為了研究不同隧道開挖方法的施工力學(xué)過程，開發(fā)了大型三維模型試驗(yàn)系統(tǒng)。系統(tǒng)自動(dòng)液壓控制系統(tǒng)具有壓力高、保壓時(shí)間長、階躍加載穩(wěn)定的特點(diǎn)，可滿足現(xiàn)有地質(zhì)力學(xué)相似材料基礎(chǔ)上各種地下工程三維和平面地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)的要求，在此基礎(chǔ)上，通過大量不同材料比和力學(xué)參數(shù)試驗(yàn)，得出了滿足Ⅴ類軟弱圍巖的相似材料比，對(duì)鐵路隧道施工過程進(jìn)行了大型三維地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)，真實(shí)模擬了隧道在開挖和支護(hù)過程中的力學(xué)變化過程。試驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，可廣泛應(yīng)用于其他地下工程的地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)研究。研究方法、技術(shù)和成果對(duì)類似工程研究具有一定的參考和指導(dǎo)意義。
每個(gè)測試模塊都符合國際巖土力學(xué)學(xué)會(huì)的要求
車身樣本尺寸：1500mm×1500mm×1500mm長×寬×高）；
試驗(yàn)空間尺寸精度<0.5mm；
主機(jī)外形：≈ 3500mm×3500m×2400mm長×寬×高）；
主機(jī)剛度大于10.0mn/mm，主機(jī)滿載變形小于0.1mm（變形采用光學(xué)測量監(jiān)測）；
試件變形測量范圍：-19999～19999με
加載速率：0.1～1.0kn/s，加載精度：<±1.0%F.s，加載分辨率：0.05kn；
負(fù)載保持精度：<±1.0%F.S，負(fù)載保持時(shí)間≥ 72.0小時(shí)；
氣動(dòng)系統(tǒng)壓力：1.6Mpa；控制精度：0.01Mpa；
土樣垂直大壓力：0.6MPa，垂直增加荷載：1350.0kn；
垂直加載行程：0～150.0mm；
垂直加載點(diǎn)：36.0，垂直單點(diǎn)大加載能力：40.0kn；系統(tǒng)采用多點(diǎn)加載，每個(gè)加載點(diǎn)可分別加載運(yùn)動(dòng)，每個(gè)加載點(diǎn)可同步加載同步運(yùn)動(dòng)或異步運(yùn)動(dòng)；
土樣側(cè)向大壓力：0.6MPa，側(cè)向增加荷載1350.0kn/side；
側(cè)向加載行程：0～150.0mm；
橫向加載點(diǎn)：144.0，橫向單點(diǎn)大加載能力：40.0kn；系統(tǒng)采用多點(diǎn)加載，每個(gè)加載點(diǎn)可分別加載運(yùn)動(dòng)，每個(gè)加載點(diǎn)可同步加載同步運(yùn)動(dòng)或異步運(yùn)動(dòng)；
橫向運(yùn)動(dòng)與載荷同步差：＜0.2kn；
加載和卸載應(yīng)力值可編程；
