CN108333054A - 隧道三维模型加载试验台及用于隧道病害观察的试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及隧道模型试验技术领域，公开了一种隧道三维模型加载试验台及用于隧道病害观察的试验方法。本发明包括反力框架基础、轮轨装置、加载系统和量测系统；反力框架基础包括底板、设置在底板上的门形框架和设置在门形框架内的弧面反力框架，弧面反力框架内部穿设有隧道模型；轮轨装置包括底板上方的轨道、可沿轨道相对滑动的平移车和设置在平移车上的模型底座；加载系统包括设置在弧面反力框架内侧的加载装置，顶撑在隧道模型顶部外侧壁上的弧面加载板，连接加载装置和弧面加载板的加载弹簧；量测系统包括压力传感器和位移计。本发明结构简单，操作便捷，能进行隧道区间全周加载、用于模拟隧道三维模型，传力准确性高，应用范围广泛。
Description
技术领域
本发明涉及隧道模型试验技术领域，特别是涉及一种隧道三维模型加载试验台及用于隧道病害观察的试验方法。
背景技术
地铁隧道建成运营后，随着运营时间的不断累积，由于地铁衬砌先天的质量缺陷，很容易导致衬砌开裂、脱落、混凝土碳化、渗漏水等病害的发生。其中地铁隧道衬砌结构开裂是最为常见的病害情况，也是隧道内渗漏、翻浆冒泥、掉块等各种病害的直接诱因。
隧道衬砌裂缝的形成原因繁多且非常复杂，因此探究隧道衬砌开裂的成因、发展以及整体破坏情况，常用的试验方法是现场原位试验或室内模型实验。前者更具真实性及可靠性，但实验受地形地质等外界影响影响因素较大，实验可控性差，实验难度远大于后者。后者模型试验难度小，可操作性强，受外界影响较小，适用范围广，在探究隧道病害机理的实验中，也是应用最多的手段。
对于隧道的模型实验，国内外常用的方法有两种，二维模型试验法和三维模型试验法。二维模型实验是不考虑隧道纵向长度的一种经过简化的方法，无法模拟纵向裂缝的扩展情况，但是，在实际的隧道工程病害中，隧道衬砌裂缝分为：纵向裂缝、环向裂缝以及斜向裂缝，其中纵向裂缝多为荷载裂缝，相较于环向裂缝和斜向裂缝，纵向裂缝对隧道衬砌结构的安全性影响最大，因此二维模型试验法本质上的局限性限制了该试验方法的可靠性、准确性和真实性。与之相比，三维模型试验法则能更加的全面、真实、准确的反应实际的隧道衬砌裂缝纵向发展的情况。
而现有的用于隧道模型试验的加载试验台，大体分为两种，一种是将作用力施加在隧道周围的土体上，这种加载试验台考虑到了隧道结构与围岩的相互作用，但是由于考虑模型的边界效应，隧道模型的大小受到明显的限制，该种试验台只能完成小比例尺的加载试验，不易于观察隧道衬砌病害的形成以及发展，结构受力也相对的不够明确；另外一种是采用直接加载的方式，模拟隧道围岩土体的受力情况，将作用力直接施加在隧道模型上，不受隧道边界效应的约束，可完成大比例尺的加载试验，适用范围更加广泛，而且有利于观察隧道衬砌的病害在加载过程中，从材料的微观损伤到结构宏观的局部破坏再到结构整体失稳的整个渐进的破坏失稳过程。
现有的用于直接加载的试验台，大多是将隧道变形简化为二维的平面问题，只作用于某一段或是一个施工段长度的区间隧道，但是在实际情况中，隧道病害的分布区域往往较大，衬砌裂缝往往会贯穿好几个施工段，那么这种直接式的加载试验台就具有较大的局限性。
发明内容
本发明提供一种结构简单，操作便捷，能进行隧道区间全周加载、用于模拟隧道三维模型，传力准确性高，应用范围广泛的隧道三维模型加载试验台及用于隧道病害观察的试验方法。
解决的技术问题是：现有的直接加载试验台只适用于二维模型试验，无法模拟三维模型。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明隧道三维模型加载试验台，包括内部穿设隧道模型的反力框架基础，放置并移动隧道模型的轮轨装置，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、设置在底板上的门形框架和设置在门形框架内的弧面反力框架，弧面反力框架内部穿设有隧道模型；
轮轨装置包括底板上方的轨道、可沿轨道相对滑动的平移车和设置在平移车上的模型底座，所述模型底座底部通过基座弹簧与平移车连接；
加载系统包括设置在弧面反力框架内侧的加载装置，顶撑在隧道模型顶部外侧壁上的弧面加载板，连接加载装置和弧面加载板的加载弹簧；
量测系统包括压力传感器和位移计，所述压力传感器设置在弧面加载板和模型底座上，位移计设置在隧道模型的内侧壁上。
本发明隧道三维模型加载试验台，进一步的，所述门形框架数量为2个，相对设置，沿底板长度方向间隔排布，相邻门形框架之间的距离不小于40cm，门形框架底部通过螺栓与底板可拆卸连接；所述弧面反力框架为弧面板，弧面板的弧度与模拟的隧道顶部弧度一致，沿底板长度方向通长设置，与门形框架之间通过螺栓可拆卸连接。
本发明隧道三维模型加载试验台，进一步的，所述轨道沿底板的长度方向设置且两端分别伸出底板边沿不小于1m；平移车上表面和模型底座下表面对应设置有榫头，榫头与基座弹簧两端承插连接；所述模型底座上设置有缓冲垫板。
本发明隧道三维模型加载试验台，进一步的，所述加载装置包括千斤顶和为千斤顶输出压力的液压泵组，千斤顶为2组，沿弧面反力框架的轴向间隔排布、并与门形框架的位置相对应，每组千斤顶的数量为7个，沿隧道模型的周向、均匀间隔布置在隧道模型的侧壁和顶壁外。
本发明隧道三维模型加载试验台，进一步的，所述千斤顶底端通过螺栓与弧面反力框架固定连接，千斤顶底部与弧面反力框架之间设置有橡胶垫片；千斤顶的顶杆焊接有矩形钢板，矩形钢板一侧表面和弧面加载板的外表面上对应设置有榫头，榫头与加载弹簧两端承插连接。
本发明隧道三维模型加载试验台，进一步的，所述液压泵组包括至少4个油压泵，每个油压泵通过分流阀与位于同一水平面上的千斤顶连接。
本发明隧道三维模型加载试验台，进一步的，所述弧面加载板沿弧面反力框架的轴向通长设置，弧面加载板的长度不小于隧道模型的长度，弯曲弧度与隧道模型一致，相邻弧面加载板之间的缝隙不小于10mm；弧面加载板内侧设置有弧面垫片，弧面垫片与隧道模型周向外侧壁贴合设置。
本发明隧道三维模型加载试验台，进一步的，每个所述弧面加载板内侧壁上、与千斤顶几何中心对应的位置设置有压力传感器，模型底座上、中轴线的三等分点位置设置有压力传感器；每个弧面加载板的几何中心对应的隧道模型内侧壁上设置有第一位移计，第一位移计的指针方向沿隧道模型的径向、指向隧道模型中部，隧道模型内侧壁两侧的起拱线上分别设置有第二位移计，第二位移计的指针方向竖直向下，隧道模型底板的几何中心上设置有第三位移计，第三位移计的指针方向沿隧道模型的径向、指向隧道模型中部。
本发明隧道三维模型加载试验台，进一步的，所述量测系统还包括千分表，所述千分表设置在每个千斤顶对应的矩形钢板和弧面加载板上。
本发明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，制作门形框架和弧面反力框架，并与底板固定连接；
步骤二、预制构件：根据隧道模型的大小和轮廓弯曲弧度，在工厂预制弧面加载板、模型底座、轨道以及平移车；
步骤三、制备隧道模型：浇筑养护区间隧道模型，并预制模拟的裂缝；
步骤四、组装轮轨装置：在底板上铺设轨道并设置平移车，在平移车上设置基座弹簧，将模型底座对应放置在平移车上；
步骤五、安装量测系统：将隧道模型放置在模型底座上，调整定位后安装压力传感器和位移计；
步骤六、定位隧道模型：将隧道模型推入反力框架基础内，精确定位后锁紧平移车；
步骤七、设置加载系统：在弧面反力框架内安装加载装置、加载弹簧和弧面加载板；启动加载装置，使弧面加载板顶撑在隧道模型周向的外侧壁上，并将压力传感器和位移计归零；
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：对隧道模型进行持续的分级加载，直至隧道模型整体失稳破坏，停止加载，加载装置复位，推动平移车撤出隧道模型，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。
本发明隧道三维模型加载试验台及用于隧道病害观察的试验方法与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明隧道三维模型加载试验台采用创新性构架设置，将二维的隧道模型实验转变为了三维模型实验，消除了原本二维模型实验无法探究隧道裂缝纵向扩展规律的局限性，完善了衬砌裂缝各向异性扩展规律的实验基础，为隧道衬砌裂缝研究提供了实验依据，为后续进行隧道衬砌病害补强提供了参考依据；同时不受尺寸效应和边界效应的限制，适用于小比例尺和大比例尺的模型模拟试验，适用范围广泛；并且大比例尺模型的局部客观性更强，效果更佳清晰、直观；测量数据不受围岩土体的干扰，试验准确度更高。
本发明加载试验台根据隧道的受力特点，采用多个相互独立的弧面加载板，沿隧道模型的周向并列排布，使得隧道模型收到全周加载；每块弧面加载板上的两个千斤顶设置在弧面加载板的三等分点上，并采用多个液压泵，分别控制位于同一水平面上的千斤顶，确保了同一块弧面加载板上或左右对称的位于同一水平面上的千斤顶的加载一致，进而保证隧道模型在每个加载点位沿纵向承受均匀的压力以及整体受力对称。
本发明加载试验台在框架基础上设置了简易的轮轨装置，将隧道模型安装在平移车上，可滑动推入或推出，便于试验前期的各种安装和准备工作，省时省力，提高了操作的便捷性；模型底座与底部的平移车之间通过基座弹簧可拆卸连接，既保证了模型底座与平移车之间安装的稳定性，又通过基座弹簧模拟出了隧道在围岩中产生的弹性抗力，与实际情况更为贴切，提高了模拟实验的真实性和准确性；各构件便于拆卸安装，省时省力，工作效率高，整个试验台各构件均可重复使用，现场周转利用率高。
本发明加载试验台整个搭建在底板上，实验加载过程所有的反力都作用在最底层的底板上，不用额外在地面上钻孔固定，最大限度的减小了模拟试验对外界环境的要求和影响；门形框架通过螺栓与底板连接，便于拆卸和移动，周转灵活性高。
本发明用于隧道病害观察的试验方法，各液压泵单独控制输出功率，使不同位置的千斤顶施加不同的荷载，以分别模拟竖向土压和侧向土压，使得模拟情况更加贴合实际情况，不仅提高了试验的可操控性，而且提高了模拟实验的真实性和全面性。
本发明用于隧道病害观察的试验方法，通过设置在每个千斤顶对应的矩形钢板和弧面加载板上的千分表，精确测量加载弹簧的压缩量，进而精确控制千斤顶施加的压力，大大提高了模拟加载试验的精确度和可操控性。
本发明用于隧道病害观察的试验方法，通过设置在不同加载点上的压力传感器和位移计，精确记录加载试验过程中，各测量点的变化情况，观测更加全面，直观。
下面结合附图对本发明的隧道三维模型加载试验台及用于隧道病害观察的试验方法作进一步说明。
附图说明
图1为本发明隧道三维模型加载试验台的结构示意图；
图2为本发明隧道三维模型加载试验台的纵向截面示意图；
图3为基座弹簧部位的连接细节结构示意图；
图4为千斤顶部位的连接细节结构示意图；
图5为压力传感器的排布示意图；
图6为位移计的排布示意图；
图7为液压泵组的连接示意图。
附图标记：
11-底板；12-门形框架；13-弧面反力框架；2-隧道模型；31-轨道；32-平移车；4-模型底座；41-基座弹簧；42-缓冲垫板；5-榫头；6-千斤顶；61-加载弹簧；62-矩形钢板；63-弧面垫片；64-橡胶垫片；7-弧面加载板；8-压力传感器；91-第一位移计；92-千分表；93-第二位移计；94-第三位移计；10-油压泵；101-分流阀。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明隧道三维模型加载试验台包括反力框架基础、轮轨装置、加载系统和量测系统。
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，底板11为厚度不小于5mm的钢板，门形框架12数量为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，门形框架12内穿设有隧道模型2；弧面反力框架13沿底板11长度方向通长设置，为厚度不小于6mm的弧面板，弧面板的弧度与模拟的隧道顶部弧度一致，弧面板的长度不小于底板11长度，与门形框架12之间通过螺栓可拆卸连接。
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，轨道31通过螺栓可拆卸固定在底板11上，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上表面竖直设置有榫头5，榫头5间隔排布；模型底座4为厚度不小于5mm的钢板制成的弧面板，模型底座4的弯曲弧度与隧道模型2底部的弯曲弧度一致，如图3所示，模型底座4底部通过基座弹簧41与平移车32连接，模型底座4竖直设置有榫头5，与平移车32表面的榫头5一一对应，基座弹簧41两端分别套设在相对应的两个榫头5外侧，榫头5的长度为基座弹簧41长度的1/6-1/5，基座弹簧41的长度不小于10cm，劲度系数不小于5kg/mm；模型底座4上设置有缓冲垫板42，缓冲垫板42为厚度不小于1cm的橡胶板。
加载系统包括设置在弧面反力框架13内侧的千斤顶6，顶撑在隧道模型2顶部外侧壁上的弧面加载板7，连接千斤顶6和弧面加载板7的加载弹簧61，以及为千斤顶6输出压力的液压泵组；
相似的，还可使用气垫式的气压加载系统替换液压加载系统，整体原理相同；
千斤顶6为2组，与门形框架12的位置相对应，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，分别模拟竖向土压和不同角度的侧向土压，沿隧道模型2的周向对隧道模型2进行分级加载，模拟不同的受力情况；如图3所示，每个千斤顶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，橡胶垫片64的厚度不小于1cm，在加载时具有一定的缓冲作用；千斤顶6与加载弹簧61之间设置有矩形钢板62，矩形钢板62一侧表面与千斤顶6的顶杆焊接固定，另一侧表面设置有榫头5；
弧面加载板7沿弧面反力框架13的轴向通长设置，依次与位于同一水平线上的两个千斤顶6连接，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，避免相邻弧面加载板7之间接触产生的摩擦力阻碍其相对运动；如图4所示，弧面加载板7的外侧壁上设置有榫头5，与矩形钢板62上的榫头5一一对应，内侧与隧道模型2周向外侧壁贴合设置，弧面加载板7与隧道模型2周向外侧壁之间设置有弧面垫片63，弧面垫片63为厚度不小于1cm的橡胶板；
加载弹簧61两端分别套设在矩形钢板62和弧面加载板7上的榫头5外侧，榫头5的长度为加载弹簧61长度的1/6-1/5，加载弹簧61的长度为7-9cm，劲度系数不小于25kg/mm。
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；如图7所示，每个油压泵10单独控制，输出不同的压力，控制不同位置的千斤顶6加载不同的压力，具体到本实施例，各千斤顶6的编号如图1所示，位于隧道模型2顶部正上方竖直设置的千斤顶6分别为1#和8#，两侧的千斤顶6分别顺次排序，由上自下，位于同一水平面上的千斤顶6分别为2#、3#、9#和10#一组，4#、5#、11#和12#一组，6#、7#、13#和14#一组，而每个油压泵10则通过分流阀101将油压均分成几份传递到每组的各个千斤顶6上，其中，1#油压泵10控制1#和8#千斤顶6，2#油压泵10控制2#、3#、9#和10#千斤顶6，为竖向加载组，模拟竖向土压力；3#油压泵10控制4#、5#、11#和12#千斤顶6，4#油压泵10控制6#、7#、13#和14#千斤顶6，为水平向加载组，模拟侧向土压力。
量测系统包括压力传感器8、位移计和千分表92，如图5所示，压力传感器8设置在弧面加载板7和模型底座4上，每个弧面加载板7内侧壁上、与千斤顶6几何中心对应的位置设置有压力传感器8，模型底座4上、中轴线的三等分点位置设置有压力传感器8；如图6所示，位移计设置在隧道模型2的内侧壁上，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；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，用于精确测量加载弹簧61的压缩量，进而精确控制千斤顶6施加的压力；在隧道模型2的预制模拟裂缝位置还可以设置高速摄像机，以捕捉记录压力加载的过程中裂缝的变化过程。
本发明隧道三维模型加载试验台用于隧道病害观察的试验方法，具体包括以下步骤：
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，并将其通过螺栓与底板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，在工厂预制矩形钢板62、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2：浇筑养护区间隧道模型2，并预制模拟的裂缝；浇筑隧道的石膏模型，当隧道模型2脱水至绝干状态时，根据施工的具体工况，在模型上预制不同的裂缝，然后清理整个隧道模型2的表面；
步骤四、组装轨道31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；经过精确的测量和定位，在隧道模型2的内侧壁上精确安装压力传感器8和位移计，并在预制的裂缝处设置高速摄像机；在矩形钢板62和弧面加载板7上分别安装千分表92；
步骤六、定位隧道模型2：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，避免隧道模型2移动；确保压力传感器8的设置位置与门形框架12相对应，平移车32通过螺栓与门形框架12固定连接；
步骤七、设置加载系统：经过精确的测量和定位，在弧面反力框架13内安装千斤顶6、加载弹簧61和弧面加载板7；启动液压泵组，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：调整液压泵组的功率，根据千分表92的数值精确控制施加在隧道模型2上的加载力，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，千斤顶6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。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
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。
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。
5.根据权利要求4所述的隧道三维模型加载试验台，其特征在于：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。
6.根据权利要求4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。
7.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。
8.根据权利要求4所述的隧道三维模型加载试验台，其特征在于：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。
9.根据权利要求4所述的隧道三维模型加载试验台，其特征在于：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。
10.权利要求1-9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。
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