1.隧道三维模型加载试验台,其特征在于:包括内部穿设隧道模型(2)的反力框架基础,放置并移动隧道模型(2)的轮轨装置,模拟荷载的加载系统,以及量测系统;反力框架基础包括底板(11)、设置在底板(11)上的门形框架(12)和设置在门形框架(12)内的弧面反力框架(13);轮轨装置包括底板(11)上方的轨道(31)、可沿轨道(31)相对滑动的平移车(32)和设置在平移车(32)上的模型底座(4),所述模型底座(4)底部通过基座弹簧(41)与平移车(32)连接;加载系统包括设置在弧面反力框架(13)内侧的加载装置,顶撑在隧道模型(2)顶部外侧壁上的弧面加载板(7),连接加载装置和弧面加载板(7)的加载弹簧(61);量测系统包括压力传感器(8)和位移计,所述压力传感器(8)设置在弧面加载板(7)上和模型底座(4)上,位移计设置在隧道模型(2)的内侧壁上;所述加载装置包括千斤顶(6)和为千斤顶(6)输出压力的液压泵组,千斤顶(6)为2组,与门形框架(12)的位置相对应设置,每组千斤顶(6)的数量为7个,沿隧道模型(2)的周向、均匀间隔布置在隧道模型(2)的侧壁和顶壁外侧;所述千斤顶(6)底端通过螺栓与弧面反力框架(13)固定连接,千斤顶(6)底部与弧面反力框架(13)之间设置有橡胶垫片(64);千斤顶(6)的顶杆连接有矩形钢板(62),矩形钢板(62)另一侧表面和弧面加载板(7)的外表面上对应设置有榫头(5),榫头(5)与加载弹簧(61)两端承插连接;每个所述弧面加载板(7)的内侧壁上、与千斤顶(6)的几何中心对应的位置均设置有压力传感器(8),模型底座(4)上、水平中轴线的三等分点位置也设置有压力传感器(8);每个弧面加载板(7)的几何中心对应的隧道模型(2)内侧壁上设置有第一位移计(91),第一位移计(91)的指针方向沿隧道模型(2)的径向、指向隧道模型(2)中部;隧道模型(2)内侧壁两侧的起拱线上分别设置有第二位移计(93),第二位移计(93)的指针方向竖直向下;隧道模型(2)底板(11)的几何中心上设置有第三位移计(94),第三位移计(94)的指针方向沿隧道模型(2)的径向、指向隧道模型(2)中部;所述量测系统还包括千分表(92),所述千分表(92)设置在每个千斤顶(6)对应的矩形钢板(62)和弧面加载板(7)上。
2.根据权利要求1所述的隧道三维模型加载试验台,其特征在于:所述门形框架(12)数量至少为2个,相对设置,沿底板(11)长度方向间隔排布,相邻门形框架(12)之间的距离不小于40cm,门形框架(12)底部通过螺栓与底板(11)可拆卸连接;所述弧面反力框架(13)为弧面板,弧面板的弧度与模拟的隧道顶部弧度一致,沿底板(11)长度方向通长设置,与门形框架(12)之间通过螺栓可拆卸连接。
3.根据权利要求1所述的隧道三维模型加载试验台,其特征在于:所述轨道(31)沿底板(11)的长度方向设置且两端分别伸出底板(11)边沿不小于1m;平移车(32)上表面和模型底座(4)下表面对应设置有榫头(5),榫头(5)与基座弹簧(41)两端承插连接;所述模型底座(4)上设置有缓冲垫板(42)。
4.根据权利要求1所述的隧道三维模型加载试验台,其特征在于:所述液压泵组包括至少4个油压泵(10),每个油压泵(10)通过分流阀(101)与位于同一水平面上的千斤顶(6)连接。
5.根据权利要求1所述的隧道三维模型加载试验台,其特征在于:所述弧面加载板(7)沿弧面反力框架(13)的轴向通长设置,弧面加载板(7)的长度不小于隧道模型(2)的长度,弯曲弧度与隧道模型(2)一致,相邻弧面加载板(7)之间的缝隙不小于10mm;弧面加载板(7)内侧设置有弧面垫片(63),弧面垫片(63)与隧道模型(2)周向外侧壁贴合设置。
6.权利要求1-5任意一项所述的隧道三维模型加载试验台用于隧道病害观察的试验方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤一、制作并组装反力框架基础:根据试验设计,剪裁底板(11),制作门形框架(12)和弧面反力框架(13),并与底板(11)固定连接;步骤二、预制构件:根据隧道模型(2)的大小和轮廓弯曲弧度,在工厂预制弧面加载板(7)、模型底座(4)、轨道(31)以及平移车(32);步骤三、制备隧道模型:浇筑养护区间隧道模型(2),并预制模拟的裂缝;步骤四、组装轮轨装置:在底板(11)上铺设轨道(31)并设置平移车(32),在平移车(32)上设置基座弹簧(41),将模型底座(4)对应放置在平移车(32)上;步骤五、安装量测系统:将隧道模型(2)放置在模型底座(4)上,调整定位后安装压力传感器(8)和位移计;步骤六、定位隧道模型:将隧道模型(2)推入反力框架基础内,精确定位后锁紧平移车(32);步骤七、设置加载系统:在弧面反力框架(13)内安装加载装置、加载弹簧(61)和弧面加载板(7);启动加载装置,使弧面加载板(7)顶撑在隧道模型(2)周向的外侧壁上,并将压力传感器(8)和位移计归零;步骤八、进行加载试验:调整加载装置的功率,根据不同工况要求,对隧道模型(2)进行分级加载;记录量测系统内各测量仪器的数据;步骤九、破坏模型:对隧道模型(2)进行持续的分级加载,直至隧道模型(2)整体失稳破坏,停止加载,加载装置复位,推动平移车(32)撤出隧道模型(2),进行进一步的数据收集和裂缝标记,对裂缝的病害情况进行全面分析。