6，定位 弹簧327，液压管4，岩体试件5，钻具6，隧道实体试件7，隧道薄片71，铁丝8。
【具体实施方式】
[0040] 本发明的模拟测试方法是针对某一深部岩体工程设置的开挖参数并依据于相似 理论做出的，其步骤可参见图1，具体如下：
[0041] 1.深部岩体应力及爆炸扰动的初始计算
[0042]该初始计算是根据深部岩体工程初步设计一些参数进行的计算。如：一深部地下 隧道工程的埋深为地下2000m，隧道直径为Φ 20m，掘进进尺5m/d-50m/d，假设其遭受爆炸当 量为lOOktTNT的封闭地下爆炸扰动。根据上述的这些设计参数进行如下静态地应力和峰值 应力的计算。
[0043] a.静态地应力P初始计算
[0044]试件的静态地应力可模拟为垂直方向主应力？:、平行于开挖方向的水平方向主应 力P2和垂直于开挖方向的水平方向主应力P3。
[0045]每一方向的静态地应力可由式(1)计算
[0046] Pi = ghp
[0047] (1)
[0048] 其中，i = 1，2，3，分别表示垂直方向、与开挖方向平行的水平方向、与开挖方向垂 直的水平方向；g为重力加速度，h为工程埋深，P为为岩石密度。
[0049] 则该深部地下隧道的静态地应力约为P = 52MPa。
[0050] b.爆炸扰动初始计算
[0051] 爆炸载荷对深部岩体的作用可等效为如图2所示的三角形脉冲载荷，该脉冲载荷 的峰值应力Pf，形成峰值应力Pf的上升沿时间为t r，脉冲周期为t+。本次开挖的区域为花岗 岩区域，因此设定爆炸发生在非弹性变形区。而当爆炸发生在非弹性变形区时，三角形脉冲 载荷的上升沿时间t r和脉冲周期t+与引起爆炸扰动的地面爆炸当量为Q存在如下关系：
[0052] tr/Q1/3 ? (5~15)ms/kt1/3
[0053] (2)
[0054] t+/Q1/3=(20 ~40)ms/kt1/3 (3)
[0055] 同时爆炸质点的速度（4)
[0056] 其中A为拟合系数，对于花岗岩，A = 0.19, F为换算距离，
[0057] r=r/Ql" (5)
[0058] 其中r为爆心距
[0059]则峰值应力 pf = pcum (6)
[0060] 其中c为介质声速，对于花岗岩的声速c = 5000m/s，P为岩石密度
[0061] 根据公式(2)和(3)可得:tr * (23~70)ms/kt1/3，t+? (93~186)ms/kt1/3;为简便计 算取：tr * 50ms，t+ ? 150ms;当Q=100kt，则Q3/1 = 4.64,对于r = 2000m的爆心距，根据公式 (4)和(5)可得：F = 0.45,? = 0.19/0.4516 = 0.68111/8,由（6)式可得峰值应力Pf=8.8MPa，
[0062] 由此可得得地下工程承受的是上升沿时间50ms、脉冲周期时间150ms、峰值应力 8.8MPa的三角脉冲载荷。
[0063] 2.选取相似比尺
[0064] 相似比尺根据设计的试验选取，一般根据模拟原型的尺度和实验室能够承载的模 拟试件尺寸来确定，没有固定的标准。本实施例中，需要模拟地下开挖，取实际最大开挖直 径20m，则实验室内开挖模型尺寸200mm比较合适，因此取相似比尺为C=1:100。
[0065] 3.由相似比尺C计算相对于试件的各模拟量
[0066] 由相似比尺C=1:100可得对试件的模拟开挖速度V = 0.5~5m/d;对试件所施加的 模拟静态地应力约为52MPa/C = 0.52MPa，考虑到模型试验地应力加载的加速蠕变，试验需 要的静载设置为实际载荷的3倍，即模拟静态地应力最高取为1.5MPa。对试件所施加的模拟 三角载荷峰值为8.810^/0 = 0.08810^，上升沿时间为5〇1118/^ = 51118，正压时间为15〇1118/〇= 15ms〇
[0067]试件制作成矩形体形，用已公开了相似材料制作，例如公开号为201410591283.1 的相似材料制作。为了便于模拟开挖，测试试件由事先制作好的隧道实体试件7预埋于测试 试件的对应模具中，再用相似材料进行浇铸并经固化形成，如图8。而隧道实体试件由与开 挖隧道截面相同的若干隧道薄片71相互贴合形成，每一隧道薄片用模拟材料浇铸于对应的 模具并经后固化形成，浇铸时在对应模具中埋入至少相互两根十字形交叉的铁丝8,且交叉 点基本位于隧道薄片71的中心，同时该两根铁丝8的至少一端分别伸出模具外，致使每一隧 道薄片至少有两根外露的铁丝8,如图9、10。
[0068] 4.施加静态地应力
[0069] 上述制作好的试件放置于如图3所示的加载装置上，加载是通过对置于矩形体形 试件六个面上的柔性胶囊内加高油压实现的。加载前，各胶囊预抽真空，初期加载时，液压 系统缓慢注油，待胶囊膨胀与试件充分接触后，逐步增加压力至预设压力。由于内摩擦作 用，地应力加载时间一般需持续1~2周，使用压力传感器测量试件内部应力，当内部应力达 到预设水平，保持胶囊处压力边界不变。
[0070] 5.施加开挖卸荷扰动
[0071] 当试件内地应力达到预计水平后，模拟开挖作业，为了便于模拟深部岩体的隧道 开挖状态，在形成上述承载架1中的空腔的一垂直腔壁上设有第一操作孔134,对应该侧腔 壁的柔性胶囊2的对应位置上设有贯穿胶囊厚2度方向的第二操作孔20,这样模拟的开挖工 具，例如钻具6可通过第一操作孔134、第二操作孔20对岩体试件5进行模拟隧道的开挖，开 挖作业速度5-10mm/h使岩体试5产生开挖卸载的应力状态，以模拟开挖卸载扰动。
[0072] 开挖的一个优选的实施方式是，按设定的开挖作业速度5-10mm/h，通过上述承载 架1中的空腔的一垂直腔壁上设有第一操作孔134和第二操作孔20进行操作，由外到内依次 拉动形成挖试件2的若干隧道薄片上的外露铁丝3,隧道薄片由外向内逐渐破碎，形成开挖 隧道。这是因为隧道实体试件2和深部岩体试件1先后固化，两者的固化时间不相同，使预埋 于岩体试件1中的隧道实体试件2与岩体试件1之间粘贴强度较低，存在一定的边界，加之模 拟材料一般为低强度的脆性材料，并制成薄片结构，当拉动埋设隧道薄片21中的铁丝3,其 脆弱的结构很容易被破坏，本发明利用上述材料、结构及工艺形成的特点，方便省事地模拟 工程开挖过程。形成模拟隧道后，在隧道内布设对应的传感器等检测设备，检测隧道壁面的 应力、应变和位移变化。
[0073] 6.施加爆炸地冲击扰动
[0074] 上述步骤完成后使用爆炸载荷模拟发生装置在试件上方施加模拟爆炸载荷，载荷 进入试件，作用在步骤4中开挖的隧道上，以模拟爆炸地冲击扰动对深部工事的影响。
[0075] 具体的一种模拟深部岩体受力状态的加载装置，如图3,该加载装置主要由承载架 1、柔性胶囊2、爆炸载荷模拟发生器3和液压管4组成。承载架1具有用于容纳矩形体形状的 岩体试件5的空腔，岩体试件5置于空腔中，在该岩体试件5的每一侧面和与该侧面相对的空 腔腔壁之间放置柔性胶囊2,每一柔性胶囊2上设有至少一个导管21，从液压站引入的高压 油通过导管21进入柔性胶囊内，高压油通过柔性胶囊加载到岩体试件5的六个侧面上，使岩 体试件产生模拟的高地应力的应力状态，参见图4。爆炸载荷模拟发生器3设置在组成上述 承载架1的空腔的顶面腔壁的外侧(也可设置在侧面腔壁的外侧），该发生器将产生三角形 液压脉冲载荷，该液压脉冲载荷通过腔壁传导至并柔性胶囊2上，经柔性胶囊2加载的到岩 体试件5上，用以模拟爆炸扰动，使岩体试件5内产生爆炸地扰动的应力状态，通过隧道内布 设的对应传感器等检测设备，对隧道壁面的应力、应变和位移变化进行检测，从而得到爆炸 地扰动的应力状态。
[0076]爆炸载荷模拟发生器3主要有加载单31和卸载单元32组成，参见图5。如图6,加载 单元31包括螺母313、活塞312和设有进气口和卸气口的油缸311，活塞312滑动设置在油缸 311中，且该活塞的活塞杆伸出所述油缸外旋接所述螺母313,螺母313旋接于活塞杆的位置 与活塞312的运动行程直接关联，活塞的行程被限定在螺母与油缸之间的间距内。在对应于 油缸311活塞杆一端的两周向位置上分别设有沿径向分布的一对进气口 3111和一对卸气口 3112,而油缸311的活塞端与外侧板141上的连接孔1411连通。
[0077] 如图7,卸载单元32包括缸筒321、调节活塞322、卸载活塞323、调节弹簧324、定位 套325、定位销326和定位弹簧327。缸筒321沿轴向依次设有相互连通的调节活塞腔3211、卸 载活塞腔3212和定位套腔3213,且卸载活塞腔3212和定位套腔3213的周向腔壁上分别设有 卸载孔32121和销钉孔32131，调节活塞腔3211的开口端连接在油缸311的卸气口 3112上，调 节活塞323、卸载活塞324和定位套分别置于调节活塞腔、卸载活塞腔和定位套腔中