CN109709307B - 一种不规则边界条件相似材料模拟试验装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种不规则边界条件相似材料模拟试验装置和方法，装置包括试验箱、伸缩板、传递钢板、液压千斤顶、加力钢架、支撑钢架和三角直棱柱刚体；所述伸缩板由内活动板、安装孔、螺栓和外活动板组成，伸缩板的长度可以通过所述螺栓与所述外伸缩板的安装位置调节；箱体上还可以设置可密封的圆形开口，试验装置优选地还包括螺杆挖掘装置和支撑壳体。试验时通过调整伸缩板高度和三角直棱柱刚体排布方式可形成高低起伏的平面，对模拟材料加压后可形成具有多层结构的模拟岩层；还可进行水下隧道挖掘模拟试验，测试渗水量、渗水压、渗水位置、隧道的坍塌风险等，对实际水下隧道工程具有重要的参考和指导意义。

Description

一种不规则边界条件相似材料模拟试验装置和方法

技术领域

本发明属于岩土工程相似材料模拟试验技术领域，具体涉及一种不规则边界条件相似材料模拟试验装置和方法。

背景技术

科研问题的研究方法通常分为理论分析、实际观测与模拟实验三种。模拟实验与前两种研究方法相比，其优点为可人为控制和改变实验条件，从而可确定单因素或多因素对比研究问题影响的规律，实验效应直观清楚、实验周期短、见效快、费用低。

相似模拟研究是一种重要的科学研究手段，是在实验室内按相似原理制作与原型相似的模型，借助测试仪表观测模型内力学参数及其分布规律，利用在模型上研究的结果，借以推断原型中可能发生的力学现象以及岩体压力分布的规律，从而解决岩体工程生产中的实际问题。这种研究方法具有直观、简便、经济、快速以及实验周期短等优点。而且能够根据需要，通过固定某些参数，改变另一些参数来研究隧道围岩应力和掌子面附近支撑压力在空间与时间上的分布规律和变化情况以及某些参数对岩体压力的影响，这在现场条件下是难以实现的。

现代工程中有许多需要在含承压水层的江底或海底进行隧道开挖，而且这些隧道上的岩土通常是起伏不平的，这就要求模拟实验设备首先需要能将相似材料制成与实际岩土层类似的表面起伏的实验岩土层，然后还可以在岩土表面注水模拟现有的承压水层，观察岩层的渗水情况，并且最好可以模拟隧道的地下挖掘工作，观察挖掘过程中渗漏发生情况。然而现有的相似材料模拟实验设备中还没有能模拟不规则边界条件下隧道开挖的渗流应力耦合相似模拟实验装置和方法。

中国专利CN104807974B(申请号为201510233667.0)公开了一种相似材料煤层开采模拟试验台及试验方法，虽然解决了现有技术中的三维相似材料模拟试验台体型庞大笨重、结构复杂、机构冗杂、难以真实有效地模拟煤层开采、固定式不可拆卸的实际问题，并且尤其提到：“发明的托板通过升降式连接组件可升降连接在栅格底板上栅格位置处，能够根据需要调节托板的高度和角度，能够真实地模拟波状起伏的煤层或地层。”但是，此发明也有缺点：(1)过于精细化，实际模拟实验中并不方便操作，需要在每个托板周围安装托班四角升降柱，且安装完成之后相似材料也不方便注入围板内部；(2)由于此方面四周可拆卸，短边围护板扣手的存在使得此装置不能防止水的渗漏，此发明不能模拟含承压水层或者江底、海底的隧道开挖情况，不能模拟渗流应力的耦合问题。

发明内容

本发明目的是针对上述现状，旨在至少解决现有技术问题之一，设计一种不规则边界条件相似材料模拟试验装置和方法，可以制成高低起伏的模拟岩层，还可以设置承压水层观察渗水情况。

本发明目的的实现方式为：一种不规则边界条件相似材料模拟试验装置，包括试验箱、伸缩板、传递钢板、液压千斤顶、加力钢架、支撑钢架和三角直棱柱刚体；所述试验箱为上部开口的长方体试验箱，所述支撑钢架设置在试验箱周围，所述加力钢架设置在试验箱上方并与支撑钢架连接，所述液压千斤顶固定在加力钢架下方，液压千斤顶的液压杆下方设置传递钢板且传递钢板与所述液压千斤顶水平紧密接触，传递钢板下方设置多个平行的高度可调的伸缩板，每个伸缩板下方设置一个三角直棱柱刚体；所述伸缩板包括内活动板和外活动板，内活动板与上方的传递钢板紧密接触；外活动板为中空壳体且上面设有多个不同高度的同时穿过壳体两侧的安装孔，螺栓穿过安装孔将外活动板套装在内活动板的下方；所述三角直棱柱刚体由多个不同长度和角度的三角直棱柱组成。

本发明通过设置多个伸缩板和三角直棱柱刚体配合可以形成高低起伏的形状，液压千斤顶通过传递钢板对多个伸缩钢板同时施加压力，可以将试验箱中的相似材料压实制成高低起伏的模拟岩层，可模拟实际情况对岩层进行各种测试。本发明的实验装置简单可行，操作方便，且可通过调整伸缩板的高度排布以及选择不同的三角直棱柱刚体排布方式，可以形成各种不同高低起伏的模拟岩层，也方便支撑多层结构的模拟岩层。本发明的试验箱上部开口，可方便向其中注水进行渗水实验。

本发明中三角直棱柱刚体可以直接放置在伸缩板下方，也可以通过双面胶等粘接材料将其粘接在伸缩板下方，方便更换设计不同的起伏角度，且可重复利用。

优选地，所述试验箱前、后、左或/和右面的下部还设有若干个圆形开口，圆形开口上设有可拆卸的密封盖。本方案的密封盖可通过螺纹与圆形开口连接且之间设有密封圈保证良好的密封效果，可以根据需要在试验箱的四个侧面中一面或多面设置圆形开口，测试渗水性能时可以在圆形开口下方设置量筒，测试该位置的渗水量和渗水速度。实际水下隧道挖掘过程可根据模拟情况选择合适高度的岩层以及承压水层进行隧道开挖，避免大量渗水情况的发生。

优选地，圆形开口外侧还设有螺杆挖掘装置，所述螺杆挖掘装置包括旋转刀头、螺杆输送机和直线电机；螺杆输送机固定在直线电机上，刀头设置螺杆输送机的进料口端并固定在螺杆头部。本方案的装置可以从圆形开孔处使用螺杆挖掘装置进行挖掘，模拟从该位置进行挖掘过程中是否会存在坍塌风险。实际水下隧道挖掘过程可根据模拟情况选择合适的坍塌风险更小的挖掘路径，避免坍塌的发生。

进一步优选地，试验装置还包括圆柱形的支撑壳体，壳体的直径与螺杆挖掘装置的刀头直径相同。本方案支撑壳体可以模拟实际挖掘过程中的盾构支护，使模拟挖掘过程更接近实际情况。

进一步优选地，所述支撑壳体顶部设有若干个圆孔且每个圆孔中放置一个试管，试管底部正好与支撑壳体底部接触。本方案的支撑壳体既可以模拟盾构支护，还同时可以测试挖掘隧道内的渗水位置和不同位置的渗水量。实际水下隧道挖掘过程中可根据模拟测试中渗水位置和渗水量对支撑壳体防水处理，避免影响挖掘进度。

本发明中内活动板那和外活动板的连接方式可以是：螺栓通过安装孔与所述外活动板连接，所述内活动板放置在所述螺栓上方。

优选地，所述内活动板上也设有安装孔，螺栓同时穿过外活动板和内活动板上的固定孔并将两者固定。本方案的外活动板和内活动板通过螺栓固定后更方便在试验箱中安装排布，形成高低起伏的布局。

优选地，外活动板在伸缩方向上每隔50mm有一组所述安装孔。安装孔的数目根据模型尺寸来定。

优选地，所述试验箱由透明树脂板制成，试验箱前、后、下、左、右面的五个树脂板通过高强度胶粘结或通过膨胀螺丝连接。本方案的试验箱设置成透明的，更方便观察内部试验状况。

优选地，所述试验箱的四个角上都有刻度线。本方案可以方便测量和观测相似材料注入的量，所述刻度线的单位优选为mm。

本发明还提供使用上述装置进行不规则边界条件相似材料模拟试验方法，试验步骤如下：

(1)在试验台上把所述试验箱组装完成，根据具体岩层产状的分布确定每层岩层的厚度，并记录和计算所需相似材料的重量以及每个伸缩杆所需伸缩的长度；

(2)配置所需重量的相似材料；根据步骤(1)中的岩层分布厚度，在试验箱内初步铺设高低起伏的相似材料；

(3)分别调节每个伸缩板的长度并将其布置在试验箱中，使内活动板上部与所述传递钢板水平紧密接触，且在伸缩板的下部外活动板下设置合适尺寸的三角直棱柱刚体，使其与步骤(2)中铺设好的相似材料紧密接触，并且多个三角直棱柱刚体的下表面形成设定的高低起伏的形状；

(4)将传递钢板水平放置在布置好的伸缩板上，使用液压千斤顶对相似材料施加作用力模拟地应力将相似材料压实，可根据实际情况，铺设多层相似材料并压实；

(5)待相似材料固化后，将液压千斤顶升起，从试验箱中取出伸缩板和三角直棱柱刚体，形成高低起伏的模拟岩层。

采用上述方法进行模拟岩层的制备方法简单、易操作，可根据实际情况制成不同形状和层级结构的模拟岩层，且伸缩板和三角直棱柱刚体等实验装置均可重复利用。

制成模拟岩层之后，还可以进行如下测试：

(S1)向试验箱中注入一定高度的水，打开试验箱上的密封盖，测试模拟岩层是否渗水，并记录渗水压力和渗水速度等结果；

(S2)从圆形开孔处使用螺杆挖掘装置进行挖掘，测试挖掘过程中是否会存在坍塌情况；

(S3)挖掘完成后将设有试管的支撑壳体放置到隧道中模拟盾构支护，模拟一段时间后取出观察渗水位置和不同位置的渗水量。

本发明的装置可进行多项测试，方便观察和记录实验结果，测试项目包括渗水量、渗水压；模拟挖掘隧道的坍塌风险，隧道内渗水位置和渗水量等各种测试，对实际水下隧道工程具有重要的参考和指导意义：包括对隧道上水压承受能力的控制、如何选择合适的开挖通道，如何解决隧道开挖过程中可能出现的渗水情况等等。

本发明的不规则边界条件相似材料模拟试验装置具有以下优点：

(1)装置结构简单，方便模拟实验操作；通过调整伸缩板高度和三角直棱柱刚体排布方式可制成高低起伏的具有多层结构的模拟岩层；

(2)可进行水下隧道挖掘模拟测试，测试项目包括渗水量、渗水压；模拟挖掘隧道的坍塌风险，隧道内渗水位置和渗水量等各种测试，对实际水下隧道工程具有重要的参考和指导意义。

附图说明

图1是实施例1的一种不规则边界条件相似材料模拟试验装置的整体结构示意图；

图2是实施例1的一种不规则边界条件相似材料模拟试验装置中试验箱的示意图；

图3是实施例1的一种不规则边界条件相似材料模拟试验装置中伸缩板的示意图；

图4是实施例1中一种不规则边界条件相似材料模拟试验装置中四种不同尺寸的伸缩板的示意图；

图5是实施例1中一种不规则边界条件相似材料模拟试验装置中四种不同尺寸的三角直棱柱刚体的平面示意图；

图6是实施例1中一种不规则边界条件相似材料模拟试验装置中三角直棱柱刚体的立体示意图；

图7是实施例2的一种不规则边界条件相似材料模拟试验装置的试验箱中挖掘了一条隧道后的示意图；

图8是实施例2的一种不规则边界条件相似材料模拟试验装置中螺杆挖掘装置的示意图；

图9是实施例2的一种不规则边界条件相似材料模拟试验装置中支撑壳体的示意图；

图10是实施例2的一种不规则边界条件相似材料模拟试验装置的支撑壳体中放入试管后的示意图。

图11是本实施例2的一种不规则边界条件相似材料模拟试验装置中伸缩板的平面示意图；

图12是本实施例2的一种不规则边界条件相似材料模拟试验装置中伸缩板的立体示意图。

图中：1、试验箱；11、1#岩层；12、2#岩层；13、3#岩层；14、4#岩层；2、伸缩板；21、内活动板；22、安装孔；23、挡板；24、螺栓；25、外活动板；3、传递钢板；4、液压千斤顶；5、加力钢架；6、支撑钢架；7、三角直棱柱刚体；8、圆形开口；9、螺杆挖掘装置；91、刀头；92、螺杆输送机；93、直线电机；10、支撑壳体；101、试管。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体附图仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明具体实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他技术方案，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

如图1-6所示，本实施例的一种不规则边界条件相似材料模拟试验装置，包括试验箱1、伸缩板2、传递钢板3、液压千斤顶4、加力钢架5、支撑钢架6和三角直棱柱刚体7；所述试验箱1为上部开口的长方体试验箱，所述试验箱由透明树脂板制成，方便观察内部试验状况。试验箱1前、后、下、左、右面的五个树脂板通过高强度胶粘结，密封效果较好。所述支撑钢架6设置在试验箱1周围，所述加力钢架5设置在试验箱1上方并与支撑钢架6连接，所述液压千斤顶4固定在加力钢架5下方，液压千斤顶4的液压杆下方设置传递钢板3且传递钢板3与所述液压千斤顶4水平紧密接触，传递钢板3下方设置多个平行的高度可调的伸缩板2，每个伸缩板2下方设置一个三角直棱柱刚体7。

所述伸缩板2包括内活动板21和外活动板25，内活动板21与上方的传递钢板紧密接触，实验室可直接将伸缩杆的内活动板放在试验箱中使多个内活动板的上表面平齐并与传递钢板紧密接触，也可以通过双面胶或胶粘剂将内活动板的上表面与传递钢板粘接固定；外活动板25为中空壳体且上面设有多个不同高度的同时穿过壳体两侧的安装孔22，螺栓24穿过安装孔22将外活动板25套装在内活动板的下方。具体地，螺栓24通过安装孔22与所述外活动板25连接，所述内活动板21放置在所述螺栓24上方并且外活动板套在内活动板外；优选地内活动板21下部设置一个挡板23，可使内活动板更稳定放置在螺栓上。外活动板25在伸缩方向上每隔50mm有一组所述安装孔。安装孔22的数目根据模型尺寸来定。

进一步地，为了方便说明本发明专利的有益效果，具体给出所述伸缩板2(外活动板25+内活动板21)的四种不同尺寸，长度分别为800mm+800mm、600mm+600mm、400mm+400mm、200mm+200mm，宽度为100mm，如图4所示，但是并不代表本发明专利所述的伸缩板只有这四种尺寸，其他尺寸的也在本发明专利的保护范围之内。

所述三角直棱柱刚体7由多个不同长度和角度的三角直棱柱组成。

进一步地，为了方面说明本发明专利的有益效果，具体给出所述三角直棱柱刚体7的四种不同尺寸，两个直角边长(宽和高)分别为100mm╳50mm、100mm╳100mm、100mm╳150mm、100mm╳200mm，如图5所示；但是并不代表本发明专利所述的三角直棱柱刚体7只有这四种尺寸，其他尺寸的也在本发明专利的保护范围之内。

通过本实施例的几个不同高度的伸缩板2和不同尺寸的三角直棱柱刚体7按照不同的方式组合排布，可以形成起伏形状不同的底面，设置好的底面形状对相似材料进行加压就可以形成不同起伏形状的岩层。

采用本实施例的不规则边界条件相似材料模拟试验装置，进行模拟实验制备起伏的岩层的具体试验方法包括如下步骤：

(1)在试验台上把所述试验箱组装完成，根据具体岩层产状的分布确定每层岩层的厚度，并记录和计算所需相似材料的重量以及每个伸缩杆所需伸缩的长度；

(2)配置所需重量的相似材料；根据步骤(1)中的岩层分布厚度，在试验箱内初步铺设高低起伏的相似材料；

(3)分别调节每个伸缩板的长度并将其布置在试验箱中，使内活动板上部与所述传递钢板水平紧密接触，且在伸缩板的下部外活动板下设置合适尺寸的三角直棱柱刚体，使其与步骤(2)中铺设好的相似材料紧密接触，并且多个三角直棱柱刚体的下表面形成设定的高低起伏的形状；

(4)将传递钢板水平放置在布置好的伸缩板上，使用液压千斤顶对相似材料施加作用力模拟地应力将相似材料压实，可根据实际情况，铺设多层相似材料并压实；

(5)待相似材料固化后，将液压千斤顶升起，从试验箱中取出伸缩板和三角直棱柱刚体，形成高低起伏的模拟岩层。

装置结构简单，模拟实验方便操作；通过调整伸缩板高度和三角直棱柱刚体排布方式可制成高低起伏的具有多层结构的模拟岩层；进一步的，为了方面说明本发明专利的有益效果，如图2所示，具体给出一种模拟岩层的形状，包括四层起伏的岩层：1#岩层11、2#岩层12、3#岩层13和4#岩层14；但是并不代表本发明专利所述的岩层只能为四层，其他层数和起伏形状的岩层也可以通过本发明的装置制得。

实施例2

如图7-12所示，相比实施例1，本实施例的内活动板21上也设有安装孔22，安装孔优选设置在内活动板下部的挡板23上，螺栓同时穿过外活动板25和内活动板21上的固定孔并将两者固定，外活动板和内活动板通过螺栓固定后更方便在试验箱中安装排布。

试验箱1前、后、下、左、右面的五个树脂板通过膨胀螺丝连接，固定更牢固。所述试验箱1的四个角上都有刻度线，方便测量和观测相似材料注入的量。

所述试验箱1侧面开有圆形开口8，圆形开口8上设有可拆卸的密封盖。密封盖可通过螺纹与圆形开口连接且之间设有密封圈保证良好的密封效果。本实施例的图7中仅示意性画出一个圆形开口，实际试验过程中可根据需要在试验箱的四个侧面中一面或多面设置圆形开口，测试渗水性能时可以在圆形开口下方设置量筒，测试该位置的渗水量和渗水速度。实际水下隧道挖掘过程可根据模拟情况选择合适高度的岩层以及承压水层进行隧道开挖，避免大量渗水情况的发生。

圆形开口8外侧还设有螺杆挖掘装置9，所述螺杆挖掘装置包括旋转刀头91、螺杆输送机92和直线电机93；螺杆输送机92固定在直线电机93的伸缩杆上，刀头91设置螺杆输送机92的进料口端并固定在螺杆头部。从圆形开孔处使用螺杆挖掘装置进行挖掘，挖掘过程中，螺杆输送机的螺杆旋转并带动刀头旋转进行挖掘，挖掘的相似材料制成的模拟岩层碎石随着螺杆旋转输送到外部，由直线电机驱动螺杆输送机随着挖掘进度往推进。该装置可以模拟从某一位置进行挖掘过程中是否会存在坍塌风险。实际水下隧道挖掘过程可根据模拟情况选择合适的坍塌风险更小的挖掘路径，避免坍塌的发生。

试验装置还包括圆柱形的支撑壳体10，壳体的直径与螺杆挖掘装置的刀头直径相同。所述支撑壳体10顶部等间距设有若干个圆孔，且每个圆孔中放置一个试管101，圆孔直径与试管口直径相当，试管底部正好与支撑壳体底部接触。支撑壳体既可以模拟盾构支护，壳体上试管可收集相似材料内渗漏的地下水，模拟一段时间后，可取出支撑壳体10，查看试管101内液体的高度，记录挖掘隧道内的渗水位置和不同位置的渗水量。实际水下隧道挖掘过程中可根据模拟测试中渗水位置和渗水量对支撑壳体防水处理，避免影响挖掘进度。

其它与实施例1相同。

采用本实施例的不规则边界条件相似材料模拟试验装置，经过步骤(1)到(4)制成模拟岩层之后，还可进行如下测试：

(S1)向试验箱中注入一定高度的水，打开试验箱上的密封盖，测试模拟岩层是否渗水，并记录渗水压力和渗水速度等结果；

(S2)从圆形开孔处使用螺杆挖掘装置进行挖掘，测试挖掘过程中是否会存在坍塌情况；

(S3)挖掘完成后将设有试管的支撑壳体放置到隧道中模拟盾构支护，模拟一段时间后取出观察渗水位置和不同位置的渗水量。

本发明的装置制备模拟岩层时更方便操作，且可进行水下隧道挖掘模拟测试，测试项目包括渗水量、渗水压；模拟挖掘隧道的坍塌风险，隧道内渗水位置和渗水量等各种测试，对实际水下隧道工程具有重要的参考和指导意义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种不规则边界条件相似材料模拟试验装置，其特征在于，包括试验箱、伸缩板、传递钢板、液压千斤顶、加力钢架、支撑钢架和三角直棱柱刚体；所述试验箱为上部开口的长方体试验箱，所述支撑钢架设置在试验箱周围，所述加力钢架设置在试验箱上方并与支撑钢架连接，所述液压千斤顶固定在加力钢架下方，液压千斤顶的液压杆下方设置传递钢板且传递钢板与所述液压千斤顶水平紧密接触，传递钢板下方设置多个平行的高度可调的伸缩板，每个伸缩板下方设置一个三角直棱柱刚体；所述伸缩板包括内活动板和外活动板，内活动板与上方的传递钢板紧密接触；外活动板为中空壳体且上面设有多个不同高度的同时穿过壳体两侧的安装孔，螺栓穿过安装孔将外活动板套装在内活动板的下方，多个所述三角直棱柱刚体具有不同的角度和长度。

2.根据权利要求1所述的不规则边界条件相似材料模拟试验装置，其特征在于，所述试验箱前、后、左或/和右面的下部还设有若干个圆形开口，圆形开口上设有可拆卸的密封盖。

3.根据权利要求2所述的不规则边界条件相似材料模拟试验装置，其特征在于，圆形开口外侧还设有螺杆挖掘装置，所述螺杆挖掘装置包括旋转刀头、螺杆输送机和直线电机；螺杆输送机固定在直线电机上，刀头设置螺杆输送机的进料口端并固定在螺杆头部。

4.根据权利要求3所述的不规则边界条件相似材料模拟试验装置，其特征在于，试验装置还包括圆柱形的支撑壳体，壳体的直径与螺杆挖掘装置的刀头直径相同。

5.根据权利要求书4所述的不规则边界条件相似材料模拟试验装置，其特征在于，所述支撑壳体顶部设有若干个圆孔且每个圆孔中放置一个试管，试管底部正好与支撑壳体底部接触。

6.根据权利要求1到5任一项所述的不规则边界条件相似材料模拟试验装置，其特征在于，所述内活动板上也设有安装孔，螺栓同时穿过外活动板和内活动板上的固定孔并将两者固定。

7.根据权利要求1到5任一项所述的不规则边界条件相似材料模拟试验装置，其特征在于，所述试验箱由透明树脂板制成，试验箱前、后、下、左、右面的五个树脂板通过高强度胶粘结或通过膨胀螺丝连接。

8.根据权利要求1到5任一项所述的不规则边界条件相似材料模拟试验装置，其特征在于，所述试验箱的四个角上都有刻度线。

9.一种不规则边界条件相似材料模拟试验方法，其特征在于，采用权利要求1所述的不规则边界条件相似材料模拟试验装置，试验步骤如下：

步骤（1）在试验台上把所述试验箱组装完成，根据具体岩层产状的分布确定每层岩层的厚度，并记录和计算所需相似材料的重量以及每个伸缩杆所需伸缩的长度；

步骤（2）配置所需重量的相似材料；根据步骤（1）中的岩层分布厚度，在试验箱内初步铺设高低起伏的相似材料；

步骤（3）分别调节每个伸缩板的长度并将其布置在试验箱中，使内活动板上部与所述传递钢板水平紧密接触，且在伸缩板的下部外活动板下设置合适尺寸的三角直棱柱刚体，使其与步骤（2）中铺设好的相似材料紧密接触，并且多个三角直棱柱刚体的下表面形成设定的高低起伏的形状；

步骤（4）将传递钢板水平放置在布置好的伸缩板上，使用液压千斤顶对相似材料施加作用力模拟地应力将相似材料压实，可根据实际情况，铺设多层相似材料并压实；

步骤（5）待相似材料固化后，将液压千斤顶升起，从试验箱中取出伸缩板和三角直棱柱刚体，形成高低起伏的模拟岩层。

10.一种不规则边界条件相似材料模拟试验方法，其特征在于，采用权利要求5所述的不规则边界条件相似材料模拟试验装置，经过如权利要求9所述的不规则边界条件相似材料模拟试验方法中的步骤（1）到（4）制成模拟岩层之后，还包括如下测试步骤：

（S1）向试验箱中注入一定高度的水，打开试验箱上的密封盖，测试模拟岩层是否渗水，并记录渗水压力和渗水速度的结果；

（S2）从圆形开孔处使用螺杆挖掘装置进行挖掘，测试挖掘过程中是否会存在坍塌情况；

（S3）挖掘完成后将设有试管的支撑壳体放置到隧道中模拟盾构支护，模拟一段时间后取出观察渗水位置和不同位置的渗水量。

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