技术特征：
1.一种可控自由度的盾构隧道开挖同步注浆试验设备，其特征在于，包括：箱体，内部形成有模拟腔，所述模拟腔具有沿竖直向延伸的安装侧壁，且所述模拟腔的顶部腔壁设置为可上下活动的活动件，以使得所述模拟腔的容积可调节；以及，隧道模型，沿水平向延伸，所述隧道模型包括待开挖管段及连接在所述待开挖管段端部的成型管段，所述成型管段远离所述待开挖管段的一端与所述安装侧壁之间设有滑轨结构，所述隧道模型通过所述滑轨结构沿竖直向可滑动地安装于所述安装侧壁。2.如权利要求1所述的可控自由度的盾构隧道开挖同步注浆试验设备，其特征在于，所述滑轨结构包括外滑轨、内滑座及滚珠保持架，所述外滑轨固定在所述安装侧壁，所述外滑轨沿竖直向延伸，所述内滑座固定在所述成型管段背离所述待开挖管段的一端，所述内滑座滑动安装于所述外滑轨，以使所述隧道模型沿竖直向可滑动地安装于所述安装侧壁，所述滚珠保持架设于所述外滑轨和所述内滑座之间，所述滚珠保持架具有靠近所述外滑轨的第一壁和靠近所述内滑座的第二壁，所述滚珠保持架的第一壁和第二壁分别安装有第一滚珠和第二滚珠，所述第一滚珠用以在所述内滑座沿所述外滑轨滑动时与所述内滑座滚动接触，所述第二滚珠用以在所述内滑座沿所述外滑轨滑动时与所述外滑轨滚动接触。3.如权利要求1所述的可控自由度的盾构隧道开挖同步注浆试验设备，其特征在于，所述安装侧壁上设有沿上下向延伸的凹槽，所述滑轨结构容设于所述凹槽内。4.如权利要求1所述的可控自由度的盾构隧道开挖同步注浆试验设备，其特征在于，所述模拟腔的上侧形成安装口，所述安装口内活动安装有推板，所述推板构成所述活动件。5.如权利要求1所述的可控自由度的盾构隧道开挖同步注浆试验设备，其特征在于，所述隧道模型包括沿水平方向依次接合的多个管片环。6.如权利要求5所述的可控自由度的盾构隧道开挖同步注浆试验设备，其特征在于，各所述管片环的材质为铝合金材料；和/或，相邻两个所述管片环相互拼接设置，且各所述管片环的中部的厚度大于其两端的厚度。7.如权利要求1所述的可控自由度的盾构隧道开挖同步注浆试验设备，其特征在于，还包括：外水囊体，套设在所述待开挖管段外；内水囊体，填充在所述待开挖管段内；以及，抽水装置，所述抽水装置用以抽出所述外水囊体和所述内水囊体中的水。8.如权利要求7所述的可控自由度的盾构隧道开挖同步注浆试验设备，其特征在于，所述待开挖管段包括沿水平方向依次接合的多个前管片环；所述外水囊体设有多个，多个所述外水囊体与多个所述前管片环一一对应；所述内水囊体设有多个，多个所述内水囊体与多个所述前管片环一一对应。9.如权利要求1所述的可控自由度的盾构隧道开挖同步注浆试验设备，其特征在于，还包括注浆装置，所述注浆装置用以向所述待开挖管段的外侧注浆；和/或，还包括监测系统，所述监测系统包括应变计、压力计、位移计及孔压计，所述应变计用于检测所述隧道模型的内力，所述压力计用于检测所述隧道模型受到的注浆压力，所述位移计用于检测所述隧道模型的位移，所述孔压计用于检测所述隧道模型周围的孔隙水压力。
10.一种盾构隧道开挖同步注浆试验方法，其特征在于，包括以下步骤：制备土样，再向模拟腔内填入所述土样，以形成土体层；向所述土体层注满水，再通过推板对所述土体层施加载荷，以模拟高水压环境；通过抽水装置抽出外水囊体和内水囊体中的水，同时通过注浆装置向待开挖管段的外侧注浆，以分别模拟开挖和同步注浆过程；通过piv技术获取注浆时的浆液扩散情况，并通过应变计检测隧道模型的内力，通过压力计检测所述隧道模型受到的注浆压力，通过位移计检测所述隧道模型的位移，通过孔压计检测所述隧道模型周围的孔隙水压力。
技术总结
本发明公开一种可控自由度的盾构隧道开挖同步注浆试验设备及其应用，该设备包括箱体以及隧道模型，箱体内部形成有模拟腔，模拟腔具有沿竖直向延伸的安装侧壁，且模拟腔的顶部腔壁设置为可上下活动的活动件，以使得模拟腔的容积可调节，隧道模型沿水平向延伸，隧道模型包括待开挖管段及连接在待开挖管段端部的成型管段，成型管段远离待开挖管段的一端与安装侧壁之间设有滑轨结构，隧道模型通过滑轨结构沿竖直向可滑动地安装于安装侧壁。本发明提供的试验设备能够实现对隧道模型边界处位移的自由度控制，避免因模型尺寸限制，导致隧道模型的靠近安装侧壁的末端受到过度约束或欠约束，影响隧道模型竖向位移的测定，从而消除设备的试验误差。设备的试验误差。设备的试验误差。
技术研发人员：王斌 李洁涛 刘鎏
受保护的技术使用者：中国科学院武汉岩土力学研究所
技术研发日：2022.04.01
技术公布日：2022/6/28