[发明专利]一种隧道爆破开挖模型试验系统及方法

权利要求书

1.一种隧道爆破开挖模型试验系统，其特征在于，包括：

模型箱：用于放置相似材料，顶部敞口设置，相对的两个第一箱壁设置有水平加载件，用于向相似材料施加水平载荷，顶部敞口位置处能够设置箱盖，箱盖底面设置有竖向加载件，用于向相似材料施加竖向载荷，另外两个相对的第二箱壁设置有开孔，用于对模型箱内部的相似材料进行开挖；

监测元件：用于埋设在模型箱内的相似材料内部，用于检测相似材料的位移、应力、应变、压力信息；

开挖件：用于开挖隧道模型，包括电火花爆破件及开挖工具，电火花爆破件用于对相似材料进行爆破破碎，开挖工具用于挖出破碎的相似材料；

喷射件：用于向开挖的隧道模型内壁喷射支护材料。

2.如权利要求1所述的一种隧道爆破开挖模型试验系统，其特征在于，所述第一箱壁的内侧面还贴合固定有透明亚克力板，透明亚克力板设置有多个与待开挖隧道模型断面形状相匹配的通孔。

3.如权利要求1所述的一种隧道爆破开挖模型试验系统，其特征在于，所述第一箱壁的两侧边缘均设置有多个水平加载件，所述水平加载件采用水平液压千斤顶，所述水平液压千斤顶与第一连接杆的一端连接，第一连接杆的另一端固定有水平推板，水平液压千斤顶能够通过水平推板对相似材料施加水平载荷。

4.如权利要求1所述的一种隧道爆破开挖模型试验系统，其特征在于，所述箱盖底面的前后边缘处均固定有多个竖向加载件，所述竖向加载件采用竖向液压千斤顶，所述竖向液压千斤顶与第二连接杆的一端固定连接，第二连接杆的另一端与竖向推板固定连接，竖向液压千斤顶能够通过竖向推板向相似材料施加竖直向下的载荷。

5.如权利要求1所述的一种隧道爆破开挖模型试验系统，其特征在于，所述监测元件包括与外部控制器连接的光纤光栅位移传感器、电阻式应变砖及土压力盒，所述光纤光栅位移传感器用于检测相似材料的位移，电阻式应变砖用于检测相似材料的应力、应变，土压力盒用于检测相似材料产生的压力。

6.如权利要求1所述的一种隧道爆破开挖模型试验系统，其特征在于，所述电火花爆破件采用电火花震源，能够通过电极高压脉冲放电，击碎相似材料。

7.如权利要求1所述的一种隧道爆破开挖模型试验系统，其特征在于，所述喷射件包括浆液泵，所述浆液泵与能够盛放支护材料浆液的浆液箱连接，浆液泵还与浆液管连接，浆液管端部设置有喷头，浆液泵能够驱动浆液箱内的支护材料经浆液管和喷头喷出，对开挖的隧道模型进行支护。

8.一种权利要求1-7任一项所述的隧道爆破开挖模型试验系统的方法，包括以下步骤：

步骤1：在模型箱内分层铺设相似材料，相似材料铺设过程中，在设定位置埋设监测元件，相似材料铺设完成后，利用水平加载件和竖向加载件对相似材料施加设定的水平载荷和竖向载荷；

步骤2：通过模型箱第二箱壁的开口及透明亚克力板的通孔，在相似材料中开挖两条条隧道模型，两条隧道模型同步开挖，开挖过程中，采用分步开挖，每步开挖首先利用电火花爆破件对相似材料进行破碎，然后利用开挖工具挖出破碎的相似材料，形成隧道模型，最后在隧道内搭建拱架并利用喷射件在隧道模型内壁喷射支护材料，拱架对隧道模型内壁进行支撑，隧道模型开挖过程中，利用监测元件实时监测相似材料的位移、应力、应变及压力信息。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤1中，相似材料设置多个断面，每个断面埋设监测元件。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述隧道模型开挖两条，两条隧道模型的断面形状相同，且高度相同，监测元件布置在断面的一侧部。