模拟隧道穿越多组复杂地层的试验装置

摘要

本发明提供了一种模拟隧道穿越多组复杂地层的试验装置。该装置包括：旋转台、试验箱体、转运架和试验台，旋转台包括水平转盘和竖直转盘，旋转台承载试验箱体；根据隧道所穿越的地质岩层，在水平转盘和竖直转盘协同配合下，在试验箱体内完成相似材料岩层的铺设；转运架连接旋转台与试验台，在旋转台与试验台之间转运试验箱体；试验台是由计算机控制的多功能试验系统，该系统能够对试验箱体内的相似材料施以不同的外部作用。本发明通过旋转台的水平转盘、竖直转盘，完成不同产状相似材料岩层的铺设，结合试验台控制系统，模拟分析隧道穿越含有多组不同产状、伴生有多相流体的复杂地质体，对于工程施工建设的影响。

权利要求

1.一种模拟隧道穿越多组复杂地层的试验装置，其特征在于，包括：旋转台、试验箱体、转运架和试验台，所述旋转台包括水平转盘和竖直转盘，所述旋转台承载所述试验箱体，根据隧道所穿越的地质岩层在水平转盘和竖直转盘协同配合下在所述试验箱体中水平方向铺设相似材料，所述相似材料的倾斜角度根据模拟隧道穿越的地质条件而定，并且通过所述水平转盘和竖直转盘来调整；

所示转运架连接所述旋转台与所述试验台，在所述旋转台与所述试验台之间转运所述试验箱体；所述试验台对所述试验箱体内的相似材料岩层施加作用，对所述相似材料进行模拟隧道穿越复杂地质体的试验；

所述旋转台包括底座、竖直转盘、水平转盘、滑轨、推拉杆和锁脚，所述竖直转盘、水平转盘设置在所述底座上，所述滑轨与所述水平转盘连接，所述推拉杆与所述竖直转盘、水平转盘连接，所述锁脚与所述试验箱体的固定脚连接，所述旋转台的动力通过底座内置齿轮泵与竖直转盘背面赤轨黏合，并配合伺服控制系统来实现。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述竖直转盘采用弧形、中空结构，并且所述竖直转盘的外壁的厚度大于设定的数值。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，当模拟的隧道轴线方向与岩层方向平行时，按照岩层实际层位关系，将相似材料在所述试验箱体中分层水平铺设。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，当模拟的隧道轴线方向与岩层方向相交时，根据隧道与相交岩层之间的相交空间角度和岩层厚度确定倾斜岩层与所述试验箱体的内壁的交线，通过调整所述竖直转盘、水平转盘将由多条所述交线所形成的交线平面旋转到水平位后，将相似材料在所述试验箱体中分层水平铺设；

当模拟的隧道轴线与一条以上的岩层方向相交时，依照上述过程确定各自的交线平面，通过调整竖直转盘、水平转盘将各个交线平面旋转至水平位后，再进行相似材料的铺设，其中一个交线平面对应一次相似材料的铺设。

5.根据权利要求1至4任一项所述的装置，其特征在于，所述试验箱体的底部设置行走部、滑靴，所述试验箱体通过所述行走部、滑靴在所述旋转台与所述试验台之间行走；所述试验箱体的顶部设置顶部加压和气液端口，左侧端面设置左部加压和气液端口，右侧端面设置右部加压和气液端口。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，在所述试验箱体的内部设置预支系统，所述预支系统包括侧部的管片、拉杆和推力器，顶部的管片、拉杆和推力器，定位轴和底座，所述底座用于支撑左右两侧和顶部的管片、拉杆、推力器和定位轴，通过顶部和侧部的拉杆来分别控制顶部和侧部的管片的沉降与收缩，实现模拟隧道开挖过程，通过顶部和侧部的拉杆分别控制顶部和侧部的管片沿净空方向的位移量，结合内部预先铺设的监测元件和外部数控系统分析隧道在衬砌允许变形下的围岩受力特性、空隙压力大小及分布特征，所述定位轴作为左右两侧和顶部的推力器的移动中轴，由左右两侧和顶部的推力器控制拉杆的撑开幅度大小。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，在所述试验箱体的左侧端面、右侧端面、顶部端面和后部断面分别设置压盘，前部端面、底部端面布置保温层，左侧端面的压盘中的分流盘覆盖所述左部加压和气液端口，右侧端面的压盘中的分流盘覆盖所述右部加压和气液端口，顶部端面的压盘中的分流盘覆盖所述顶部加压和气液端口，后部端面的压盘是后部排空端口的作用位置。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述压盘包括保温层、密封圈、制热和冷管、导温盘和分流盘，所述制热和冷管设置在压盘的内部，在所述制热和冷管的上部和下部设置导温盘，所述密封圈设置在压盘的四周外端面，所述分流盘设置在压盘的上部外端面，所述保温层设置在压盘的下部外端面；所述压盘除分流盘外的剩余压盘结构直接与试验箱体固定连接，每个分流盘在四角布置四根销杆，与剩余压盘结构上的预留深孔相连，在加压头的作用下销杆延深孔伸缩；外部的加压系统由压头经压盘将压力作用于相似材料之上，所述压盘内部的制热和冷管实现特定热力场环境的模拟，所述分流盘将特定压力的流体注入相似材料内部。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述试验台中包括左部加压和气液端头、右部加压和气液端头、顶部加压和气液端头、后部排气系统，通过所述左部加压和气液端头、右部加压和气液端头对试验箱体内的相似材料施加水平方向的压力和流体压力，通过所述顶部加压和气液端头对试验箱体内的相似材料施加垂直方向的压力和流体压力，通过所述后部排气系统对试验箱体的内部空气进行预抽，所述左部加压和气液端头、右部加压和气液端头、顶部加压和气液端头分别作用在左侧端面、右侧端面和顶部端面的压盘中的分流盘上。

说明书

模拟隧道穿越多组复杂地层的试验装置

技术领域

[0001] 本发明涉及隧道工程技术领域，尤其涉及一种模拟隧道穿越多组复杂地层的试验装置。

背景技术

[0002] 近年来随着交通基础设施建设的不断深入，隧道工程也迎来了难得的发展机遇和全新的挑战。隧道建设过程中所遇到的不良地质条件不断增多，所面临的风险也日趋严重。因此，对于隧道在高地应力、高水压、高地温地热、软弱、松散、含瓦斯等复杂地质环境下施工中所遇到的问题，能够做出合理的评价与预测显得尤为重要。隧道模型试验以相似理论为基础，避开理论分析与数值计算、现场试验的所具有的局限性，能够全面、直观、准确的突出矛盾，反映现象内在联系的一种研究手段。通过隧道模型试验，提升人们对于隧道在特定环境下的围岩结构受力、变形、破坏等方面的理解，从而能够拓宽研究思路、丰富研究成果。

[0003] 加大对隧道穿越复杂地质条件的研究，具有重要的理论意义和现实意义。特别是在不断提升我国西南地区经济和基础设设施水平的大背景下，隧道工程建设对于该地区的发展至关重要。但是我国西南地区所特有的地形地貌和地质构造特征，使隧道工程面临的挑战前所未有。与此同时，现今关于在复杂环境隧道建设方面的研究仍不充分。

[0004] 目前，现有技术中的室内隧道模型试验系统的主要缺点有以下几点：关于隧道穿越复杂地层方面的研究不充分；特别是对于隧道工程同时穿越多组不同产状的岩层，围岩在多物理场耦合作用下的应力、变形和空隙压力特征等方面的研究鲜有报道。因此，对于该类问题的研究，所对应的模型试验系统的建设亟待解决。

发明内容

[0005] 本发明的实施例提供了一种模拟隧道穿越多组复杂地层的试验装置，以实现分析复杂地质构造下，不同岩性、多组不同产状的岩层对隧道布设的影响。

[0006] 为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

[0007] 一种模拟隧道穿越多组复杂地层的试验装置，包括：旋转台、试验箱体、转运架和试验台，所述旋转台包括水平转盘和竖直转盘，所述旋转台承载所述试验箱体，根据隧道所穿越的地质岩层在水平转盘和竖直转盘协同配合下在所述试验箱体中水平方向铺设相似材料，所述相似材料的倾斜角度根据模拟隧道穿越的地质条件而定，并且通过所述水平转盘和竖直转盘来调整；

[0008] 所述转运架连接所述旋转台与所述试验台，在所述旋转台与所述试验台之间转运所述试验箱体；所述试验台对所述试验箱体内的相似材料岩层施加作用，对所述相似材料进行模拟隧道穿越复杂地质体的试验。

[0009] 进一步地，所述旋转台包括底座、竖直转盘、水平转盘、滑轨、推拉杆和锁脚，所述竖直转盘、水平转盘设置在所述底座上，所述滑轨与所述水平转盘连接，所述推拉杆与所述竖直转盘、水平转盘连接，所述锁脚与所述试验箱体的固定脚连接，所述旋转台的动力通过底座内置齿轮泵与竖直转盘背面赤轨黏合、并配合伺服控制系统来实现。

[0010] 进一步地，所述竖直转盘采用弧形、中空结构，并且所述竖直转盘的外壁的厚度大于设定的数值。

[0011] 进一步地，当模拟的隧道轴线方向与岩层方向平行时，按照岩层实际层位关系，将相似材料在所述试验箱体中分层、水平铺设。

[0012] 进一步地，当模拟的隧道轴线方向与岩层方向相交时，根据隧道与相交岩层之间的相交空间角度和岩层厚度确定倾斜岩层与所述试验箱体的内壁的交线，通过调整所述竖直转盘、水平转盘将由多条所述交线所形成的交线平面旋转到水平位后，将相似材料在所述试验箱体中分层、水平铺设；

[0013] 当模拟的隧道轴线与一条以上的岩层方向相交时，依照上述过程确定各自的交线平面，通过调整竖直转盘、水平转盘将各个交线平面旋转至水平位后，再进行相似材料的铺设，其中一个交线平面对应一次相似材料的铺设。

[0014] 进一步地，所述试验箱体的底部设置行走部、滑靴，所述试验箱体通过所述行走部、滑靴在所述旋转台与所述试验台之间行走；所述试验箱体的顶部设置顶部加压和气液端口，左侧端面设置左部加压和气液端口，右侧端面设置右部加压和气液端口。

[0015] 进一步地，在所述试验箱体的内部设置预支系统，所述预支系统包括侧部的管片、拉杆和推力器，顶部的管片、拉杆和推力器，定位轴和底座，所述底座用于支撑左右两侧和顶部的管片、拉杆、推力器和定位轴，通过顶部和侧部的拉杆来分别控制顶部和侧部的管片的沉降与收缩，实现模拟隧道开挖过程，通过顶部和侧部的拉杆分别控制顶部和侧部的管片沿净空方向的位移量，结合内部预先铺设的监测元件和外部数控系统分析隧道在衬砌允许变形下的围岩受力特性、空隙压力大小及分布特征，所述定位轴作为左右两侧和顶部的推力器的移动中轴，由左右两侧和顶部的推力器控制拉杆的撑开幅度大小。

[0016] 进一步地，在所述试验箱体的左侧端面、右侧端面、顶部端面和后部断面分别设置压盘，前部端面、底部端面布置保温层，左侧端面的压盘中的分流盘覆盖所述左部加压和气液端口，右侧端面的压盘中的分流盘覆盖所述右部加压和气液端口，顶部端面的压盘中的分流盘覆盖所述顶部加压和气液端口，后部端面的压盘是后部排空端口的作用位置。

[0017] 进一步地，所述压盘包括保温层、密封圈、制热和冷管、导温盘和分流盘，所述制热和冷管设置在压盘的内部，在所述制热和冷管的上部和下部设置导温盘，所述密封圈设置在压盘的四周外端面，所述分流盘设置在压盘的上部外端面，所述保温层设置在压盘的下部外端面；所述压盘除分流盘外的剩余压盘结构直接与试验箱体固定连接，每个分流盘在四角布置四根销杆，与剩余压盘结构上的预留深孔相连，在加压头的作用下销杆延深孔伸缩；外部的加压系统由压头经压盘将压力作用于相似材料之上，所述压盘内部的制热和冷管实现特定热力场环境的模拟，所述分流盘将特定压力的流体注入相似材料内部。

[0018] 进一步地，所述试验台中包括左部加压和气液端头、右部加压和气液端头、顶部加压和气液端头、后部排气系统，通过所述左部加压和气液端头、右部加压和气液端头对试验箱体内的相似材料施加水平方向的压力和流体压力，通过所述顶部加压和气液端头对试验箱体内的相似材料施加垂直方向的压力和流体压力，通过所述后部排气系统对试验箱体的内部空气进行预抽，所述左部加压和气液端头、右部加压和气液端头、顶部加压和气液端头分别作用在左侧端面、右侧端面和顶部端面的压盘中的分流盘上。

[0019] 由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例通过在旋转台中设置水平转盘、竖直转盘，能够铺设不同角度、不同厚度、不同倾角的相似材料，不仅可以模拟分析隧道与水平层状、夹层、互层状岩层之间的作用关系，而且也可以模拟隧道在倾斜、垂直穿越一条或者一条以上的断层带、软弱夹层、强分化带等地质体，从而可以分析复杂地质构造下，不同岩性、不同产状的岩层对隧道布设的影响。

[0020] 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些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

[0021] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0022] 图1为本发明实施例提供的一种模拟隧道穿越多组复杂地层的试验装置的整体结构图；

[0023] 图2为本发明实施例提供的一种旋转台的结构图；

[0024] 图3为本发明实施例提供的一种转运架的结构图；

[0025] 图4-1、图4-2为本发明实施例提供的一种双线隧道布置的试验箱体的结构图；

[0026] 图5-1、图5-2为本发明实施例提供的一种试验台的结构图；

[0027] 图6为本发明实施例提供的一种预支系统的结构图；

[0028] 图7为本发明实施例提供的一种压盘的结构图；

[0029] 图8为本发明实施例提供的一种分流盘的结构图；

[0030] 图9为本发明实施例提供的一种保温层的结构图；

[0031] 图10为本发明实施例提供的一种导热管的结构图；

[0032] 图11-图13为本发明实施例提供的一种将交线平面旋转到水平位过程的示意图。

具体实施方式

[0033] 下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

[0034] 本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

[0035] 本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

[0036] 为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

[0037] 根据现有技术存在的缺点，本发明实施例提出了一种模拟隧道穿越多组复杂地层的试验装置，该装置的主体结构图如图1所示，包括旋转台1、转运架2、试验箱体3和试验台4，以及其他数字化、自动化测试元件，各个部件之间紧密连接，有机统一，形成一个完整的试验系统。

[0038] (1)旋转台

[0039] 旋转台中竖直转盘采用弧形状设计，采用中空、厚壁的结构，即竖直转盘的外壁的厚度大于设定的数值，从而减小旋转台的重量。

[0040] 作用：试验箱体的初始承载平台，完成相似材料在箱体内的铺设。实质是通过旋转台的水平转盘、竖直转盘完成倾斜相似材料层的水平方向铺设。上述相似材料为模拟隧道穿越复杂地质条件对应的岩层。

[0041] 功能：铺设不同角度、不同厚度、不同倾角的相似材料，相似材料沿隧道轴线倾斜铺设，是后续模拟隧道穿越复杂地质条件的关键。不仅可以模拟分析隧道与水平层状、夹层、互层状岩层之间的作用关系，而且也可以模拟隧道在倾斜、垂直穿越一条或者一条以上的断层带、软弱夹层、强分化带等地质体。图2为本发明实施例提供的一种旋转台的结构图，其中各个部件如下述表1所示。

[0042] 表1

[0043]

[0044] 所述旋转台包括底座、竖直转盘、水平转盘、滑轨、推拉杆和锁脚，所述竖直转盘、水平转盘设置在所述底座上，所述滑轨与所述水平转盘连接，所述推拉杆与所述竖直转盘、水平转盘连接，所述锁脚与所述试验箱体的固定脚连接。

[0045] 旋转台结构包含关系：底座主要包括弧形竖直转盘和内置驱动装置，旋转台的动力来源主要通过底座内置齿轮泵与竖直转盘背面赤轨黏合、并配合伺服控制系统予以实现。弧形的竖直转盘连接水平转盘和其水平齿轮组驱动装置。

[0046] 功能详述：旋转台完成相似材料的铺设

[0047] 动作次序：松推力杆—水平转盘转动—锁脚固定—竖直转盘转动

[0048] 连接关系：推力杆--前(后)断面固定脚；锁脚—左(右)断面固定脚。

[0049] (2)转运架

[0050] 作用：连接旋转台与试验台的桥梁，承载并转运试验箱体。图3为本发明实施例提供的一种转运架的结构图，其中各个部件如下述表2所示。

[0051] 表2

[0052]

[0053] (3)试验箱体

[0054] 作用：完成相似材料的铺设和试验承载

[0055] 功能：依靠箱体底部的齿轮、滑靴，试验箱体可在旋转台与试验台之间自动行走。图4-1、图4-2为本发明实施例提供的一种双线隧道布置的试验箱体的结构图，其中各个部件如下述表3所示。

[0056] 表3

[0057]

[0058]

[0059] 试验箱体包括顶部加压和气液端口15，左部加压和气液端口16，右部加压和气液端口17，后部排空端口18，可更替透明前端窗口19，固定脚20，滑靴21和行走部22。

[0060] 所述试验箱体的底部设置行走部22、滑靴21，所述试验箱体通过所述行走部22、滑靴21在旋转台与试验台之间行走；试验箱体的顶部端面设置顶部加压和气液端口15，左侧端面设置左部加压和气液端口，右侧端面设置右部加压和气液端口。

[0061] 试验箱体的左、右、顶、后四个端面均布置压盘，前、底两个端面只布置保温层。后部排空系统与试验台自成一体，排空端口结构类似于左、右、顶部注气端口，位于试验台后部方形台、柱状结构系统。排空端口的作用主要是为了排空试验箱体内部的相似材料中内部气体，以有利于多场耦合试验中注气、液系统流体的注入。

[0062] (4)试验台

[0063] 图5-1、图5-2为本发明实施例提供的一种试验台的结构图，试验台中包含的各个部件如下述表4所示。

[0064] 表4

[0065]

[0066] 功能：开展各种试验。

[0067] (1)多物理场耦合分析：流固耦合(气+固，液+固，气+液+固)；THM耦合(热力场+流体场+应力场)

[0068] (2)各种应力环境模拟分析

[0069] 原理：通过所述左部加压和气液端头29、右部加压和气液端头28对试验箱体内的相似材料施加水平方向的压力和流体压力，通过顶部加压和气液端头30对试验箱体内的相似材料施加垂直方向的压力和流体压力，通过所述后部排气系统31对试验箱体的内部空气进行预抽。

[0070] 上面的左部加压和气液端头29、右部加压和气液端头28和顶部加压和气液端头30分别作用在左侧端面、右侧端面和顶部端面的压盘中的分流盘上。

[0071] 通过试验台的后部排气系统31对试验箱体内部空气进行预抽，便于流体注入相似材料内部，有利于多场耦合试验的开展。通过数字平台的精确控制，经加压端头对相似材料施加不同频率、不同形式的压力(阶梯状、正余弦等)，模拟隧道在受到长时间外力扰动下，隧道围岩结构特性及支护结构变化情况。通过顶部9组加压端头，施加不对等的压力，模拟隧道在偏压力情况下的围岩变化情况。

[0072] (5)预支系统

[0073] 预支系统设置在试验箱体内部，为可拆分结构。图6为本发明实施例提供的一种预支系统的结构图，其中各个部件如下述表5所示。

[0074] 表5

[0075]

[0076]

[0077] 预支系统的单个结构主要由侧部(左右两侧)的管片、拉杆和推力器，顶部的管片、拉杆和推力器，定位轴和底座构成。

[0078] 作用：铺设相似材料于试验箱体内，通过预支系统形成隧道开挖断面。

[0079] 功能：通过顶部和侧部的管片、顶部和侧部推力器，形成稳定的预开挖支护体系。通过顶部和侧部的拉杆来分别控制顶部和侧部的管片的沉降与收缩来模拟隧道开挖过程，通过顶部和侧部的拉杆来分别控制顶部和侧部的管片沿净空方向的位移量，达到模拟分析隧道在衬砌允许变形量下的围岩压力、空隙压力大小及分布特征等方面的变化情况。

[0080] 所述底座用于支撑所述左右两侧的管片、拉杆和推力器，顶部的管片、拉杆和推力器，定位轴，定位轴的作用是作为侧部、顶部推力器的移动中轴，由推力器控制拉杆的撑开幅度大小，因此定位轴兼做承力结构。

[0081] (6)压盘

[0082] 在所述试验箱体的左侧端面、右侧端面、顶部端面和后部断面分别设置压盘，左侧端面的压盘中的分流盘覆盖试验箱体的左部加压和气液端口，右侧端面的压盘中的分流盘覆盖试验箱体的右部加压和气液端口，顶部端面的压盘中的分流盘覆盖试验箱体的顶部加压和气液端口，后部端面的压盘是后部排空系统端口的作用位置。压盘除分流盘外，剩余的压盘结构直接与试验箱体固定连接，每个分流盘在四角布置四根销杆，与压盘的剩余结构层预留深孔相连，在加压头的作用下，销杆沿深孔伸缩移动，在实现分流盘自由移动的同时保证其与相似材料的紧密接触。

[0083] 试验箱体由外到内的结构为:箱体壁—压盘--(相似材料)，后面附图是特指左、右断面的压盘，对应试验台左右6组加压头，6组压盘内置分流盘；试验箱体顶部需要布置的压盘，与箱体左、右部类似，压盘包含有9组分流盘、内部导温管仍呈蛇形布置。压盘包含三个加压端口方向，图7为本发明实施例提供的一种压盘的结构图，其中各个部件如下述表6所示。

[0084] 表6

[0085]

[0086] 图8为本发明实施例提供的一种分流盘的结构图，图9为本发明实施例提供的一种保温层的结构图，图10为本发明实施例提供的一种导热管的结构图。压盘为长方体结构，包括保温层43，密封圈44，制热(冷)管45，导温盘46和分流盘47，制热(冷)管45设置在压盘的内部，在制热(冷)管45的上部和下部设置导温盘46，密封圈44设置在压盘的四周外端面，分流盘47设置在压盘的上部外端面，保温层43设置在压盘的下部外端面。以后续压盘附图为参考，压头并不是直接作用于压盘整体，作用于压盘内部结构中的分流盘。

[0087] 作用：外部的加压系统由压头经压盘通孔作用于分流盘沉槽，挤压分流盘将压力作用于相似材料之上，由压盘内部的制热(冷)管实现特定热力场环境的模拟，由压盘前端的分流盘将由压头端面内置流体通道所注特定压力的流体，均匀、平稳的注入相似材料内部。各个压盘中的制热(冷)管之间，通过柔性卡套式连接。

[0088] 上述模拟隧道穿越复杂地质条件的试验装置的工作过程如下：

[0089] (1)铺设环节

[0090] 根据隧道实际地质环境，结合相似原理，配制特定比例的相似材料。然后铺设相似材料，该铺设过程涉及旋转台和试验箱体，主要有以下几个步骤：

[0091] 首先，通过试验箱体的固定脚与旋转台的锁脚连接，稳定试验箱体于旋转台之上。防止后续旋转台进行转动时，试验箱体脱离水平转盘表面。

[0092] 其次，根据隧道轴线方向与岩层倾向之间的关系，大致分为两种情况：

[0093] 1)当隧道轴线方向与岩层方向平行时，此时只需按照岩层实际层位关系，将相似材料在试验箱体中分层、水平铺设。

[0094] 2)当隧道轴线方向与岩层方向相交时，此时需依靠转盘完成相似材料的铺设。首先确定隧道与相交岩层的实际空间层位关系，确定相交空间角度、岩层厚度；然后在试验箱体内壁，标定相交岩层与内壁的确切位置，也即确定倾斜岩层与箱体内壁的交线。通过调整所述竖直转盘、水平转盘将由多条所述交线所形成的交线平面旋转到水平位后，将相似材料在所述试验箱体中分层、水平铺设。相似材料是铺设于箱体内部的底部；滑轨和拉杆的作用主要是配合试验箱体行走部实现箱体的转运到或者推离开旋转台。上述将交线平面旋转到水平位过程的示意图如图11-图13所示，主要通过旋转台的弧形竖直转盘、水平转盘予以实现，首先通过水平转盘将要铺设的倾斜相似材料岩层进行水平转动，使岩层倾向与竖直转盘的旋转平面相平行，即铺设的岩层倾斜面与竖直转盘的旋转平面相正交，并通过固定脚、锁脚结构将箱体固定于旋转台，然后经竖直转盘将试验箱体整体进行转动，使倾斜岩层转至水平位，进而完成后续相似材料的铺设。

[0095] 当隧道轴线与一条以上的复杂岩层相交时，也可以依照上述过程，确定各自的交线平面，通过调整竖直转盘、水平转盘将各个交线平面旋转至水平位后，再进行相似材料的铺设。一个交线平面对应一次相似材料的铺设，多个交线平面需要铺设多次相似材料。

[0096] (2)行走环节

[0097] 由旋转台到试验台：在完成试验箱体内相似材料的铺设之后，经旋转台的推拉杆推动试验箱体移出水平转盘，后由试验箱体自身行走部的齿轮、滑靴，经转运架行进到试验台前，再经试验台的推拉器，拉至起降底座。

[0098] 由试验台到旋转台：与上述过程相反，推拉器推动试验箱体，移开起降底座，经转运架到旋转台，经推拉杆拉至水平转盘。

[0099] (3)试验环节

[0100] 在完成上述两个环节之后，由试验台的起降平台将试验箱体抬升到加压高度，具体试验环节应由试验的目的而定。

[0101] 温度场：由压盘内部的制热(冷)管，经外部温控系统予以调节实现。

[0102] 渗流场：通过外部数控平台，将流体经试验台的左、右、顶部加压端头内置通道注入。

[0103] 应力场：由试验台的左、右、顶部加压系统加载。

[0104] 最终的试验效果，实则是上述各个结构功能的综合展现。

[0105] 综上所述，本发明实施例通过在旋转台中设置水平转盘、竖直转盘，完成不同角度、不同厚度、不同倾角相似材料岩层的铺设，不仅可以模拟分析隧道与水平层状、夹层、互层状岩层之间的作用关系，还可以模拟分析隧道穿越含有多组不同产状、伴生有多相流体的复杂地质体，对于工程施工建设的影响，而且也可以模拟隧道在倾斜、垂直穿越一条或者一条以上的断层带、软弱夹层、强分化带等复杂地质体的建设，分析，不同岩性、不同岩层产状(不同层位、不同倾角、不同厚度)对隧道布设的影响。

[0106] 本发明实施例通过在试验箱体内预留隧道支护系统，可以对单/双线隧道开挖力学特性以及由此所引起的围岩收敛变形特征进行分析；精准控制预留支护结构的收敛变形，可以对隧道围岩内的空隙压力、围岩受力和变形特征、支护结构受力等方面进行研究；分析双线隧道彼此之间的相互影响，优化布置间距。

[0107] 本发明实施例中的试验台可以应用多场耦合(温度场+渗流场+应力场)，其中流体场包括：水体或者气体或者二者都有。通过改变试验台加压系统的加压方式，可以对隧道的偏压等问题进行分析，分析隧道内部围岩结构、支护结构的受力状态。

[0108] 本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

[0109] 本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的部件可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的部件可以合并为一个部件，也可以进一步拆分成多个子部件。

[0110] 本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

[0111] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。