本发明专利技术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。提供基础条件。提供基础条件。
【技术实现步骤摘要】
一种新型隧道三维模型加载装置及试验方法
[0001]本专利技术涉及隧道工程模拟试验
，尤其涉及一种新型隧道三维模型加载装置及试验方法。
技术介绍
[0002]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
[0003]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。
技术实现思路
[0004]本专利技术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。
[0005]为实现上述技术效果，本专利技术的技术方案如下：
[0006]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。
[0007]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。
[0008]进一步地，所述安装箱的外壁上还设有加强结构。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]本专利技术的有益效果为：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，根据本专利技术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。
[0017]本专利技术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，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0018]图1是本专利技术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；
[0019]图2是本专利技术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；
[0020]图3是本专利技术具体实施本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
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...
【专利技术属性】
技术研发人员：王复明，郭成超，王海波，范楚灿，廖盤宇，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：
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