CN107255698B - 全自动真三轴隧道及地下工程模型试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全自动真三轴隧道及地下工程模型试验系统，包括对模型试件进行加载的三轴加载装置、数据自动采集分析装置、动力系统以及控制系统；三轴加载装置包括试验台架、垂直加载系统、水平前后加载系统和水平左右加载系统，垂直、水平前后和水平左右加载系统对模型试验体施加三向压力；试验台架具有支撑，固定，提供反力的作用；数据自动采集分析装置包括埋设在模型试件内的光纤传感器、光纤监测系统、微型压力盒和应变砖，可实现模型应力、位移、渗压等多场信息的采集；动力系统为试验的进行提供所需的动力；控制系统控制垂直、水平前后和水平左右加载系统的加载力以及控制试验台架。

Description

全自动真三轴隧道及地下工程模型试验系统

技术领域

本发明公开了一种全自动真三轴隧道及地下工程模型试验系统。

背景技术

随着能源工程和交通工程的飞速发展，隧道及地下工程数量越来越多，规模也越来越大，随之而来会遇到难度越来越大的工程建设。隧道及地下工程施工过程中经常遭遇断层、溶洞、暗河等不良地质，由于水体对岩石的物理、化学作用，使得隧道围岩等级发生骤降，当隧道施工至含水体所处区域时，原支护设计难以维持围岩稳定性，隧道内极易发生塌方和突水突泥灾害。隧道突涌水灾害会造成工期延误、机械设备损坏、投资费用增加，同时对现场施工人员的生命安全构成巨大威胁。因此，隧道突水突泥灾害前兆信息的判识，对于富水隧道突水突泥预警至关重要，为隧道及地下工程的安全建设施工有重大意义。因此，对于富水隧道动力灾变力学机制的研究以及突水动力灾害演变过程的描述至关重要。

地下工程模型试验是对地下工程进行仿真模拟，指导地下工程设计和施工的一种有效的方法和手段，可以形象地模拟隧道及地下工程所处的原岩应力状态、开挖和支护等，由于可以在试件中预埋各种监测原件，可以方便的改变加载条件和开挖条件，通过监测装置获得试件内应力，应变等参量的变化，为工程现场隧洞的开挖施工提供指导和借鉴。因此，开展地质力学模型试验具有重要的意义。国内外学者也研制了真三轴隧道及地下工程模型试验系统，但以前的真三轴隧道及地下工程的试验系统往往存在以下问题：

（1）部分模型试验系统由于加载装置的缺陷，会使试件受力不均匀，试件表面产生不必要的剪应力，影响了试验结果的准确性和可靠性。

（2）部分模型试验系统的加载能力较低，如柔性囊或液压枕加载，不能提供足够大的荷载模拟深埋岩体所处的高地应力状态。

（3）模型试验系统具有繁琐，所需人力物力大，无法实现自动化等缺点。

（4）缺乏一种隧道突水灾害前兆信息监测模型试验系统，从而清楚富水隧道突水动力灾变演化过程以及突涌水灾害的多元前兆信息。

随着对隧道及地下工程建设的科研设计水平和计算精度的要求越来越高，以及对隧道突水突泥突涌水灾害多元前兆信息的判识问题和演化规律，迫切需要研制一种性能优良、技术先进的隧道及地下工程模型试验系统。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术不足，针对隧道多类型突水前兆信息监测问题，提供一种全自动真三轴隧道及地下工程模型试验系统，从而丰富富水隧道突水前兆信息的判识问题和演化规律，为实际工程带来作用，降低隧道突水灾害带来的损失。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

全自动真三轴隧道及地下工程模型试验系统，包括对模型试件进行加载的三轴加载装置、数据自动采集分析装置、动力系统以及控制系统；

所述的三轴加载装置包括试验台架、垂直加载系统、水平前后加载系统和水平左右加载系统，垂直、水平前后和水平左右加载系统对模型试验体施加三向压力，更好的还原岩石块实际受力状态；试验台架具有支撑，固定，提供反力的作用；

所述的数据自动采集分析装置包括埋设在模型试件内的微型光纤传感器、光纤监测系统、微型压力盒和应变砖，可实现模型应力、位移、渗压等多场信息的采集，由计算机程序实现信息实时自动采集，实现对多物理场信息的实时数据录入、分析、绘图及预警处理；

所述的动力系统为试验的进行提供所需的动力；

所述的控制系统控制三轴加载装置以及托盘的运动。

进一步的，所述的试验台架包括圆弧形外部支架、底盘和开关门支架；

所述的圆弧形外部支架的上方通过上主板与垂直加载系统连接，左右方分别通过左主板和右主板与水平左右加载系统相连。

所述的开关门支架和圆弧形外部支架横跨在所述的底盘上，在所述的底盘上设有一个托盘，所述的托盘在驱动装置的驱动下升降模型试件运到指定的位置；

所述的开关门支架，包括一个开关门，所述的开关门在驱动装置的驱动下可以自动开启或者关闭，且水平前加载系统安装在开关门上，所述的开关门通过主板与开关门支架相连。

进一步的，所述的开关门支架还包括一个结构框架、载重轮车、液压控制系统，在所述的结构框架的顶部设有一个滑动轨道，所述的载重轮车在液压控制系统的控制下沿着所述的滑动轨道来回滑动；且载重轮车通过连接件连接开关门，带动开关门来回滑动，所述的开关门的底部相对于所述的结构框架悬空；且所述的结构框架上安装有感应器；将试件移于模拟试验装置内后，所述的感应器发送信号给控制器，所述的控制器控制液压控制系统控制开关门自动关闭。

所述的载重轮车包括一个车体，在所述的车体通过滑轮固定板连接四个滚轮；滑轮固定板用于固定滚轮，使其沿轨道来回移动，不出现错位现象，在所述的车体内设有加固块，所述的加固块的底部安装固定架，所述的固定架连接开关门。

所述的车体上设置有凹槽，所述的加固块通过凹槽安装在所述的车体内，同时保证载重轮车的稳定性。所述的结构框架为钢结构框架，其具有良好的稳定性，用于支撑、固定整个开关门系统，并且具有给开关门提供反力的作用。

所述的滑动轨道为V型滑动轨道，所述的V型滑动轨道上具有刻度线，可以用来控制门的开关幅度。

所述的液压控制系统由动力液压缸组成，液压缸具有为载重轮车提供长久动力的作用。

进一步的，所述的底盘包括主底盘、两个副底盘、前伸底盘；所述两个副底盘位于主底盘的两个侧面，前伸底盘沿着主底盘的轴向延伸；在所述的主底盘的上设有一个承载系统，所述的承载系统在多个油缸的驱动下，可以相对于主底盘升起或者降下；

所述的两个副底盘和主底盘上分别铺设有4条和1条V型导轨，为左、右加载系统和后加载系统对试验体进行加载提供轨道，V型轨道上具有滑轮和滑轮支撑座，滑轮支撑座与加载系统的副板通过螺栓连接，用于固定滑轮，保证滑轮不发生偏移；

所述的前伸底盘包括两个盖板和导轨固定板，在盖板内侧固定两排滚轮，两个盖板之间连接有导轨加强支架，使整体连接性更强，且前伸底盘的顶部安装有导轨固定板，导轨固定板用于固定导轨，所述的承载系统可以沿着所述的导轨移动，在所述的侧板内设有用于锁定承载系统的加强支座。

进一步的，所述的承载系统包括托盘和托盘支架，所述托盘支架安装在托盘侧面，两者之间通过插销连接，托盘支架具有稳定托盘作用。

所述的边角油缸驱动托盘顶出板，所述的托盘顶出板驱动托盘向上运动；在所述的托盘运动到设定位置后，通过定位座对托盘顶出板的位置进行定位。定位座具有固定托盘顶出板位置的作用，使托盘顶出板不产生移动的作用，边角油缸为托盘的顶出提供动力。

所述的托盘顶出板的内侧也安装有滚轮，所述的托盘放置在托盘顶出板的滚轮上。

在所述盖板的下侧固定6个垫脚支架，垫脚支架具有不让结构变形，加强底盘系统整体性的作用。

进一步的，所述的垂直、水平前后和水平左右加载系统各自均由主板、副板、压板、4个液压千斤顶和导力杆组成，各个加载系统由五个独立的控制系统控制，彼此互不影响，可单独完成对试验体的加卸载，真正模拟了真三轴；液压千斤顶和导力杆固定于主板和副板之间，导力杆使加载时试验体受力更加均匀，垂直加载系统和水平左右加载系统中具有6根导力杆，水平前后加载系统中具有3根导力杆。压板做成锯齿状，是为了防止加载设备发生碰撞的特殊设计。在水平后加载系统中具有隧道开挖洞口。

进一步的，所述的模型试验体，试验体为规格长2.5m，宽2m，高为2m的块体，试验体通过压板与三轴加压系统相接触，试验体内布设若干含水体，用于模拟富水隧道中多种类型不良含水体，其中包括：断层破碎带、含水溶洞、岩溶管道等类型，模拟多种突水类型的灾变演化过程，获取不同突水类型的前兆信息，揭示不同突水物质能量状态迁移及其临界特征，模型试验体的制作可以为现浇式和预制块体砌筑，模型试验体的中部设有隧道洞口，最大开挖洞口直径200mm，在洞口位置设置有开挖护罩，保护试验系统。

进一步的，所述的控制系统是由计算机进行监控和操作，通过编制算法，实现整个试验过程的自动控制，该控制系统的核心是由以微型计算机运行的可编程逻辑控制器(PLC)，利用其进行各种命令的执行与操作，通过CPU运行的模型试验控制系统，从而使动力系统和模型试验台架各加载模块之间的自动运行。该控制系统既可以对动力系统里的油泵进行自动控制，也可以对模型试验台架的各主板、开关门以及托盘进行自动控制，并且可以实现对托盘位置、各主板位置、各副板位置、开关门位置及压力大小进行实时监测与控制。试验工程中，可以通过在设备中输入各装置的预备位置及误差值，自动运行试验台架，并且可以实时监测各装置的位置以及压力的大小。

所述的三轴加载装置由动力系统提供动力，所述的动力系统是由油箱、油箱盖板、油管、油泵、比例式压力流量控制阀、配电箱、后封板、上封板和右封板组成，动力系统与控制系统连接，打开电源，油泵工作，抽取油箱里的液压油，通过比例式压力流量控制阀控制，进入各个液压缸，对试验体进行加载，当卸载时，液压油通过油管进入到油箱里。

全自动真三轴隧道及地下工程模型试验系统的使用方法，包括以下步骤：

1.开关门的开启。启动装置，左行油缸提供动力，载重轮车运行，从而带动前主板，实现试验系统开关门的开启；

2.试验体的搬运。开关门开启以后，托盘通过托盘顶出板从主底盘中移出，从而在滑轮上移动，运行到前托盘的固定位置后，放置、固定试验体，进而托盘再次运行到模型试验系统内部指定位置，最后托盘脱落、固定到主底盘。

3.初始应力场的施加；托盘固定以后，控制系统控制三个方向的液压千斤顶同时工作，对试验体进行加载，模拟岩体三向受压。

采用分级加载的方式进行初始应力场的施加，每一级加载后的稳压通过比例式压力流量控制阀控制，达到所需要保持的压力后进行下一次加载，进而达到所需初始压力。

4.试验体的开挖。当试验体达到所需的初始应力场以后，对试验体进行开挖，当开挖至含水体处时缓慢开挖，时时观察试验现象；

5.捕捉隧道突水前兆多元信息；多元信息包括位移、应力、压力等，通过监测元件将其传输到数据分析系统进行实时数据录入，分析等。

6.进行多组试验。通过多组试验体的隧道突水现象进行分析，结合数据实时采集系统的数据，对富水隧道的突水现象定量描述，通过试验现象总结试验突水前兆信息等规律。

本发明提供的全自动真三轴隧道及地下工程模型试验系统的优点在于：

（1）模型试验系统实现了模块化，便于组装、拆卸和搬运。

（2）模型试验全过程电脑控制，自动化运行，使试验更加简单便捷，极大程度上节省了人力物力财力，更加具有适用性。

（3）模型试验系统采用导力杆，加载均匀，试件受力均匀，加载精度可以达到0.01%，使试验结果更加准确和可靠。

（4）模型试验系统加载能力较好，可以模拟深埋岩体所处的应力状态，最大模拟埋深可以大于3000m。

（5）模型试验试验体尺寸采用1.5×1.0×1.0m，尺寸适中，并且可以现浇，也可以预制，实现重复试验。

（6）模型试验系统实现了离散化多主应力加载复杂三维地应力场的模拟，更加联系实际，试验结果具有指导意义。

（7）试验体可以模拟多种灾害源水体类型，丰富了多种突水类型和富水形态，可以研究不同灾害源形态下，突涌水灾害的多元前兆信息。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为全自动真三轴隧道及地下工程模型试验系统图；

图2、图3为全自动真三轴隧道及地下工程模型试验系统中试验装置结构示意图；

图4为全自动真三轴隧道及地下工程模型试验系统中开关门系统结构示意图；

图5为全自动真三轴隧道及地下工程模型试验系统中底盘系统结构示意图；

图6为全自动真三轴隧道及地下工程模型试验系统中底盘系统局部放大图；

图7为全自动真三轴隧道及地下工程模型试验系统中底盘系统底部结构示意图；

图8为全自动真三轴隧道及地下工程模型试验系统中三轴加载系统示意图；

图9为全自动真三轴隧道及地下工程模型试验系统中液压控制系统控制方法流程图；

图10为全自动真三轴隧道及地下工程模型试验系统中液压控制系统中自动运行控制模块图；

图11为全自动真三轴隧道及地下工程模型试验系统中动力系统结构示意图；

图中：

1圆弧形外部支架,2开关门支架,3上主板,4左主板,5右主板,6连接加强件,7左加强板，8右加强板，9后主板,10前主板,11轨道，12滑轮,13固定架,14导轨固定板,15滑轮固定板,16左行油缸,17油缸固定支架,18插销,19托盘顶出板,20滑轮，21托盘,22托盘支架,23送料油缸,24插销,25V型导轨,26滑轮，27滑轮支撑座,28副板,29小型油缸,30固定座,31盖板,32导轨固定板,33滚轮,34导轨加强支架,35垫脚支架,36压板,37液压千斤顶,38导力杆,39模型试验体, 40隧道洞口,41护罩，42 主底盘，43副底盘，44油箱、45油箱盖板、46油管、47油泵、48比例式压力流量控制阀、49配电箱、50后封板、51上封板、52右封板；

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在以下问题：

（1）部分模型试验系统由于加载装置的缺陷，会使试件受力不均匀，试件表面产生不必要的剪应力，影响了试验结果的准确性和可靠性。

（2）部分模型试验系统的加载能力较低，如柔性囊或液压枕加载，不能提供足够大的荷载模拟深埋岩体所处的高地应力状态。

（3）模型试验系统具有繁琐，所需人力物力大，无法实现自动化等缺点。

（4）缺乏一种隧道突水灾害前兆信息监测模型试验系统，从而清楚富水隧道突水动力灾变演化过程以及突涌水灾害的多元前兆信息，为了解决如上的技术

问题，本申请提出了一种全自动真三轴隧道及地下工程模型试验系统。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，提供了一种全自动真三轴隧道及地下工程模型试验系统；包括液压控制系统，动力系统和试验装置系统。

所述的试验装置系统包括三轴加载系统、模型试件系统和数据自动采集分析系统。所述三轴加载系统为模型试件系统施加三向压力；所述的数据采集系统用于采集富水隧道在开挖过程中各种物理量的变化数据；所述的模型试验系统用于模拟富水隧道的真实情况。

所述的三轴加载系统包括试验台架、垂直加载系统、水平前后加载系统和水平左右加载系统组成，垂直、水平前后和水平左右加载系统对模型试验体施加三向压力，更好的还原岩石块实际受力状态，试验台架具有支撑，固定，提供反力的作用。

所述的试验台架包括圆弧形外部支架1、底盘和开关门支架2经螺栓拼接而成，使试验台架模块化，便于拆卸与组装。所述的外部支架1设计成圆弧形，具有美观，节省材料的作用，外部支架1的上方通过上主板3与垂直加载系统连接，左右方分别通过左主板4和右主板5与水平左右加载系统相连。为了保证装置的整体稳定性与连接性，上主板3与开关门支架2通过连接加强件6连接，左、右加强板7、8用来连接上主板3与后主板9。

所述的开关门支架2通过前主板10与前加载系统连接，前加载系统随着开关门一起运动；支架上方铺设有2条平行轨道11，轨道11上方具有载重轮车，载重轮车是由滑轮12、固定架13、导轨固定板14、滑轮固定板15、左行油缸16和油缸固定支架17组成的，左行油缸16与开关门支架2通过油缸固定支架17连接，通过油缸插销18与滑轮固定板15相连，具有为载重轮车提供长久动力的作用，滑轮固定板15用于固定滑轮12，使其沿轨道来回移动，不出现错位现象，导轨固定板14与滑轮固定板15通过凹槽连接，同时保持载重轮车的稳定性，固定架13用于连接前主板10和载重轮车，保持开关门系统的整体性，开关门系统上具有感应器，由液压控制系统控制，可以实时控制开关门，从而控制开关门开启幅度。

所述的底盘是由主底盘42、两个副底盘43、前伸底盘组成，三者通过螺栓拼接而成。所述的主底盘的左右两侧各连接有一排固定于托盘顶出板19的滑轮20，托盘21放置于滑轮20上，主底盘的下方具有托盘支架22和送料油缸23，两者通过托盘插销24连接，托盘21的前后移动需要送料油缸23提供能量。所述的副底盘和主底盘上部各铺设有4条和1条V型导轨25，为左右加载系统和后加载系统对试验体进行加载提供轨道，V型轨道25上具有滑轮26和滑轮支撑座27，滑轮支撑座27与水加载系统的副板28通过螺栓连接，用于固定滑轮26，保证滑轮26不发生偏移。在副底盘上具有4个凹槽，凹槽内放置有4个小型油缸29，小型油缸29通过托盘顶出板19为托盘21的上下移动提供动力，固定座30用于固定托盘顶出板19，使系统更加具有整体性，更加稳定。所述的前伸底盘由盖板31和导轨固定板32连接而成，在盖板31内侧固定两排滚轮33，盖板31与盖板31之间连接有导轨加强支架34，使整体连接性更强，在盖板31的下侧固定6个垫脚支架35，垫脚支架35具有不让结构变形，加强底盘系统整体性的作用。

所述的垂直、水平前后和水平左右加载系统由主板、副板28、压板36、4个液压千斤顶37和导力杆38组成，加载系统由五个独立的控制系统控制，彼此互不影响，可单独完成对试验体的加卸载，真正模拟了真三轴。液压千斤顶37和导力杆38固定于主板和副板28之间，导力杆38使加载时试验体受力更加均匀，垂直加载系统和水平左右加载系统中具有6根导力杆38，水平前后加载系统中具有3根导力杆38。压板36做成锯齿状，是为了防止加载设备发生碰撞的特殊设计。在水平前加载系统中具有隧道开挖洞口。

模型试验系统包括模型试验体39，试验体为规格长2.5m，宽2m，高为2m的块体，试验体39通过压板36与三轴加压系统相接触，试验体内布设若干含水体，用于模拟富水隧道中多种类型不良含水体，其中包括：断层破碎带、含水溶洞、岩溶管道等类型，模拟多种突水类型的灾变演化过程，获取不同突水类型的前兆信息，揭示不同突水物质能量状态迁移及其临界特征，模型试验体的制作可以为现浇式和预制块体砌筑，模型试验体的中部设有隧道洞口40，最大开挖洞口直径200mm，在洞口位置设置有开挖护罩41，保护试验系统。

数据自动采集分析系统包括埋设在模型试验体内的微型光纤传感器、光纤监测系统、微型压力盒和应变砖，可实现模型应力、位移、渗压等多场信息的采集，由计算机程序实现信息实时自动采集，实现对多物理场信息的实时数据录入、分析、绘图及预警处理。

液压控制系统是由计算机进行监控和操作，与动力系统和试验装置系统连接，通过编制算法，实现整个试验过程的自动控制，该控制系统的核心是由以微型计算机运行的可编程逻辑控制器，利用其进行各种命令的执行与操作，通过CPU运行的模型试验控制系统，从而使动力系统和模型试验台架各加载模块之间的自动运行。该控制系统既可以对动力系统里的油泵进行自动控制，也可以对模型试验台架的各主板、开关门以及托盘进行自动控制，并且可以实现对托盘位置、各主板位置、各副板位置、开关门位置及压力大小进行实时监测与控制。试验工程中，可以通过在设备中输入各装置的预备位置及误差值，自动运行试验台架，并且可以实时监测各装置的位置以及压力的大小。液压控制系统具有分级加载，恒定保压，智能补偿，实时监测的优点。

动力系统是由油箱44、油箱盖板45、油管46、油泵47、比例式压力流量控制阀48、配电箱49、后封板50、上封板51和右封板52组成，动力系统与控制系统连接，打开电源，油泵44工作，抽取油箱里的液压油，通过比例式压力流量控制阀45控制，进入液压缸，对试验体进行加载，当卸载时，液压油通过油管46进入到油箱44里。

全自动真三轴隧道及地下工程模型试验系统的使用方法，包括以下步骤：

1.开关门的开启。启动装置，左行油缸16提供动力，载重轮车运行，从而带动前主板10，实现试验系统开关门的开启。

2.试验体的搬运。开关门开启以后，小型油缸29提供动力，托盘21通过托盘顶出板19从主底盘中移出，从而在滑轮20上移动，运行到前托盘的固定位置后，放置、固定试验体，进而托盘21运行到模型试验系统内部指定位置，最后托盘21脱落、固定到主底盘。

3.初始应力场的施加。托盘21固定以后，控制系统控制动力系统，液压油通过油管46进入，三个方向的液压千斤顶同时工作，对试验体39进行加载，模拟岩体三向受压。采用分级加载的方式进行初始应力场的施加，每一级加载后的稳压通过比例式压力流量控制阀控制45，达到所需要保持的压力后进行下一次加载，进而达到所需初始压力。

4.试验体的开挖。当试验体39达到所需的初始应力场以后，对试验体39进行开挖，当开挖至含水体处时缓慢开挖，时时观察试验现象。

5.捕捉隧道突水前兆多元信息。多元信息包括位移、应力、压力等，通过监测元件将其传输到数据分析系统进行实时数据录入，分析等。

6.进行多组试验。通过多组试验体的隧道突水现象进行分析，结合数据实时采集系统的数据，对富水隧道的突水现象定量描述，通过试验现象总结试验突水前兆信息等规律。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

（8）模型试验系统实现了模块化，便于组装、拆卸和搬运。

（9）模型试验全过程电脑控制，自动化运行，使试验更加简单便捷，极大程度上节省了人力物力财力，更加具有适用性。

（10）模型试验系统采用导力杆，加载均匀，试件受力均匀，加载精度可以达到0.01%，使试验结果更加准确和可靠。

（11）模型试验系统加载能力较好，可以模拟深埋岩体所处的应力状态，最大模拟埋深可以大于3000m。

（12）模型试验试验体尺寸采用1.5×1.0×1.0m，尺寸适中，并且可以现浇，也可以预制，实现重复试验。

（13）模型试验系统实现了离散化多主应力加载复杂三维地应力场的模、拟，更加联系实际，试验结果具有指导意义。

（14）试验体可以模拟多种灾害源水体类型，丰富了多种突水类型和富水形态，可以研究不同灾害源形态下，突涌水灾害的多元前兆信息。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.全自动真三轴隧道及地下工程模型试验系统，其特征在于，包括对模型试件进行加载的三轴加载装置、数据自动采集分析装置、动力系统以及控制系统；

所述的三轴加载装置包括试验台架、垂直加载系统、水平前后加载系统和水平左右加载系统，垂直、水平前后和水平左右加载系统对模型试验体施加三向压力；更好的还原岩石块实际受力状态，所述的试验台架具有支撑，固定，提供反力的作用；

所述的数据自动采集分析装置包括埋设在模型试件内的微型光纤传感器、光纤监测系统、微型压力盒和应变砖，可实现模型应力、位移、渗压多场信息的采集，由计算机程序实现信息实时自动采集，实现对多物理场信息的实时数据录入、分析、绘图及预警处理；

所述的动力系统为试验的进行提供所需的动力；

所述的控制系统控制垂直、水平前后和水平左右加载系统的加载力以及控制试验台架；

所述的试验台架包括圆弧形外部支架、底盘和开关门支架；

所述的开关门支架，包括一个开关门，所述的开关门在驱动装置的驱动下可以自动开启或者关闭；且水平后加载系统安装在开关门上，所述的开关门通过主板与开关门支架相连；

所述的开关门支架还包括一个结构框架、载重轮车、液压控制系统，在所述的结构框架的顶部设有一个滑动轨道，所述的载重轮车在液压控制系统的控制下沿着所述的滑动轨道来回滑动；且载重轮车通过连接件连接开关门，带动开关门来回滑动，所述的开关门的底部相对于所述的结构框架悬空；

所述的垂直、水平前后和水平左右加载系统各自均由主板、副板、压板、4个液压千斤顶和导力杆组成，各个加载系统由五个独立的控制系统控制，彼此互不影响，可单独完成对试验体的加卸载；液压千斤顶和导力杆固定于主板和副板之间，在水平后加载系统中具有隧道开挖洞口。

2.如权利要求1所述的全自动真三轴隧道及地下工程模型试验系统，其特征在于，

所述外部支架的上方通过上主板与垂直加载系统连接，外部支架的左右方分别通过左主板和右主板与水平左右加载系统相连；

所述的开关门支架和圆弧形外部支架横跨在所述的底盘上，在所述的底盘上设有一个托盘，所述的托盘在驱动装置的驱动下升降模型试件运到指定的位置。

3.如权利要求2所述的全自动真三轴隧道及地下工程模型试验系统，其特征在于，所述的结构框架上安装有感应器；将试件移于模拟试验装置内后，所述的感应器发送信号给控制器，所述的控制器控制液压控制系统控制开关门自动关闭。

4.如权利要求3所述的全自动真三轴隧道及地下工程模型试验系统，其特征在于，所述的载重轮车包括一个车体，在所述的车体通过滑轮固定板连接四个滚轮；滑轮固定板用于固定滚轮，在所述的车体内设有加固块，所述的加固块的底部安装固定架，所述的固定架连接开关门。

5.如权利要求3所述的全自动真三轴隧道及地下工程模型试验系统，其特征在于，所述的滑动轨道为V型滑动轨道，所述的V型滑动轨道上具有刻度线，可以用来控制门的开关幅度。

6.如权利要求3所述的全自动真三轴隧道及地下工程模型试验系统，其特征在于，所述的底盘包括主底盘、两个副底盘、前伸底盘；两个副底盘位于主底盘的两侧，前伸底盘沿着主底盘的轴向延伸；在所述的主底盘的上设有一个承载系统，所述的承载系统在多个油缸的驱动下，可以相对于主底盘升起或者降下；

所述的副底盘和主底盘上部分别铺设有4条和1条V型导轨，为左、右加载系统和后加载系统对试验体进行加载提供轨道，V型轨道上具有滑轮和滑轮支撑座，滑轮支撑座与加载系统的副板通过螺栓连接，用于固定滑轮，保证滑轮不发生偏移；

所述的前伸底盘包括两个盖板和导轨固定板，在盖板内侧固定两排滚轮构成导轨，两个盖板之间连接有导轨加强支架，使整体连接性更强，且前伸底盘的顶部安装有导轨固定板，导轨固定板用于固定导轨，所述的承载系统可以沿着所述的导轨移动，在所述的盖板内设有用于锁定承载系统的加强支座。

7.如权利要求6所述的全自动真三轴隧道及地下工程模型试验系统，其特征在于，所述的承载系统包括托盘和托盘支架，所述托盘支架安装在托盘侧面，两者之间通过插销连接，托盘支架具有稳定托盘作用。

8.如权利要求7所述的全自动真三轴隧道及地下工程模型试验系统，其特征在于，所述的油缸驱动托盘顶出板，所述的托盘顶出板驱动托盘上下运动；在所述的托盘运动到设定位置后，通过定位座对托盘顶出板的位置进行定位；定位座具有固定托盘顶出板位置的作用，使托盘顶出板不产生移动的作用，油缸为托盘的顶出提供动力；

所述的托盘顶出板的内侧也安装有滚轮，所述的托盘放置在托盘顶出板的滚轮上；

在所述盖板的下侧固定6个垫脚支架，垫脚支架具有不让结构变形，加强底盘系统整体性的作用。

9.如权利要求1所述的全自动真三轴隧道及地下工程模型试验系统，其特征在于，所述的模型试验体，通过压板与三轴加压系统相接触，试验体内布设若干含水体，用于模拟富水隧道中多种类型不良含水体，模拟多种突水类型的灾变演化过程，获取不同突水类型的前兆信息，揭示不同突水物质能量状态迁移及其临界特征，模型试验体的制作可以为现浇式和预制块体砌筑，模型试验体的中部设有隧道洞口，在洞口位置设置有开挖护罩，保护试验系统。