本發(fā)明涉及一種巖土介質(zhì)多場(chǎng)耦合技術(shù)，尤其涉及一種在隧道周圍巖土介質(zhì)中溫度-滲流-應(yīng)力三場(chǎng)耦合相似試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

在開(kāi)挖地鐵隧道的過(guò)程中，隧道周圍巖土介質(zhì)的穩(wěn)定性受熱效應(yīng)(T，受地?zé)?、季?jié)等因素影響)，滲流效應(yīng)(H，開(kāi)挖引起地下水變化)，應(yīng)力效應(yīng)(M，開(kāi)挖引起應(yīng)力重新分布)以及三者的耦合效應(yīng)控制。上述幾種因素相互影響，形成隧道開(kāi)挖的THM耦合模型。Lee等利用滲流-應(yīng)力耦合模型(HM)分析了隧道表面的穩(wěn)定性(Effect of seepage force on tunnel face stability[J].Can Geotech，2003，40(2))。Ji等利用數(shù)值模擬的方法驗(yàn)證了隧道開(kāi)挖過(guò)程中滲流-應(yīng)力(HM)耦合模型(隧道開(kāi)挖流固耦合數(shù)值模擬[J].巖土力學(xué)，2011,32(4))。Zhang等研究了在火災(zāi)負(fù)荷作用下，溫度-應(yīng)力(TM)耦合對(duì)隧道穩(wěn)定性的影響(火災(zāi)載荷下隧道熱固耦合分析[J].土木工程學(xué)報(bào)，40(3))。

上述幾種試驗(yàn)很好地揭示了流固耦合(H-M)，熱固耦合(T-M)對(duì)隧道穩(wěn)定性的影響，但是沒(méi)有探究溫度-滲流-應(yīng)力三場(chǎng)耦合效應(yīng)對(duì)地鐵隧道穩(wěn)定性的影響，不能真實(shí)反映出隧道周圍巖土介質(zhì)所處的環(huán)境。

巖土體處于一定的地質(zhì)環(huán)境中，受溫度、應(yīng)力、地下水流動(dòng)的影響。這三種因素相互作用，相互影響，形成THM耦合效應(yīng)。溫度可以使巖體產(chǎn)生熱應(yīng)力，引起巖土體的彈性模量、泊松比等固體特性的改變，同時(shí)溫度也會(huì)引起地下水密度的變化，影響地下水流動(dòng)。地下水流動(dòng)通過(guò)對(duì)流或傳導(dǎo)改變巖體的溫度分布，地下水的存在也會(huì)影響巖土體受力情況。巖土體受力變形會(huì)在內(nèi)部產(chǎn)生一定熱量，力學(xué)變形也會(huì)影響固體熱學(xué)特性的變化，同時(shí)巖土體孔隙度或滲透特性也會(huì)變化。因此對(duì)于研究分析隧道的穩(wěn)定性，如能測(cè)定THM耦合作用下隧道周圍巖土體的應(yīng)力和位移變化，并將二者變化規(guī)律與宏觀受力相結(jié)合進(jìn)行綜合分析，將能進(jìn)一步對(duì)隧道穩(wěn)定性研究提供更為直觀的實(shí)驗(yàn)依據(jù)和理論支撐。

THM三場(chǎng)耦合是一個(gè)十分復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，研究三場(chǎng)耦合作用下隧道的穩(wěn)定性具有重要意義。因此，如何提供一種試驗(yàn)方法，能夠測(cè)定在THM三場(chǎng)耦合作用下，隧道周圍巖土體的應(yīng)變和位移變化，對(duì)研究隧道穩(wěn)定性有著重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種溫度-滲流-應(yīng)力三場(chǎng)耦合相似試驗(yàn)方法。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明的溫度-滲流-應(yīng)力三場(chǎng)耦合相似試驗(yàn)方法，包括步驟：

A、試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)：根據(jù)試驗(yàn)的要求確定試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膸缀纬叽绾瓦吔鐥l件；

B、相似常數(shù)設(shè)計(jì)：根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求和實(shí)驗(yàn)臺(tái)尺寸限制確定幾何相似比α_L；運(yùn)動(dòng)相似表現(xiàn)在時(shí)間、速度和加速度上，其相似常數(shù)為根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)要求確定容重相似比α_γ；根據(jù)模型和原型對(duì)應(yīng)點(diǎn)具有相同應(yīng)力平衡微分方程得α_σ＝α_t＝α_L·α_γ，彈性模量和泊松比的相似比為1；

C、應(yīng)變、溫度監(jiān)測(cè)示意圖和水管位置示意圖設(shè)計(jì)：采用應(yīng)變片自動(dòng)收集應(yīng)變數(shù)據(jù)的方案，確定應(yīng)變片在模型中的位置；采用加熱板改變溫度，確定加熱板和溫度傳感器的位置；采用傾斜的水管進(jìn)行水的滲流控制，確定水管在模型中的位置；

D、相似配比試驗(yàn)：選擇合理相似配比是本次相似模擬試驗(yàn)的關(guān)鍵，不同種類的相似材料，其力學(xué)性能不同，通過(guò)配比試驗(yàn)，為相似模擬試驗(yàn)提供合適的配比參數(shù)；

E、試驗(yàn)材料的準(zhǔn)備：按照步驟D的配比參數(shù)準(zhǔn)備相應(yīng)的相似材料；應(yīng)變片的制作和防潮處理；

F、相似模型的制作：

F1、配料：將步驟E準(zhǔn)備的試驗(yàn)材料移至干凈的空地上加水?dāng)嚢杈鶆颍?/p>

F2、模型的制作：在試驗(yàn)平臺(tái)上料過(guò)程中，堆砌模型的同時(shí)安放好模板，塑造試驗(yàn)?zāi)Ｐ停斯ざ哑瞿Ｐ瓦^(guò)程中，注意壓實(shí)配比料，并保證薄厚度均勻；

F3、埋設(shè)應(yīng)變片、加熱板、水管、溫度傳感器：在制作模型時(shí)將制作好的應(yīng)變片、加熱板、水管、溫度傳感器埋入模型中，埋入的位置應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)示意圖確定；

F4、養(yǎng)護(hù)：將試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮诟稍锿L(fēng)的條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)一周，使模型充分干燥，最后聚合為一個(gè)整體，實(shí)驗(yàn)臺(tái)架根據(jù)實(shí)驗(yàn)具體情況在養(yǎng)護(hù)完成后施加不同上覆壓力；

F5、拆模：試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒?jīng)過(guò)養(yǎng)護(hù)齡期后，將擋板按照由上往下、隔一拆一的順序，依次拆下，操作過(guò)程中先松動(dòng)模具兩側(cè)螺栓，使模型內(nèi)部礦體先接觸空氣，達(dá)到透風(fēng)效果，從而起到縮短模具拆卸時(shí)間，拆模過(guò)程中注意保護(hù)模型，避免損壞模型邊幫；

F6、繪斑：拆模完成后，繪制散斑，散斑由人工用毛筆蘸黑墨水進(jìn)行點(diǎn)制，繪點(diǎn)需雜亂無(wú)章，并保證繪點(diǎn)呈圓形，繪點(diǎn)結(jié)束后，在模型上標(biāo)注水平高程；

F7、監(jiān)測(cè)：模型正前方擺放非接觸全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量?jī)x器，監(jiān)測(cè)模型位移；開(kāi)啟應(yīng)變儀記錄應(yīng)變；開(kāi)啟溫度記錄儀記錄巖體溫度變化；

G、模型的開(kāi)挖：將溫度和水量調(diào)至設(shè)計(jì)參數(shù)，利用手工鑿鉆，開(kāi)挖隧道。

由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例提供的溫度-滲流-應(yīng)力三場(chǎng)耦合相似試驗(yàn)方法，在THM三場(chǎng)耦合作用過(guò)程中能系統(tǒng)的獲得隧道周圍巖土體應(yīng)變、位移的演化規(guī)律。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中應(yīng)變片、加熱板、溫度傳感器、水管的位置設(shè)計(jì)示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中PVC管的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中PVC管的布置圖(側(cè)視圖)。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例中室溫以及加熱板溫度隨時(shí)間變化圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例中試驗(yàn)1-3地表沉降對(duì)比圖。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例中試驗(yàn)1-3在S1點(diǎn)的垂直應(yīng)變隨時(shí)間變化圖。

圖8為本發(fā)明實(shí)施例中THM耦合作用下不同滲透量(試驗(yàn)3、6、7)地表沉降對(duì)比圖。

圖9為本發(fā)明實(shí)施例中THM耦合作用下不同溫度(試驗(yàn)3-5)地表沉降對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明的溫度-滲流-應(yīng)力三場(chǎng)耦合相似試驗(yàn)方法，其較佳的具體實(shí)施方式是：

包括步驟：

A、試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)：根據(jù)試驗(yàn)的要求確定試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膸缀纬叽绾瓦吔鐥l件；

B、相似常數(shù)設(shè)計(jì)：根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求和實(shí)驗(yàn)臺(tái)尺寸限制確定幾何相似比α_L；運(yùn)動(dòng)相似表現(xiàn)在時(shí)間、速度和加速度上，其相似常數(shù)為根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)要求確定容重相似比α_γ；根據(jù)模型和原型對(duì)應(yīng)點(diǎn)具有相同應(yīng)力平衡微分方程得α_σ＝α_t＝α_L·α_γ，彈性模量和泊松比的相似比為1；

C、應(yīng)變、溫度監(jiān)測(cè)示意圖和水管位置示意圖設(shè)計(jì)：采用應(yīng)變片自動(dòng)收集應(yīng)變數(shù)據(jù)的方案，確定應(yīng)變片在模型中的位置；采用加熱板改變溫度，確定加熱板和溫度傳感器的位置；采用傾斜的水管進(jìn)行水的滲流控制，確定水管在模型中的位置；

D、相似配比試驗(yàn)：選擇合理相似配比是本次相似模擬試驗(yàn)的關(guān)鍵，不同種類的相似材料，其力學(xué)性能不同，通過(guò)配比試驗(yàn)，為相似模擬試驗(yàn)提供合適的配比參數(shù)；

E、試驗(yàn)材料的準(zhǔn)備：按照步驟D的配比參數(shù)準(zhǔn)備相應(yīng)的相似材料；應(yīng)變片的制作和防潮處理；

F、相似模型的制作：

F1、配料：將步驟E準(zhǔn)備的試驗(yàn)材料移至干凈的空地上加水?dāng)嚢杈鶆颍?/p>

F2、模型的制作：在試驗(yàn)平臺(tái)上料過(guò)程中，堆砌模型的同時(shí)安放好模板，塑造試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，人工堆砌模型過(guò)程中，注意壓實(shí)配比料，并保證薄厚度均勻；

F3、埋設(shè)應(yīng)變片、加熱板、水管、溫度傳感器：在制作模型時(shí)將制作好的應(yīng)變片、加熱板、水管、溫度傳感器埋入模型中，埋入的位置應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)示意圖確定；

F4、養(yǎng)護(hù)：將試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮诟稍锿L(fēng)的條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)一周，使模型充分干燥，最后聚合為一個(gè)整體，實(shí)驗(yàn)臺(tái)架根據(jù)實(shí)驗(yàn)具體情況在養(yǎng)護(hù)完成后施加不同上覆壓力；

F5、拆模：試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒?jīng)過(guò)養(yǎng)護(hù)齡期后，將擋板按照由上往下、隔一拆一的順序，依次拆下，操作過(guò)程中先松動(dòng)模具兩側(cè)螺栓，使模型內(nèi)部礦體先接觸空氣，達(dá)到透風(fēng)效果，從而起到縮短模具拆卸時(shí)間，拆模過(guò)程中注意保護(hù)模型，避免損壞模型邊幫；

F6、繪斑：拆模完成后，繪制散斑，散斑由人工用毛筆蘸黑墨水進(jìn)行點(diǎn)制，繪點(diǎn)需雜亂無(wú)章，并保證繪點(diǎn)呈圓形，繪點(diǎn)結(jié)束后，在模型上標(biāo)注水平高程；

F7、監(jiān)測(cè)：模型正前方擺放非接觸全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量?jī)x器，監(jiān)測(cè)模型位移；開(kāi)啟應(yīng)變儀記錄應(yīng)變；開(kāi)啟溫度記錄儀記錄巖土體溫度變化；

G、模型的開(kāi)挖：將溫度和水量調(diào)至設(shè)計(jì)參數(shù)，利用手工鑿鉆，開(kāi)挖隧道。

所述的加熱板為可調(diào)溫硅膠加熱板，尺寸150mm×90mm×1.8mm，工作電壓220V，功率0.5W/cm²，最高使用溫度200℃；

所述的溫度傳感器的探頭為壓簧式熱電偶，測(cè)量范圍0～200℃，溫度傳感器的另一端連接溫度記錄儀，長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)溫度變化，一個(gè)溫度記錄儀能連接多個(gè)溫度傳感器，分別對(duì)不同的溫度傳感器進(jìn)行編號(hào)，溫度記錄儀能記錄不同傳感器檢測(cè)到的溫度；

所述水管為PVC管，該管的外徑、內(nèi)徑和長(zhǎng)度分別為2cm、1.4cm和30cm，在PVC管中有6個(gè)直徑為0.5cm的圓形孔。

本發(fā)明的溫度-滲流-應(yīng)力三場(chǎng)耦合相似試驗(yàn)方法，在THM三場(chǎng)耦合作用過(guò)程中能系統(tǒng)的獲得隧道周圍巖土體應(yīng)變、位移的演化規(guī)律。

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

隧道開(kāi)挖溫度-滲流-應(yīng)力三場(chǎng)耦合作用機(jī)理試驗(yàn)方法，包括如下步驟：

S1、試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)：根據(jù)試驗(yàn)的要求確定試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膸缀纬叽绾瓦吔鐥l件。

S2、相似常數(shù)設(shè)計(jì)：根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求和實(shí)驗(yàn)臺(tái)尺寸限制確定幾何相似比α_L；運(yùn)動(dòng)相似表現(xiàn)在時(shí)間、速度和加速度上，其相似常數(shù)為根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)要求確定容重相似比α_γ；根據(jù)模型和原型對(duì)應(yīng)點(diǎn)具有相同應(yīng)力平衡微分方程得α_σ＝α_t＝α_L·α_γ。彈性模量和泊松比的相似比為1。

S3、應(yīng)變、溫度監(jiān)測(cè)示意圖和水管位置示意圖設(shè)計(jì)：本實(shí)驗(yàn)采用應(yīng)變片自動(dòng)收集應(yīng)變數(shù)據(jù)的方案，確定應(yīng)變片在模型中的位置；采用加熱板改變溫度，確定加熱板和溫度傳感器的位置；采用傾斜的水管進(jìn)行水的滲流控制，確定水管在模型中的位置。

S4、相似配比試驗(yàn)：選擇合理相似配比是本次相似模擬試驗(yàn)的關(guān)鍵，不同種類的相似材料，其力學(xué)性能不同。通過(guò)配比試驗(yàn)，為相似模擬試驗(yàn)提供合適的配比參數(shù)。

S5、試驗(yàn)材料的準(zhǔn)備：按照第四步的配比參數(shù)準(zhǔn)備相應(yīng)的相似材料；應(yīng)變片的制作和防潮處理。

S6、相似模型的制作：

(1)配料：將第五步準(zhǔn)備的試驗(yàn)材料移至干凈的空地上加水?dāng)嚢杈鶆颍?/p>

(2)模型的制作：在試驗(yàn)平臺(tái)上料過(guò)程中，堆砌模型的同時(shí)安放好模板，塑造試驗(yàn)?zāi)Ｐ停斯ざ哑瞿Ｐ瓦^(guò)程中，應(yīng)當(dāng)注意壓實(shí)配比料，并保證薄厚度均勻；

(3)埋設(shè)應(yīng)變片、加熱板、水管、溫度傳感器：在制作模型時(shí)將制作好的應(yīng)變片、加熱板、水管、溫度傳感器埋入模型中，埋入的位置應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)示意圖確定；

(4)養(yǎng)護(hù)：將試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮诟稍锿L(fēng)的條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)一周，使模型充分干燥，最后聚合為一個(gè)整體。實(shí)驗(yàn)臺(tái)架可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)具體情況在養(yǎng)護(hù)完成后施加不同上覆壓力；

(5)拆模：試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒?jīng)過(guò)養(yǎng)護(hù)齡期后，將擋板按照由上往下、“隔一拆一”的順序，依次拆下。操作過(guò)程中需要先松動(dòng)模具兩側(cè)螺栓，使模型內(nèi)部礦體先接觸空氣，達(dá)到透風(fēng)效果，從而起到縮短模具拆卸時(shí)間。拆模過(guò)程中注意保護(hù)模型，避免損壞模型邊幫等；

(6)繪斑：拆模完成后，繪制散斑。散斑由人工用毛筆蘸黑墨水進(jìn)行點(diǎn)制，繪點(diǎn)需雜亂無(wú)章，但盡量保證繪點(diǎn)呈圓形。繪點(diǎn)結(jié)束后，在模型上標(biāo)注水平高程；

(7)監(jiān)測(cè)：模型正前方擺放非接觸全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量?jī)x器，監(jiān)測(cè)模型位移；開(kāi)啟應(yīng)變儀記錄應(yīng)變；開(kāi)啟溫度記錄儀記錄巖土體溫度變化。

S7、模型的開(kāi)挖：將溫度和水量調(diào)至設(shè)計(jì)參數(shù)，利用手工鑿鉆，開(kāi)挖隧道。

其中，所述的加熱板為可調(diào)溫硅膠加熱板，具有發(fā)熱快、溫度均勻、熱效率高、強(qiáng)度高等特點(diǎn)。尺寸150mm×90mm×1.8mm，工作電壓220V，功率0.5W/cm²，最高使用溫度200℃，可完全防水。

其中，所述的溫度傳感器探頭為壓簧式熱電偶，測(cè)量范圍0～200℃。傳感器另一端連接溫度記錄儀，可長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)溫度變化。一個(gè)溫度記錄儀可連接多個(gè)傳感器，分別對(duì)不同傳感器進(jìn)行編號(hào)，溫度記錄儀可記錄不同傳感器檢測(cè)到的溫度。

其中，所述水管為PVC管，該管的外徑，內(nèi)徑和長(zhǎng)度分別為2cm，1.4cm和30cm。在PVC管中有6個(gè)圓形孔(直徑為0.5cm)。

本發(fā)明具有以下有益效果：

實(shí)現(xiàn)了溫度-滲流-應(yīng)力三場(chǎng)耦合，系統(tǒng)的揭示了隧道周圍巖土體在THM三場(chǎng)耦合作用下的應(yīng)力、位移的演化規(guī)律。

實(shí)現(xiàn)了在材料中制造溫度源和滲流源，并且溫度源和滲流源的位置可以根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康牟煌龀龈淖儭?/p>

實(shí)現(xiàn)了對(duì)巖土體溫度的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，對(duì)滲流量和熱源溫度的控制，對(duì)耦合時(shí)間和順序的可控。

具體實(shí)施例：

本發(fā)明實(shí)施例所使用的隧道THM三場(chǎng)耦合機(jī)理試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)示意圖如圖1所示。試驗(yàn)選取北京地鐵五號(hào)線區(qū)間隧道為研究對(duì)象，地層條件為粉質(zhì)黏土、黏土、中粗砂組成，覆土厚度最小為9m，最大為18m。試驗(yàn)?zāi)M隧道埋深18m，幾何相似比為30，根據(jù)北京地鐵區(qū)間隧道標(biāo)準(zhǔn)斷面(結(jié)構(gòu)高度為6.28m，跨度為5.8m，等效洞徑為6.3m)，相似理論換算得到模型實(shí)驗(yàn)臺(tái)架中有機(jī)玻璃板開(kāi)洞直徑為0.2m，洞底距試驗(yàn)臺(tái)架底部30cm。加載模型為T字鋼，底部為矩形墊片，保證載荷均勻。隧道模型均采用夯實(shí)填筑法制作，模型尺寸2.0m×1.1m×0.3m(寬×高×厚)。試驗(yàn)分七次進(jìn)行，具體過(guò)程見(jiàn)步驟6。

實(shí)施例：

S1、試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)示意圖如圖1所示；

S2、相似常數(shù)設(shè)計(jì)：本試驗(yàn)幾何相似常數(shù)取α_L＝30；根據(jù)該試驗(yàn)?zāi)K容重和抗壓強(qiáng)度關(guān)系，容重相似常數(shù)取為α_γ＝1；黏聚力相似常數(shù)為α_c＝30；

S3、應(yīng)變、溫度監(jiān)測(cè)示意圖和水管位置示意圖設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)示意圖如圖2所示；

S4、相似配比試驗(yàn)：試驗(yàn)選用沙子、石灰、石膏作為模擬材料，利用這些材料按照不同的配比做成相應(yīng)的試塊，經(jīng)過(guò)養(yǎng)護(hù)期后，通過(guò)單軸抗壓力學(xué)試驗(yàn)，得到合適的材料配比為7:0.4:0.6(沙子:石灰:石膏)。

S5、試驗(yàn)材料的準(zhǔn)備：按照第四步的配比參數(shù)準(zhǔn)備相應(yīng)的相似材料；本次試驗(yàn)選用BX120-50AA型應(yīng)變片，將應(yīng)變片上的油污用脫脂棉球蘸上無(wú)水酒精等溶劑進(jìn)行充分擦洗，清洗干凈后勿用手去接觸。用電烙鐵焊接導(dǎo)線、端子。要注意分清連接端子的正反面，引出線不能拉得過(guò)緊導(dǎo)致斷路，也不能太松，避免因兩引出線接觸或引出線和試件外端接觸導(dǎo)致短路。連接好的試件放在長(zhǎng)約80mm，寬約10mm的長(zhǎng)方形塑料外殼上，用自制AB膠充滿與塑料外殼縫隙。該過(guò)程中在干燥通風(fēng)條件下進(jìn)行，避免接觸水。用低壓電阻表測(cè)量制作好的應(yīng)變片引出線和金屬試件之間的絕緣電阻值是否符合初值120歐姆。

S6、相似模型的制作：

(1)配料：用標(biāo)準(zhǔn)電子秤稱量各材料(含水、石灰、石膏、砂)所需配比量，移至干凈的空地進(jìn)行攪拌，井盡量保證原料攪拌均勻后放上特定量水，制成配比料；

表1原型及模型物理力學(xué)指標(biāo)表

(2)模型的制作：在試驗(yàn)平臺(tái)上料過(guò)程中，堆砌模型的同時(shí)安放好模板，塑造試驗(yàn)?zāi)Ｐ?。人工堆砌模型過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)注意壓實(shí)配比料，每次使整體模型增高3cm，直到模型高1.1m。并保證薄厚度均勻。

(3)埋設(shè)應(yīng)變片、加熱板、水管、溫度傳感器：試驗(yàn)1不需要埋設(shè)熱源和滲流源，試驗(yàn)2在模型堆砌過(guò)程中要把PVC管、應(yīng)變片埋入模型中。試驗(yàn)3在模型堆砌過(guò)程中加入硅膠加熱板(設(shè)置溫度為48℃)、PVC管、應(yīng)變片、溫度傳感器，參照?qǐng)D2和圖4，應(yīng)變片(圓形點(diǎn))在洞周圍沿四個(gè)方向布置三圈，沿徑向布置的應(yīng)變片距離為5cm，第一圈應(yīng)變片距洞壁也是5cm。試驗(yàn)4溫度設(shè)置為28℃，試驗(yàn)5設(shè)置為38℃，其余設(shè)置同試驗(yàn)3相同。試驗(yàn)6將滲透量設(shè)置為100ml(通過(guò)改變PVC管的直徑)，其余設(shè)置同試驗(yàn)3相同。試驗(yàn)7將滲透量設(shè)置為300ml，其余設(shè)置同試驗(yàn)3相同。計(jì)算出各個(gè)應(yīng)變片安裝點(diǎn)到模型底板和模型兩側(cè)的垂直距離，當(dāng)模擬材料堆砌到特定位置時(shí)埋入應(yīng)變片。四根PVC管關(guān)于臺(tái)架中心線對(duì)稱，布置與同一水平線，每根管中心間距15cm，管中心距隧道頂部的垂直距離為7cm。將鋼管部分垂直于模型正面且傾斜埋入模擬材料中，傾斜角度30度。距洞壁12cm切于圓周上下左右4個(gè)點(diǎn)埋入加熱板(長(zhǎng)條形)。溫度傳感器(方形點(diǎn))距離加熱板垂直距離10cm；

(4)養(yǎng)護(hù)：將試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮诟稍锿L(fēng)的條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)一周，使模型充分干燥，最后聚合為一個(gè)整體；

(5)拆模：試驗(yàn)?zāi)Ｐ投冗^(guò)養(yǎng)護(hù)齡后，將擋板按照由上往下、“隔一拆一”的順序，依次拆下。操作過(guò)程中需要先松動(dòng)模具兩側(cè)螺栓，使模型內(nèi)部礦體先接觸空氣，達(dá)到透風(fēng)效果，從而起到縮短模具拆卸時(shí)間。拆模過(guò)程中注意保護(hù)模型，避免損壞模型邊幫等；

(6)繪斑：拆模完成后，繪制散斑。散斑由人工用毛筆蘸黑墨水進(jìn)行點(diǎn)制，繪點(diǎn)需雜亂無(wú)章，但盡量保證繪點(diǎn)呈圓形。繪點(diǎn)結(jié)束后，在模型上標(biāo)注水平高程；

(7)監(jiān)測(cè)：模型正前方擺放VIC-3D非接觸全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量?jī)x器，調(diào)試好監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過(guò)吊燈調(diào)整室內(nèi)模型亮度，同時(shí)保證室內(nèi)用電安全、試驗(yàn)安全。調(diào)零處理后，需用散斑板進(jìn)行設(shè)備矯正處理，同時(shí)將監(jiān)測(cè)攝像頭拍攝頻率設(shè)置每3分鐘拍照一次。準(zhǔn)備工作完成后，監(jiān)測(cè)開(kāi)始。試驗(yàn)過(guò)程中，保證監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)工作，并保證設(shè)備的安全性。開(kāi)啟應(yīng)變儀和溫度記錄儀記錄應(yīng)變和溫度。

S7、模型的開(kāi)挖：開(kāi)挖步長(zhǎng)取5cm，臺(tái)階高度取10cm，每開(kāi)挖一步用時(shí)30分鐘。直至隧道開(kāi)挖完畢。

表2開(kāi)挖步驟說(shuō)明

試驗(yàn)結(jié)果分析：

由圖6可知實(shí)驗(yàn)2(HM)的隧道沉降值最大，實(shí)驗(yàn)1(M)最小，實(shí)驗(yàn)2(THM)居中，滲流作用導(dǎo)致土體的土骨架變化，造成土體的彈性模量減小，地表沉降量增大；高溫引起土體的膨脹，造成地表沉降量減小。

由圖7可知試驗(yàn)1-3隨著開(kāi)挖的進(jìn)行，揭示了在M、HM、THM作用下S1監(jiān)測(cè)的垂直應(yīng)變(ε_yy)的演化規(guī)律。對(duì)比發(fā)現(xiàn)溫度和滲流對(duì)隧道周圍巖土體的穩(wěn)定性均有影響。

圖8通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)3、4、5中對(duì)地表沉降量的監(jiān)測(cè)，揭示了在THM耦合作用中不同滲透量對(duì)地表沉降的影響。結(jié)果顯示滲透量越大，地表沉降越大。因此對(duì)于降水量較大或地下水比較豐富的地區(qū)，隧道開(kāi)挖過(guò)程中應(yīng)該加強(qiáng)支護(hù)措施。

圖9通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)3、6、7中對(duì)地表沉降量的監(jiān)測(cè)，揭示了在THM耦合作用中不同溫度對(duì)地表沉降量的影響。結(jié)果顯示溫度越高，地表沉降量越小。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。