【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及岩土工程试验设备，具体涉及隧道围岩巨石垮塌大比尺模拟试验装置。
技术介绍
1、这里的陈述仅提供与本专利技术相关的
技术介绍
，而不必然地构成现有技术。
2、隧道围岩垮塌灾害发生次数居各类地质灾害首位，约占事故比例37％，其灾变机理复杂、防控难度大，因此，开展隧道围岩巨石垮塌灾变机理及预测预警技术研究，实现灾害有效主动防控已成为隧道工程安全建设的迫切需求。
3、中国专利《隧道危石垮塌室内大型综合模拟试验平台及方法》(cn201711350400.5)公开了一种隧道危石垮塌室内大型综合模拟试验平台及方法，中国专利《一种地下工程围岩危石垮塌模拟用平台、模拟系统及方法》(cn202010191258.x)公开了一种地下工程围岩危石垮塌模，拟用平台、模拟系统及方法，但是专利技术人发现，上述专利申请在隧道围岩巨石垮塌物理模拟试验方面还存在以下共性关键问题：
4、(1)现有试验仪器难以满足大尺度模拟需求。现有试验仪器均采用较小的比例尺和模型尺寸，难以真实还原隧道现场的巨石垮塌灾变过程。
5、(2)现有试验仪器难以实现模型体的自动建造。
6、(3)现有试验仪器难以同时模拟高地应力和低地应力两种应力环境对隧道围岩垮塌的模拟。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种隧道围岩巨石垮塌大比尺模拟试验装置，解决了现有隧道围岩垮塌试验设备存在的问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术
3、本专利技术的实施例提供了一种隧道围岩巨石垮塌大比尺模拟试验装置，包括：
4、箱体：顶部敞口设置，敞口处通过开合驱动机构连接第一移动台和第二移动台以实现敞口打开和关闭状态切换，箱体的侧箱壁内表面以及第一移动台和第二移动台的底面设有加载部件；
5、打印机构：包括多个位于箱体上方的机械臂，机械臂的末端连接有打印头，机械臂与三轴联动机构连接。
6、开挖支护机构：设置在箱体内部，由多榀沿隧道纵向设置的开挖支护组件构成，相邻开挖支护组件之间设有伸缩驱动件以模拟开挖支护过程。
7、可选的，所述顶部开合驱动机构采用安装在箱体顶部的双向丝杠传动机构，双向丝杠传动机构的双向丝杠与第一顶部移动台和第二顶部移动台连接，第一顶部移动台和第二顶部移动台与箱体的顶面滑动连接。
8、可选的，所述三轴联动机构包括外部架体，外部架体顶端设有第一水平移动机构，第一水平移动机构与第二水平移动机构连接以带动第二水平移动机构沿第一水平方向运动，第二水平移动机构与竖向移动机构连接以带动竖向移动机构沿与第一水平方向垂直的第二水平方向运动，竖向移动机构与机械臂连接以带动机械臂升降。
9、可选的，所述机械臂的末端设置有多个打印头以打印材料不同的岩体和裂隙。
10、可选的，所述箱体的顶部设置有观察平台，还设置有行人阶梯，行人阶梯的一端延伸至地面和箱体内部的平台，另一端延伸至观察平台。
11、可选的，所述箱体的一侧侧部箱壁用于开挖支护结构穿过，另一侧的侧部箱壁设有窗口，窗口处安装钢化玻璃。
12、可选的，第一移动台和第二移动台底面的加载部件采用液压囊袋，所述箱体的内侧面具有高地应力区和低地应力区，其中高地应力区的加载部件采用固定在箱体侧部箱壁的液压囊袋和多个加载液压缸，液压囊袋设置在高地应力区的第一区域，多个加载液压缸分布在高地应力区的第二区域，低地应力区的加载部件采用固定在箱体侧部箱壁的液压囊袋。
13、可选的，还包括监测元件，监测元件用于埋设在打印头打印的模型岩块内部；
14、进一步的，所述检测元件包括用于埋设在模型岩块内部的多轴陀螺仪、应变传感器、位移传感器、微震传感器、温度传感器以及振动频率传感器。
15、可选的，所述开挖支护组件包括桁架，桁架的内侧面设有与其轮廓面相垂直的液压缸，液压缸的缸体与桁架内侧面固定，其活塞杆穿过桁架后连接支撑板。
16、可选的，所述支护开挖机构内部还设置有透明保护罩，透明保护罩沿支护开挖机构的轮廓线设置，透明保护罩的底端设有行走机构，行走机构能够带动透明保护罩沿支护开挖机构的纵向行走。
17、本专利技术的有益效果如下：
18、1.本专利技术的试验装置，箱体顶部敞口设置，设置有能够将其封闭和打开的第一顶部移动平台和第二顶部移动平台，箱体的正上方设置有多个与三轴联动机构连接的机械臂，机械臂的末端连接有打印头，三轴联动机构和机械臂能够协同工作带动打印头运动，在箱体内对岩块模型进行3d打印，实现了模型体的自动建造，三轴联动机构和机械臂能够带动打印头在一个较大的范围内运动，从而实现了大规模岩体模型原位快速打印，使得整个试验装置满足了大尺度模拟的需求，能够更加真实的还原隧道现场的巨石垮塌灾变过程。
19、2.本专利技术的试验装置，箱体的内侧面具有高地应力区和低地应力区，高地应力区采用液压囊袋和加载液压缸复合加载，低地应力区采用液压囊袋加载，能够同时模拟高地应力和低地应力两种应力环境对隧道围岩垮塌的模拟。
20、3.本专利技术的试验装置，监测元件采用多轴陀螺仪、应变传感器、位移传感器、微震传感器、温度传感器以及振动频率传感器，监测应变、温度、能量、振动频率、声发射等指标为代表的物理量，能够通过优化高精度多轴陀螺仪、传感器布设方式及时间标准的高精度统一，实现深部块体群倾斜姿态、变形位移数据和荷载传递分布等信息的精准感知，提高了物理模拟数据和实际情况的符合度。
21、4.本专利技术的试验装置，开挖支护机构包括多榀开挖支护组件，相邻开挖支护组件之间设置有伸缩驱动件，每一榀开挖支护组件均可以独立运动，定量模拟开挖过程，实现了定量开挖的模拟。
22、5.本专利技术的试验装置，设置有透明保护罩，透明保护罩能够通过行走机构在开挖支护机构内部移动，在开挖完成后自动运移至裸露围岩下方，避免巨石垮塌造成试验人员，人身伤害和试验仪器损坏损毁，保证已开挖围岩段的变形-垮落过程清晰可见。
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1.一种隧道围岩巨石垮塌大比尺模拟试验装置，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种隧道围岩巨石垮塌大比尺模拟试验装置，其特征在于，所述顶部开合驱动机构采用安装在箱体顶部的双向丝杠传动机构，双向丝杠传动机构的双向丝杠与第一顶部移动台和第二顶部移动台连接，第一顶部移动台和第二顶部移动台与箱体的顶面滑动连接。
3.如权利要求1所述的一种隧道围岩巨石垮塌大比尺模拟试验装置，其特征在于，所述三轴联动机构包括外部架体，外部架体顶端设有第一水平移动机构，第一水平移动机构与第二水平移动机构连接以带动第二水平移动机构沿第一水平方向运动，第二水平移动机构与竖向移动机构连接以带动竖向移动机构沿与第一水平方向垂直的第二水平方向运动，竖向移动机构与机械臂连接以带动机械臂升降。
4.如权利要求1所述的一种隧道围岩巨石垮塌大比尺模拟试验装置，其特征在于，所述机械臂的末端设置有多个打印头以打印材料不同的岩体和裂隙。
5.如权利要求1所述的一种隧道围岩巨石垮塌大比尺模拟试验装置，其特征在于，所述箱体的顶部设置有观察平台，还设置有行人阶梯，行人阶梯的一端延伸至
6.如权利要求1所述的一种隧道围岩巨石垮塌大比尺模拟试验装置，其特征在于，所述箱体的一侧侧部箱壁用于开挖支护结构穿过，另一侧的侧部箱壁设有窗口，窗口处安装钢化玻璃。
7.如权利要求1所述的一种隧道围岩巨石垮塌大比尺模拟试验装置，其特征在于，第一移动台和第二移动台底面的加载部件采用液压囊袋，所述箱体的内侧面具有高地应力区和低地应力区，其中高地应力区的加载部件采用固定在箱体侧部箱壁的液压囊袋和多个加载液压缸，液压囊袋设置在高地应力区的第一区域，多个加载液压缸分布在高地应力区的第二区域，低地应力区的加载部件采用固定在箱体侧部箱壁的液压囊袋。
8.如权利要求1所述的一种隧道围岩巨石垮塌大比尺模拟试验装置，其特征在于，还包括监测元件，监测元件用于埋设在打印头打印的模型岩块内部；
9.如权利要求1所述的一种隧道围岩巨石垮塌大比尺模拟试验装置，其特征在于，所述开挖支护组件包括桁架，桁架的内侧面设有与其轮廓面相垂直的液压缸，液压缸的缸体与桁架内侧面固定，其活塞杆穿过桁架后连接支撑板。
10.如权利要求1所述的一种隧道围岩巨石垮塌大比尺模拟试验装置，其特征在于，所述支护开挖机构内部还设置有透明保护罩，透明保护罩沿支护开挖机构的轮廓线设置，透明保护罩的底端设有行走机构，行走机构能够带动透明保护罩沿支护开挖机构的纵向行走。
...【技术特征摘要】
1.一种隧道围岩巨石垮塌大比尺模拟试验装置，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种隧道围岩巨石垮塌大比尺模拟试验装置，其特征在于，所述顶部开合驱动机构采用安装在箱体顶部的双向丝杠传动机构，双向丝杠传动机构的双向丝杠与第一顶部移动台和第二顶部移动台连接，第一顶部移动台和第二顶部移动台与箱体的顶面滑动连接。
3.如权利要求1所述的一种隧道围岩巨石垮塌大比尺模拟试验装置，其特征在于，所述三轴联动机构包括外部架体，外部架体顶端设有第一水平移动机构，第一水平移动机构与第二水平移动机构连接以带动第二水平移动机构沿第一水平方向运动，第二水平移动机构与竖向移动机构连接以带动竖向移动机构沿与第一水平方向垂直的第二水平方向运动，竖向移动机构与机械臂连接以带动机械臂升降。
4.如权利要求1所述的一种隧道围岩巨石垮塌大比尺模拟试验装置，其特征在于，所述机械臂的末端设置有多个打印头以打印材料不同的岩体和裂隙。
5.如权利要求1所述的一种隧道围岩巨石垮塌大比尺模拟试验装置，其特征在于，所述箱体的顶部设置有观察平台，还设置有行人阶梯，行人阶梯的一端延伸至地面和箱体内部的平台，另一端延伸至观察平台。
6.如权利要求1所述的一种隧道围岩巨石垮塌大比尺模拟试验装...
【专利技术属性】
技术研发人员：李利平，高鑫，刘洪亮，范宏运，屠文锋，蔡辉，张京涛，颜丙刚，陈泽雨，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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