模拟地下水冻融循环作用下深部巷道变形的可视化系统

摘要

本发明属于岩土工程试验领域，旨在解决模拟试验中不能实现水系冻融循环作用下深部巷道变形可视化检测的问题，具体涉及一种模拟地下水冻融循环作用下深部巷道变形的可视化系统，包括高能加速器CT探测系统、试验舱系统、温控系统、水系模拟系统和PET探测系统，其中，高能加速器CT探测系统用于扫描检测试件中裂缝三维形状；温控系统用于模拟冻融循环环境；水系模拟系统用于输送液体以模拟水系通道；PET探测系统用于检测冻融循环作用下试件裂缝中渗流的运移动态。通过本发明对巷道变形过程的可视化检测，实现冻融循环作用下隧道围岩中裂缝发育、扩展的精准检测，以获得设定水系位置、温度参数对应的隧道围岩变形状态，为实际施工作业提供可靠参数。

权利要求

1.一种模拟地下水冻融循环作用下深部巷道变形的可视化系统，包括高能加速器CT探测系统，其特征在于，还包括试验舱系统、温控系统、水系模拟系统和PET探测系统，所述高能加速器CT探测系统用于扫描检测试件中裂缝三维形状；

所述试验舱系统包括箱体、加载装置、保温装置和温控承压垫板装置，所述加载装置设置于所述箱体内部，用于对试件施加围压以模拟地应力；所述箱体为回字形框架结构，所述回字形框架结构的开口方向与试件中隧道方向一致；所述保温装置设置于所述加载装置内部，用于进行试件的温度保护；所述温控承压垫板装置设置于所述保温装置内部，用于设置对应的温控管路；所述温控承压垫板装置包括第一垫板、第二垫板、第三垫板和第四垫板，所述第一垫板、所述第二垫板、所述第三垫板和所述第四垫板分别设置于试件的上侧、左侧、下侧、右侧，并且构成回字形框架结构；所述第一垫板包括板状本体、导流孔和导流槽，所述导流孔呈L型设置于所述板状本体内部，其外侧端用于设置水系输送管路的接头，内侧端与所述导流槽的中心连通；所述导流槽设置于所述板状本体的底面，用于导流所述导流孔中注入的核素溶液；所述导流槽包括周向导流槽和径向导流槽；所述周向导流槽设置于所述导流孔周侧；所述径向导流槽设置于所述周向导流槽与所述导流孔之间，并用于连通二者；所述第一垫板、所述第二垫板、所述第三垫板和所述第四垫板的外侧均开设有用于容纳温控管路的温控槽；所述温控槽包括呈回折型的导槽，所述导槽包括多个相互平行的平行段以及连通相邻平行段的平直段；

所述温控系统包括温控总控装置、温控作用管路、浴液入口连接管路和浴液出口连接管路，所述温控作用管路设置于所述温控承压垫板装置；所述温控作用管路的两端分别通过所述浴液入口连接管路、所述浴液出口连接管路连通至所述温控总控装置；所述温控总控装置通过所述浴液入口连接管路、所述温控作用管路、所述浴液出口连接管路以控制模拟冻融循环环境；所述温控系统还包括温度传感器组件，所述温度传感器组件设置于所述温控承压垫板装置，用于检测试件周侧温度；所述温度传感器组件与所述温控总控装置信号连接；

所述水系模拟系统包括水系控制装置和水系组件，所述水系组件设置于所述水系控制装置与试件之间，用于输送液体以模拟水系通道；所述水系组件包括水系输送管路和连接头，所述连接头设置于试件注水孔，用于输送所述水系输送管路中的液体同时密封注水孔；

所述PET探测系统包括第一探测器装置和第二探测器装置，所述第一探测器装置、所述第二探测器装置分别设置于所述箱体的两侧，用于检测冻融循环作用下试件裂缝中渗流的运移动态。

2.根据权利要求1所述的模拟地下水冻融循环作用下深部巷道变形的可视化系统，其特征在于，所述试件注水孔可设置于隧道模型周侧，用于模拟不同位置的水系管路。

3.根据权利要求1所述的模拟地下水冻融循环作用下深部巷道变形的可视化系统，其特征在于，所述水系组件包括水系输送管路，所述水系输送管路的一端与所述水系控制装置连接，另一端设置于所述温控承压垫板装置内部。

4.根据权利要求1所述的模拟地下水冻融循环作用下深部巷道变形的可视化系统，其特征在于，所述温控作用管路的形状与所述温控槽的形状一致，且相邻垫板之间设置的温控作用管路通过软管连接。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的模拟地下水冻融循环作用下深部巷道变形的可视化系统，其特征在于，该可视化系统还包括旋转承载系统，所述旋转承载系统包括转台和连接装置，所述转台设置于所述箱体的下方，所述转台周侧设置有凹槽；所述连接装置的前端固设于所述转台，后端沿着所述凹槽设置；在转台动力装置驱动下，所述连接装置可沿着所述凹槽环绕。

6.根据权利要求5所述的模拟地下水冻融循环作用下深部巷道变形的可视化系统，其特征在于，所述连接装置为管汇拖链，用于容纳浴液入口连接管路、浴液出口连接管路和水系组件；

所述旋转承载系统还包括拖链导槽，所述拖链导槽设置于所述转台一侧，用于导引所述管汇拖链。

7.根据权利要求1所述的模拟地下水冻融循环作用下深部巷道变形的可视化系统，其特征在于，所述箱体为回字形框架结构，所述回字形框架结构的开口方向与试件中隧道方向一致；

所述加载装置为液压油缸，四个所述液压油缸分别设置于所述回字形框架结构的上侧、下侧、左侧和右侧；

所述保温装置为箱型结构，所述箱型结构上设置有穿设浴液入口连接管路、浴液出口连接管路和水系组件的通孔。

说明书

模拟地下水冻融循环作用下深部巷道变形的可视化系统

技术领域

[0001] 本发明属于岩土工程试验领域，具体涉及一种模拟地下水冻融循环作用下深部巷道变形的可视化系统。

背景技术

[0002] 现有的大量隧道建设中以及建设后，面临着地下水系发育、高地应力、低温环境对其造成受力变形的预测及维护；现场中的特殊环境等因素影响，不能定量对不同冻融环境中、不同位置的水系对岩体变形以及裂缝发育扩展的情况进行评估。模型试验技术是研究
岩土体中大型隧道工程问题的重要手段，可以定性或定量地研究隧道工程中围岩以及隧道
结构的受力变形特性，试验结果能较好地反映真实的工程情况且具有广泛的适用性，能为
数值计算模型的建立提供合理的参数以及为数值模拟的结果提供可靠对比及参考依据；在
实验室进行物理模拟试验对施工现场进行技术指导，是最安全、高效的研究方法。

[0003] 深部巷道以及隧道稳定性问题是山区隧道建设过程中人们尤为关注且亟待解决的关键性问题之一，常常给工程造成巨大损失。当前成熟的深部巷道以及隧道稳定性理论
计算公式对于实际施工操作还是存在一定局限性。对于分析冻融环境中深部巷道以及隧道
变形规律，得到岩体破坏模式和破坏机理，探明影响其稳定性的主要因素，对深部巷道、隧道的突水坍塌有效预测预报和防灾减灾具有重要的理论意义和工程实用价值。由于现场试
验通常受场地地形地貌、地层岩性、气候条件等影响，无法模拟不同影响因素对深部巷道以及隧道的影响，现有技术中通过试验模拟的，均不能其实现真实的模拟以及可视化的观测，不能全面地探索隧道围岩在冻融环境中岩体受力变形以及水系流体在裂缝中的运移演化
规律和控制因素，得到的模拟试验数据缺乏科学性和准确性。

发明内容

[0004] 为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决模拟试验中不能实现地下水冻融循环作用下深部巷道变形可视化检测的问题，本发明提供了一种模拟地下水冻融循环作用下
深部巷道变形的可视化系统，包括高能加速器CT探测系统、试验舱系统、温控系统、水系模拟系统和PET探测系统，所述高能加速器CT探测系统用于扫描检测试件中裂缝三维形状。

[0005] 所述试验舱系统包括箱体、加载装置、保温装置和温控承压垫板装置，所述加载装置设置于所述箱体内部，用于对试件施加围压以模拟地应力；所述保温装置设置于所述加载装置内部，用于进行试件的温度保护；所述温控承压垫板装置设置于所述保温装置内部，用于设置对应的温控管路。

[0006] 所述温控系统包括温控总控装置、温控作用管路、浴液入口连接管路和浴液出口连接管路，所述温控作用管路设置于所述温控承压垫板装置；所述温控作用管路的两端分
别通过所述浴液入口连接管路、所述浴液出口连接管路连通至所述温控总控装置；所述温
控总控装置通过所述浴液入口连接管路、所述温控作用管路、所述浴液出口连接管路以控
制模拟冻融循环环境。

[0007] 所述水系模拟系统包括水系控制装置和水系组件，所述水系组件设置于所述水系控制装置与试件之间，用于输送液体以模拟水系通道。

[0008] 所述PET探测系统包括第一探测器装置和第二探测器装置，所述第一探测器装置、所述第二探测器装置分别设置于所述箱体的两侧，用于检测冻融循环作用下试件裂缝中渗
流的运移动态。

[0009] 在一些优选实例中，所述水系组件包括水系输送管路和连接头，所述连接头设置于试件注水孔，用于输送所述水系输送管路中的液体同时密封注水孔；其中，试件注水孔可设置于隧道模型周侧，用于模拟不同位置的水系管路。

[0010] 在一些优选实例中，所述水系组件包括水系输送管路，所述水系输送管路的一端与所述水系控制装置连接，另一端设置于所述温控承压垫板装置内部。

[0011] 在一些优选实例中，所述温控承压垫板装置包括第一垫板、第二垫板、第三垫板和第四垫板，所述第一垫板、所述第二垫板、所述第三垫板和所述第四垫板分别设置于试件的上侧、左侧、下侧、右侧，并且构成回字形框架结构。

[0012] 所述第一垫板包括板状本体、导流孔和导流槽，所述导流孔呈L型设置于所述板状本体内部，其外侧端用于设置所述水系输送管路的接头，内侧端与所述导流槽的中心连通；
所述导流槽设置于所述板状本体的底面，用于导流所述导流孔中注入的核素溶液；所述导
流槽包括周向导流槽和径向导流槽；所述周向导流槽设置于所述导流孔周侧；所述径向导
流槽设置于所述周向导流槽与所述导流孔之间，并用于连通二者。

[0013] 在一些优选实例中，所述第一垫板、所述第二垫板、所述第三垫板和所述第四垫板的外侧均开设有用于容纳温控管路的温控槽；所述温控槽包括呈回折型的导槽，所述导槽包括多个相互平行的平行段以及连通相邻平行段的平直段。

[0014] 在一些优选实例中，所述温控作用管路的形状与所述温控槽的形状一致，且相邻垫板之间设置的温控作用管路通过软管连接。

[0015] 在一些优选实例中，所述温控系统还包括温度传感器组件，所述温度传感器组件设置于所述温控承压垫板装置，用于检测试件周侧温度；所述温度传感器组件与所述温控
总控装置信号连接。

[0016] 在一些优选实例中，该可视化系统还包括旋转承载系统，所述旋转承载系统包括转台和连接装置，所述转台设置于所述箱体的下方，所述转台周侧设置有凹槽；所述连接装置的前端固设于所述转台，后端沿着所述凹槽设置；在转台动力装置驱动下，所述连接装置可沿着所述凹槽环绕。

[0017] 在一些优选实例中，所述连接装置为管汇拖链，用于容纳浴液入口连接管路、浴液出口连接管路和水系组件。

[0018] 所述旋转承载系统还包括拖链导槽，所述拖链导槽设置于所述转台一侧，用于导引所述管汇拖链。

[0019] 在一些优选实例中，所述箱体为回字形框架结构，所述回字形框架结构的开口方向与试件中隧道方向一致。

[0020] 所述加载装置为液压油缸，四个所述液压油缸分别设置于所述回字形框架结构的上侧、下侧、左侧和右侧。

[0021] 所述保温装置为箱型结构，所述箱型结构上设置有穿设浴液入口连接管路、浴液出口连接管路和水系组件的通孔。

[0022] 本发明的有益效果为。

[0023] 1）通过本发明提供的温控系统和水系模拟系统，可以模拟冻融条件下岩体中的水系变形对隧道围岩造成的受力变化过程，通过高能加速器CT探测系统和PET探测系统的实
时检测，可对不同冻融设定参数循环作用下对应的岩体裂缝发育扩展过程，以及岩体中存
在的液体动态渗流运移过程进行可视化检测，获得可靠的模拟试验数据，为实际中处于冻
融环境中的隧道维护等提供有价值的数值，降低作业难度，提高预测安全。

[0024] 2）可以研究冻融循环条件下隧道围岩变形渗流特性以及其中裂缝发育扩展过程，更加完全地还原了工程实际背景，为特殊环境中的隧道突水机理的研究提供更加准确的试
验数据。

[0025] 3）通过水系模拟系统可全面模拟实际隧道围岩所处的水系环境，通过不同位置的水系设置，可最大程度还原隧道岩体的地下水系环境，能用于模拟隧道突水、真实反映灾变过程，可以节省大量资金和人力物力，具有试验成本低、周期短、操作方便的特点。同时通过本发明可真实准确的再现冻融环境中的隧道围岩突水突泥灾变演化过程，试验结果较数值
模拟更为接近实际工程，使人们能够直观的得到岩体的受力特征以及变形规律，为研究突
水突泥致灾机理奠定基础。

附图说明

[0026] 通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

[0027] 图1是本发明中的模拟地下水冻融循环作用下深部巷道变形的可视化系统的一种实施例的立体结构示意图。

[0028] 图2是图1中的试验舱系统的剖视图。

[0029] 图3是图1中的试验舱系统中的垫板组件与温控系统中的温控管路的立体结构示意图。

[0030] 图4是图1中的温控系统中的温控管路的立体结构示意图。

[0031] 图5是图3垫板组件中的上侧垫板另一种实施例的立体结构示意图。

[0032] 图6是本发明中水系模拟系统中的水系组件设置的另一种实施例立体结构示意图。

[0033] 图7是图1中的旋转承载系统的立体结构示意图。

[0034] 图8是图1中的PET探测系统的立体结构示意图。

[0035] 图9是图1中的高能加速器CT探测系统的立体结构示意图。

[0036] 附图标记说明。

[0037] 100、试验舱系统，110、箱体，120、加载装置，130、保温装置，140、垫板组件，141、第一垫板，142、第二垫板，143、第三垫板，144、第四垫板，145、温控槽，146、注水孔，147、导流槽，150、试件；200、PET探测系统，210、第一探测器装置，211、第一支撑装置，220、第二探测器装置，221、第二支撑装置；300、高能加速器CT探测系统，310、CT射线源，311、射线源平台，312、射线源机架，320、CT探测器，321、探测器平台，322、探测器机架；400、旋转承载系统，
410、转台，420、连接装置；500、温控系统，510、温控作用管路；600、水系模拟系统。

具体实施方式

[0038] 下面参照附图来描述本发明的优选实施方式，本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

[0039] 本发明提供了一种模拟地下水冻融循环作用下深部巷道变形的可视化系统，包括试验舱系统、PET探测系统、高能加速器CT探测系统、旋转承载系统、温控系统和水系模拟系统，其中，高能加速器CT探测系统扫描检测整个冻融循环过程中试件中裂缝三维形状，获得对应的试件隧道围岩原始三维形状以及整个过程中围岩变形的三维形状，获得不同冻融循
环参数下对应的围岩受力变形状态，以得到可靠的试验数据，为特殊条件下的施工提供有
价值的数据；温控系统包括温控系统包括高低温泵和温控管路，高低温泵通过温控管路的
设置模拟进行岩体试件的冻融循环环境，通过水系模拟系统在隧道模型周侧设定位置布置
的水系，通过不断改变温度，使模拟水系不断冻融，通过探测系统实时可视化检测水系通道膨胀和收缩对隧道产生的挤压，即隧道围岩在受力作用下缝网的发育扩展过程；此外，还可通过水系模拟系统进行试件中整体水系的冻融循环，即通过注水至试件中，观察试件中的
水系网在冻融循环作用下，产生的对围岩的挤压力，获得隧道围岩中裂缝中的扩展过程以
及对隧道的影响。旋转承载系统设置于试验舱系统的下方，用于承载试验舱系统并可带动
其旋转，在扫描检测过程中，旋转承载系统可配合高能加速器CT探测系统、PET探测系统带动试验舱系统旋转，完成全面、准确的岩体试件中冻融循环作用下岩体裂缝扩展过程的三
维可视化检测，进一步地得到冻融条件下隧道围岩中缝网发育扩展的动态过程、以及对岩
体整体造成的影响。

[0040] 进一步地，试验舱系统包括箱体、加载装置、保温装置和温控承压垫板装置，加载装置设置于箱体内部，用于对试件施加围压以模拟地应力；保温装置设置于加载装置与岩体试件之间，用于进行试件温度保护，减少试件与外界的热量交换，提高对试件的温度控制效率；温控承压垫板装置设置于保温装置内部，用于设置温控管路，同时用来承载加载装置对岩体试件的加载，进一步的提高岩体试件受力均匀性。

[0041] 进一步地，温控系统包括温控总控装置、温控作用管路、浴液入口连接管路和浴液出口连接管路，温控作用管路设置于温控承压垫板装置；温控作用管路的两端分别通过浴液入口连接管路、浴液出口连接管路连通至温控总控装置；温控总控装置通过浴液入口连
接管路、温控作用管路、浴液出口连接管路以控制模拟冻融循环环境。

[0042] 进一步地，水系模拟系统包括水系控制装置和水系组件，水系组件设置于水系控制装置与试件之间，用于输送液体以模拟水系通道。水系组件包括水系输送管路和连接头，连接头设置于试件注水孔，用于输送水系输送管路中的液体同时密封注水孔；其中，试件注水孔可设置于隧道模型周侧，用于模拟不同位置的水系管路。或者，水系输送管路的一端与水系控制装置连接，另一端设置于温控承压垫板装置内部，用于模拟整体试件处于水系状
态中。

[0043] 进一步地，水系模拟系统还可以模拟隧道下方的地下水水系，以模拟冻融循环作用下，地下水系的变化状态对隧道围岩的挤压变形状态。

[0044] 进一步地，旋转承载系统包括转台和连接装置，转台设置于箱体的下方，转台周侧设置有凹槽；连接装置的前端固设于转台，后端沿着凹槽设置；在转台动力装置驱动下，连接装置可沿着凹槽环绕。

[0045] 进一步地，连接装置为管汇拖链。

[0046] 进一步地，模拟水系中的水体介质中加入核素，通过核素泵注入到试验样品的模拟水系通道内，并保持一定压力。PET探测器可以检测核素在试验样品中到达的位置，即水体介质渗透到的位置，通过高低温不断循环，使模拟水系不断冻融循环，每次冻融发生的冻涨与收缩，都会在试验样品上产生新的微裂缝，致使水体介质渗透性增强，核素到达的位
置，就是水体介质渗透到的位置；通过PET系统，就可以精确定位模拟水系对试验样品渗透位置，可以直观定量地判断对隧道的影响。

[0047] 参照附图1，图1是本发明中的模拟地下水冻融循环作用下深部巷道变形的可视化系统的一种实施例的立体结构示意图；该可视化系统包括试验舱系统100、PET探测系统
200、高能加速器CT探测系统300、旋转承载系统400、温控系统500和水系模拟系统600，其中，PET探测系统200和CT探测系统300分别设置于试验舱系统100的不同侧面，分别用于对
隧道围岩中原始缝网状态、冻融循环作用下的缝网的变化过程、以及试件中水系渗流动态
运移的扫描检测；旋转承载系统400设置于试验舱系统100的下方，用于承载试验舱系统
100。温控系统500包括温控总控装置、温控作用管路、浴液入口连接管路和浴液出口连接管路，温控作用管路设置于温控承压垫板装置；温控作用管路的两端分别通过浴液入口连接
管路、浴液出口连接管路连通至温控总控装置；温控总控装置通过浴液入口连接管路、温控作用管路、浴液出口连接管路以控制模拟冻融循环环境。水系模拟系统600包括水系控制装置和水系组件，水系组件设置于水系控制装置与试件之间，用于输送液体以模拟水系通道。

[0048] 在本实施例中，水系组件与注入孔设置于隧道模型的上方，且该水系通道为理想密封管路状态，形成隧道上侧的水系管道，通过温控系统500不断改变温度，使该水系管道不断冻融，通过探测系统获取冻融条件下水系管道发生的膨胀、收缩变形对隧道围岩产生
的挤压变形，以及在此过程中隧道围岩中裂缝的发育、扩展过程，以获得设定冻融参数下对隧道的影响。

[0049] 通过本发明中的温控系统模拟不同预设冻融参数环境、实验舱系统中的加载装置模拟应力场环境、水系模拟系统模拟试件中的不同水系通道，通过对应的探测系统获得冻
融条件下水系管道发生的膨胀、收缩变形对隧道围岩产生的挤压变形，以及在此过程中隧
道围岩中裂缝的发育、扩展过程，以及试件中水系的渗流动态运移过程，同时通过本发明提供的可视化试验系统可得到不同设定冻融参数、水系设定参数下导致的试件中的岩体变
形、裂缝扩展对隧道的影响，为实际施工提供可靠作业数据。

[0050] 进一步地，PET探测系统、旋转承载系统、CT探测系统可设置于同一底座上，进一步提高模拟试验设置精度，提高模拟检测效果。

[0051] 进一步地，参照附图2，图示是图1中的试验舱系统的剖视图；试验舱系统包括箱体110、加载装置120、保温装置130和垫板组件（即温控承压垫板装置）140，其中，加载装置设置于箱体内部，用于对试件施加围压以模拟地应力；保温装置设置于加载装置内部，用于进行试件的温度保护；垫板组件设置于保温装置内部，用于设置对应的温控管路；试件150设置于垫板组件内部，试件中开设有隧道模型以及对应的水系通道容纳孔（即注水孔146，为了便于观察，途中保留了注水孔处设置的连接头），用于容纳注入的液体以模拟隧道周侧水系。

[0052] 进一步地，箱体为回字形框架结构，回字形框架结构的开口方向与试件中隧道方向一致；加载装置为液压油缸，四个液压油缸分别设置于回字形框架结构的上侧、下侧、左侧和右侧。

[0053] 进一步地，在本发明中，是采用箱体回字形设置以及上、下、左、右四个侧壁加载，可以减少探测系统中穿过模型箱体后的信息衰减，提高成像质量，相同射线能量下，采用相邻侧面加载而不是周侧全部加载，能实现更精确的三维检查，同时能做的试验模型尺寸更大，更符合现场实际。

[0054] 优选地，各个侧面的加载装置均设置于对应的垫板的中间，保证施加载荷的均匀。

[0055] 进一步地，保温装置为箱型结构，箱型结构上设置有穿设温控作用管路、浴液入口连接管路、浴液出口连接管路和水系组件的通孔以及加载装置穿设的通孔。

[0056] 参照附图2的同时参照附图3，图示是图1中的试验舱系统中的垫板组件与温控系统中的温控管路的立体结构示意图；垫板组件包括第一垫板141、第二垫板142、第三垫板
143和第四垫板144，第一垫板、第二垫板、第三垫板和第四垫板分别设置于试件的上侧、左侧、下侧、右侧，并且构成回字形框架结构；第一垫板、第二垫板、第三垫板和第四垫板的外侧均开设有用于容纳部分温控管路（图中已示出）的温控槽145；温控槽包括呈回折型的导槽，导槽包括多个相互平行的平行段以及连通相邻平行段的平直段。

[0057] 进一步地，温控系统还包括温度传感器组件，温度传感器组件设置于垫板组件与试件之间，用于检测试件周侧温度；温度传感器组件与温控总控装置信号连接。

[0058] 进一步地，水系组件包括水系输送管路和连接头，连接头设置于试件注水孔146中，用于输送水系输送管路中的液体同时密封注水孔，需要说明的是，146注水孔可设置于隧道模型周侧的任意位置，用于模拟不同位置的水系管路，并不限于本实施例中公开的隧
道上侧。

[0059] 进一步地，参照附图4，图示是图1中的温控系统中的温控管路的立体结构示意图；温控系统包括温控总控装置、温控作用管路510、浴液入口连接管路和浴液出口连接管路，温控作用管路设置于温控承压垫板装置；温控作用管路的两端分别通过浴液入口连接管
路、浴液出口连接管路连通至温控总控装置；温控总控装置通过浴液入口连接管路、温控作用管路、浴液出口连接管路以控制模拟冻融循环环境。

[0060] 其中，温控作用管路510的形状与温控槽的形状一致，形成呈回折型的类S形形状，增大与试件的接触面积，进一步提高温控效果。温控作用管路包括第一连接管路、第二连接管路、第三连接管路和第四连接管路，分别设置于第一垫板、第二垫板、第三垫板和第四垫板的外侧的温控槽中，且温控作用管路的高度低于温控槽的深度，保证加载装置进行地应力模拟加载时不损伤管路；相邻的温控作用管路之间通过软管连接，将四块垫板内设置的
管路连通；温控作用管路的输入管口设置于第二垫板上，输出管口设置于第三垫板上。

[0061] 进一步地，温控总控装置（冻融循环控制泵）控制输出的浴液从浴液输入管路进入，经过第二垫板内的第二连接管路、第一垫板内的第一连接管路、第四垫板内的第四连接管路、第三垫板内的第三连接管路后，从浴液输出管路流出，返回温控泵，再进行制冷或者加热，依次循环低温或高温浴液达到控制四块垫板的温度，以模拟岩体试件所处的设定温
度环境。

[0062] 参照附图5，图示是图3垫板组件中的上侧垫板另一种实施例的立体结构示意图；在本实施例中，水系组件包括水系输送管路，水系输送管路的一端与水系控制装置连接，另一端设置于温控承压垫板装置内部。

[0063] 第一垫板包括板状本体、导流孔（注水孔146）和导流槽147，导流孔呈L型设置于所述板状本体内部，其外侧端用于设置水系输送管路的接头，内侧端与导流槽的中心连通；导流槽设置于板状本体的底面，用于导流导流孔中注入的核素溶液；导流槽包括周向导流槽和径向导流槽；周向导流槽设置于导流孔周侧；径向导流槽设置于周向导流槽与导流孔之
间，并用于连通二者。在本实施例中，周向导流槽为多个同心、均匀间隔设置的圆环导流槽，径向导流槽为均匀交叉设置的横向导流槽，为了实现水系在试件的均匀渗流，以模拟整体
试件水系环境。

[0064] 进一步地，导流槽的周侧还可设置有一圈透水密封圈，防止渗透水从第一垫板与岩体试件中向外侧流失，保证水系模拟效果。

[0065] 参照附图6，图示是本发明中水系模拟系统中的水系组件设置的另一种实施例立体结构示意图；用于设置水系控制系统中连接头的注水孔146设置在隧道下方，以模拟特定位置的地下水系，通过本发明中的温控系统进行冻融循环模拟，通过PET探测系统和高能加速器CT探测系统实时检测地下水系在冻融循环作用下对围岩的挤压变形，即得到围岩中裂
缝的发育扩展过程，实时检测对隧道的影响状态。通过不同冻融循环作用下的设定参数与
对应扩展的裂缝状态形成一一映射状态，对研究裂缝的走向以及未来预测对隧道的影响有
重大作用。

[0066] 参照附图7，图示是图1中的旋转承载系统的立体结构示意图；旋转承载系统包括转台410和连接装置420，转台设置于箱体的下方，转台周侧设置有凹槽；连接装置的前端固设于转台，后端沿着凹槽设置；在转台动力装置驱动下，连接装置可沿着所述凹槽环绕。连接装置用于容纳浴液入口连接管路、浴液出口连接管路和水系组件，在转台动力装置驱动
下，连接装置随着连接于岩体试件上浴液入口连接管路、浴液出口连接管路和水系组件沿
着凹槽环绕，防止转台旋转过程中不同管路的缠绕断裂；在本实施例中，转台的旋转是为了配合探测扫描系统对岩体试件的扫描探测，因此，转台在动力装置的驱动下实现顺时针旋
转一周或者逆时针旋转一周，即连接装置环绕凹槽一周或者退出凹槽，实现对应的检测。

[0067] 进一步地，连接装置为管汇拖链，用于浴液入口连接管路、浴液出口连接管路和水系组件。

[0068] 进一步地，旋转承载系统还包括拖链导槽，拖链导槽设置于转台一侧，用于导引管汇拖链。

[0069] 优选地，转台通过电机驱动，实现角度调整自动化，具有角度调整范围广、精密高、承载大的特点；步进电机与传动件通过进口高品质弹性联轴器连接，排除空间和加工形位误差，旋转台面外圈刻度直观，标准接口，方便信号传输，手动手轮配置，电控手动均可；可选装伺服电机或步进电机，实现对模型箱体的旋转控制。

[0070] 参照附图8，图示是图1中的PET探测系统的立体结构示意图；PET探测系统包括第一探测器装置210、第一支撑装置211、第二探测器装置220、第二支撑装置221，第一探测器装置210、第二探测器装置220分别设置于箱体的两侧，用于检测冻融循环作用下试件裂缝
中渗流的运移动态，且分别通过第一支撑装置211、第二支撑装置221设置于地面；PET探测系统用于检测水系模拟系统中注入液中核素发出的光子信号，用来实现液体在岩体试件裂
缝中的三维动态运移。

[0071] 进一步地，PET探测系统还包括第一探测器移动装置和第二探测器移动装置；第一探测器移动装置包括第一移动导轨和第一移动部件，第一移动部件可在第一驱动装置的驱
动下调整第一探测器装置与箱体之间的探测距离；第二探测器移动装置包括第二移动导轨
和第二移动部件，第二移动部件可在第二驱动装置的驱动下调整第二探测器装置与箱体之
间的探测距离，进而灵活调控对特定部位检测的距离，进一步提高检测精度。

[0072] 参照附图9，图示是图1中的高能加速器CT探测系统的立体结构示意图；包括高能加速器CT射线源310、CT射线源平台311、CT射线源机架312、高能加速器CT探测器320、CT探测器平台321和CT探测器机架322，CT射线源310设置于CT射线源平台311上；CT探测器320设置于CT探测器平台321上；CT射线源平台311和CT探测器平台321的高度设置对应模型箱体
的高度，保证该探测系统能够探测整个试件的岩体受力变形导致的裂缝发育扩展过程，实
现对其三维形状可视化实时监测。

[0073] 进一步地，高能加速器CT探测器还包括CT线阵探测器和CT面阵探测器，两者设置于探测器平台上，两种探测器可针对不同需求进行切换，保证最佳扫描质量；线阵探测器具有更高的成像精度，用于对试验模型的某一区域进行精细扫描，获得试验模型结构特征的
尺寸信息；面阵探测器具有更大的视野，可以对试验样品进行大范围的成像，获得试验样品中裂纹在三维空间中的分布信息。

[0074] 进一步地，高能加速器CT探测系统还包括CT探测器竖直导轨和CT探测器水平导轨；其中，CT探测器竖直导轨安装于CT探测器机架靠近箱体的内侧，通过该装置的设置可实现探测器的升降，实现CT面阵探测器和CT线阵探测器在高度方向的调整，CT探测器机架通
过该CT探测器水平导轨以及滑块连接于探测器底座，实现探测器整体装置相对于箱体的远
离或靠近运动，调整探测视野。

[0075] 在本实施例中，通过对应升降电机的控制调整射线源、探测器相对于隧道模型的不同高度，可进行针对性的局部探测。

[0076] 进一步地，升降驱动装置可为丝杆步进电机，或者是其它可实现对液管升降控制的装置均可，本实施例并不限制本发明的保护范围。

[0077] 本发明中采用PET检测，安全性好。PET检查需要的核素有一定的放射性，但所用核素量很少，而且半衰期很短（短的在12分钟左右，长的在120分钟左右），经过物理衰减和生物代谢两方面作用，存留时间很短，因而安全可靠。

[0078] X射线显微CT(X-CT，X-ray Computed Tomography)，即计算机层析成像技术，是一种非侵入性和非破坏性成像技术，在不破坏样品的情况下，利用X射线对物体进行扫描，能够获得样品内部三维结构和形貌信息。它能在对检测物体无损伤条件下，以二维断层图像或三维立体图像的形式，清晰、准确、直观地展示被检测物体内部的结构、组成及形貌等，被誉为当今最佳无损检测和无损评估技术。

[0079] X射线显微CT由于其高分辨率及无损成像的特点使它在地质学、材料学、先进制造、生命科学等领域获得广泛应用。在地质学方面，岩心内部孔隙结构、裂缝、层理等微观尺度上的三维空间表征，实现对岩心内部孔喉的连通性、孔隙度、孔喉尺寸及多种渗流特征参数的统计计算。在材料学领域，材料内部孔隙、裂纹、夹杂、分层等三维空间分布及其各项定量分析，表征材料结构及密度分布情况。

[0080] 进一步地，该可视化系统该设置有中央处理器，高能加速器CT探测系统、PET探测系统、水系模拟系统均与中央处理器信号连接，中央处理器基于实时检测的水系模拟系统
注入试件中的流体运移情况，可实时控制调整模拟水系注入液体的流速、压力等参数，以及试件所处的温度环境，并实时记录对应设置参数得到的试件裂缝发育扩展过程，获得对应
模拟参数值；同时，通过本发明还可以进行试件中冻融循环作用下，设定位置水系对试件的所用情况，以及对隧道的影响，获得对应温度参数下隧道围岩缝网扩展全过程。

[0081] 基于模拟地下水冻融循环作用下深部巷道变形的可视化系统，具体操作步骤如下。

[0082] 步骤S100，将制作好的包含岩体试件的试验舱系统固定至旋转承载系统上；预设试件的侧向加载值、高温值、低温值以及水系模拟注入压力；其中，试件中开设有用于模拟水系容纳通道和模拟隧道。

[0083] 步骤S200，加载装置施加侧向加载值于试件，以模拟试件所受的真实地应力；同时启动高能加速器CT探测系统和PET探测系统进行实时监测。

[0084] 步骤S300，启动水系模拟系统，按照预设注入压力进行设定位置的水系管路模拟。

[0085] 步骤S400，启动温控泵，按照预设高温值、低温值以及预设时间不断进行高温-低温的循环，进行冻融循环模拟；其中，可先按照预设高温值进行循环，再执行降低-升高-降低的操作。

[0086] 步骤S500，预设时间结束，试验完成。

[0087] 在整个试验过程中，高能加速器CT探测系统和PET探测系统实时扫描检测，获得试验前、冻融过程中岩体裂缝扩展过程的三维图像。

[0088] 虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来；本发明并不局限于文
中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

[0089] 在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0090] 此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0091] 术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。

[0092] 至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些
更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。