的工况。
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