1.一种隧道全断面开挖模拟系统,其特征在于:包括围岩试块(1)、柔性油囊(2)、砂囊(3)、油路加载装置;
所述砂囊(3)设置在所述围岩试块(1)的隧道模拟孔中,所述砂囊(3)为空心环柱状,砂囊内壁(31)和砂囊外壁(32)之间的砂腔(17)内部填充砂与粘合剂的混合物;
所述柔性油囊(2)设置在所述砂囊内壁(31)内的空腔中;
所述油路加载装置与所述柔性油囊(2)的油路相通。
2.如权利要求1所述的隧道全断面开挖模拟系统,其特征在于:
所述砂囊(3)包括纵向加固条(18);
若干所述纵向加固条(18)沿所述砂囊(3)的轴向延伸、分布在所述砂囊内壁(31)和砂囊外壁(32)之间,将砂腔(17)在环向上分隔开来。
3.如权利要求1所述的隧道全断面开挖模拟系统,其特征在于:
所述砂囊(3)包括环向加固条(19);
若干所述环向加固条(19)沿所述砂囊(3)的环向延伸、分布在所述砂囊内壁(31)和砂囊外壁(32)之间,将砂腔(17)在纵向上分隔开来。
4.如权利要求1所述的隧道全断面开挖模拟系统,其特征在于:
所述砂腔(17)内可更换不同种类的填充物。
5.如权利要求2-4任一项所述的隧道全断面开挖模拟系统,其特征在于:
所述柔性油囊(2)包括油囊囊体(11)、单向阀门(12)、油压传感器(13);
所述油囊囊体(11)为弹性材料制成;
所述单向阀门(12)安装在所述油囊囊体(11)端面,与所述油路加载装置相通;
所述油压传感器(13)安装在所述油囊囊体(11)的油路管道中。
6.如权利要求5所述的隧道全断面开挖模拟系统,其特征在于:
所述柔性油囊(2)包括排气管(14)、泄气阀(15)、气泵(16);
所述排气管(14)为布置有若干小孔的管道,安装在所述油囊囊体(11)内,连接至囊体端面;
所述泄气阀(15)的一端通过管道与端面的所述排气管(14)接口相连,另一端与所述气泵(16)相连。
7.如权利要求2-4任一项所述的隧道全断面开挖模拟系统,其特征在于:
所述油路加载装置包括溢流阀(4)、油泵(5)、油源(6)、伺服阀(7);
所述油源(6)、油泵(5)、溢流阀(4)、柔性油囊(2)依次连通形成加载油路;
所述油源(6)、伺服阀(7)、柔性油囊(2)依次连通形成卸载油路。
8.一种隧道全断面开挖模拟方法,其特征在于,使用如权利要求1-7任一项所述的隧道全断面开挖模拟系统,以及对围岩试块(1)外围进行三维物理模拟加载的外围加载设备;
包括如下步骤:
s1、在围岩试块(1)的隧道模拟孔内,油路加载装置将柔性油囊(2)充油至围岩试块(1)边界条件为零;
s2、在启动外围加载设备对围岩试块(1)外围进行三维物理模拟加载的同时,也启动隧道全断面开挖模拟系统的油路加载装置对柔性油囊(2)加压。
9.如权利要求8所述的隧道全断面开挖模拟方法,其特征在于,
步骤s1包括如下步骤:
s1.1、制备围岩试块(1);
s1.2、柔性油囊(2)和砂囊(3)装配在围岩试块(1)的隧道模拟孔中,围岩试块(1)置于外围加载设备中;
s1.3、接通油路加载装置与柔性油囊(2)的油路,向柔性油囊(2)充油,排出柔性油囊(2)内的气泡;
s1.4、继续充油至围岩试块(1)边界条件为零,根据拉梅公式得出压力值,停止充油。
10.如权利要求8所述的隧道全断面开挖模拟方法,其特征在于,
在步骤s2之后还包括:
s3、待达到模拟岩层力学环境后,外围加载设备稳压预定时长,稳压期间对围岩试块(1)进行观测;
s4、油路加载装置对柔性油囊(2)进行泄压,泄压期间对围岩试块(1)进行观测。