CN111896370A - 一种基于3d打印的土工离心模型试验装置及试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于3D打印的土工离心模型试验装置及试验方法，装置包括：模型箱、基于3D打印的管片模型、基于3D打印的轨道模型、基于3D打印的若干光纤光栅传感器及光纤光栅解调仪。本发明的土工离心模型试验装置采用基于3D打印的光纤光栅传感器，传感器刚度与试验土体接近，能够与土体协调变形，提高测量数据的准确性，光纤光栅传感器以光纤光栅为感测元件，提高了测量的精度和数据的可靠度；通过控制不同部分的打印密度改变管片模型和轨道模型刚度，能够更加合理的模拟实际工程中隧道下穿铁路情况，将实际铁路具有的刚度对土体变形的影响考虑在内，进一步提高了测量结果的准确性。

Description

一种基于3D打印的土工离心模型试验装置及试验方法
技术领域
本发明涉及土工离心模型试验技术领域，具体涉及一种基于3D打印的土工离心模型试验装置及试验方法。
背景技术
土工离心模型试验是利用离心机提供的离心力模拟重力，按相似准则，将原型的几何形状按比例缩小，用相同物理性状的土体制成模型，使其在离心力场中的应力状态与原型在重力场中一致，以研究工程性状的测试技术。目前，该技术手段已经广泛应用于岩土工程的各个领域，并成为研究解决岩土工程问题不可替代的试验手段。在现有的土工离心模型试验中，对土体内部应力、内部孔隙水压力和变形、隧道结构受力变形等的监测，已有许多成熟的技术和方法，但现有土工离心模型试验中使用的传感器存在刚度大、连线对模型力学特性有干扰、测量仍然以点为单元、尚不能有效测量模型内部变形等缺点。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于3D打印的土工离心模型试验装置及试验方法，旨在解决现有土工离心模型试验中使用的传感器存在刚度大、连线对模型力学特性有干扰、测量仍然以点为单元、尚不能有效测量模型内部变形的问题。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种基于3D打印的土工离心模型试验装置，其中，包括：模型箱、基于3D打印的管片模型、基于3D打印的轨道模型、基于3D打印的若干光纤光栅传感器及光纤光栅解调仪；
所述模型箱用于填筑试验土体，所述轨道模型设置于所述试验土体表面，所述管片模型预埋于所述试验土体内，所述管片模型表面封装有光纤光栅，所述光纤光栅用于采集所述管片模型的应变信号；
所述若干光纤光栅传感器预埋于所述试验土体内，用于采集所述试验土体的土压力信号和孔隙水压力信号；
所述光纤光栅解调仪与所述管片模型表面封装的光纤光栅和所述若干光纤光栅传感器连接，用于对所述管片模型的应变信号及所述试验土体的土压力信号和孔隙水压力信号进行接收并解调分析，得到所述管片模型的应变数据及所述试验土体的土压力数据和孔隙水压力数据。
所述的基于3D打印的土工离心模型试验装置，其中，所述若干光纤光栅传感器包括若干土压力传感器和若干孔隙水压力传感器；所述若干土压力传感器用于采集所述试验土体的土压力信号，所述若干孔隙水压力传感器用于采集所述试验土体的孔隙水压力信号。
所述的基于3D打印的土工离心模型试验装置，其中，所述土压力传感器包括土压力盒和封装于所述土压力盒内的光纤光栅，所述土压力盒采用聚乳酸材料3D打印而成。
所述的基于3D打印的土工离心模型试验装置，其中，所述孔隙水压力传感器包括孔隙水压力盒和封装于所述孔隙水压力盒内的光纤光栅，所述孔隙水压力盒采用聚乳酸材料3D打印而成，所述孔隙水压力盒侧部设置有气压平衡孔。
所述的基于3D打印的土工离心模型试验装置，其中，所述管片模型采用塑料或金属3D打印而成，所述管片模型分环连接，所述管片模型的厚度和刚度按照实际隧道管片的厚度和刚度进行折减，所述管片模型环间连接处刚度按照实际隧道管片环之间接口刚度进行折减。
所述的基于3D打印的土工离心模型试验装置，其中，所述管片模型为内部中空的圆柱体，所述管片模型的一端为封闭端，另一端为开口端，所述开口端位于所述模型箱侧壁上，所述封闭端位于所述轨道模型左下方、正下方或右下方。
所述的基于3D打印的土工离心模型试验装置，其中，所述轨道模型采用塑料或金属3D打印而成，所述轨道模型各部分刚度、不同部分间的连接刚度按照实际轨道进行折减。
所述的基于3D打印的土工离心模型试验装置，其中，所述轨道模型包括轨道模型轨枕及设置于所述轨道模型轨枕上的轨道模型钢轨和螺栓孔，所述轨道模型钢轨沿所述轨道模型轨枕的长边方向设置。
所述的基于3D打印的土工离心模型试验装置，其中，所述装置还包括：无线传输设备和终端；
所述无线传输设备与所述光纤光栅解调仪连接，用于接收所述管片模型的应变数据及所述试验土体的土压力数据和孔隙水压力数据；
所述终端与所述无线传输设备连接，用于对所述管片模型的应变数据及所述试验土体的土压力数据和孔隙水压力数据进行实时显示和记录。
一种所述的基于3D打印的土工离心模型试验装置的试验方法，其中，包括：
在所述模型箱中分层填筑试验土体至预设第一高度，同时将所述若干光纤光栅传感器预埋在试验土体预设位置；
将所述管片模型安装在试验土体上表面，继续在所述模型箱中分层填筑试验土体至预设目标高度，同时将所述若干光纤光栅传感器预埋在试验土体预设位置；
将所述轨道模型安装在试验土体上表面，并将封装在所述管片模型表面的光纤光栅及所述若干光纤光栅传感器分别与所述光纤光栅解调仪连接；
通过封装在所述管片模型表面的光纤光栅及所述若干光纤光栅传感器分别采集所述管片模型的应变信号及所述试验土体的土压力信号和孔隙水压力信号；
通过所述光纤光栅解调仪对所述管片模型的应变信号及所述试验土体的土压力信号和孔隙水压力信号进行解调分析，得到所述管片模型的应变数据及所述试验土体的土压力数据和孔隙水压力数据。
本发明的有益效果：本发明的土工离心模型试验装置采用基于3D打印的光纤光栅传感器，利用3D打印无需模具成型且可打印任意刚度的模型的特点，打印出的传感器刚度与试验土体接近，能够与土体协调变形，光纤光栅传感器以光纤光栅为感测元件，利用光纤光栅谐振波长对外界环境变化的敏感性的特点，提高测量数据的灵敏度和精度；通过控制不同部分的打印密度改变管片模型和轨道模型刚度，能够更加合理的模拟实际工程中隧道下穿铁路情况，将实际铁路具有的刚度对土体变形的影响考虑在内，进一步提高了测量结果的准确性。
附图说明
图1是本发明实施例中提供的一种基于3D打印的土工离心模型试验装置的结构示意图；
图2是本发明实施例中提供的试验装置中管片模型封闭端位于轨道模型左下方时的结构示意图；
图3是本发明实施例中提供的试验装置中管片模型封闭端位于轨道模型正下方时的结构示意图；
图4是本发明实施例中提供的试验装置中管片模型封闭端位于轨道模型右下方时的结构示意图；
图5是本发明实施例中提供的土压力盒的结构示意图；
图6是本发明实施例中提供的孔隙水压力盒的结构示意图；
图7是本发明实施例中提供的管片模型的结构示意图；
图8是本发明实施例中提供的管片模型的截面图；
图9是本发明实施例中提供的轨道模型的结构示意图。
附图中各标记：1、模型箱；2、管片模型；3、轨道模型；4、光纤光栅传感器；5、光纤光栅解调仪；6、光纤光栅；7、无线传输设备；8、终端；9、试验土体；31、轨道模型轨枕；32、轨道模型钢轨；33、螺栓孔；41、土压力盒；42、光纤光栅线孔；43、孔隙水压力盒；44、气压平衡孔；51、数据线；61、通讯光缆。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
3D打印是快速成型技术的一种，又称增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。目前3D打印技术广泛应用于制造、教育和建筑等行业，常用的3D打印是将金属、陶瓷、塑料和砂等原材料加热熔化，通过喷嘴将熔融后的材料挤压出，逐层打印直至模型完成。3D打印具有无需模具成型且可以控制打印的密度，可以打印较复杂的模型和控制其刚度的特点。
光纤光栅是一种通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，是一种无源滤波器件。由于光纤光栅具有体积小、熔接损耗小、全兼容于光纤、能埋入智能材料等优点，并且其谐振波长对温度、应变、折射率、浓度等外界环境的变化比较敏感，因此在制作光纤激光器、光纤通信和传感领域得到了广泛的应用。
基于此，本申请希望提供一种能够解决上述技术问题的方案，其详细内容将在后续实施例中得以阐述。
为了解决上述问题，本发明实施例中提供了一种基于3D打印的土工离心模型试验装置，如图1～图4所示，所述基于3D打印的土工离心模型试验装置包括：模型箱1、基于3D打印的管片模型2、基于3D打印的轨道模型3、基于3D打印的若干光纤光栅传感器4及光纤光栅解调仪5；所述模型箱1用于填筑试验土体9，所述轨道模型3设置于所述试验土体9表面，所述管片模型2预埋于所述试验土体9内，所述管片模型2表面封装有光纤光栅6，所述管片模型2表面封装的光纤光栅6用于采集所述管片模型2的应变信号；所述若干光纤光栅传感器4预埋于所述试验土体9内，用于采集所述试验土体9的土压力信号和孔隙水压力信号；所述光纤光栅解调仪5有多个通道，每个通道均可连接一根通讯光缆61，所述光纤光栅解调仪5通过通讯光缆61与所述管片模型2表面封装的光纤光栅6和所述若干光纤光栅传感器4连接，用于对所述管片模型2的应变信号及所述试验土体9的土压力信号和孔隙水压力信号进行接收并解调分析，得到所述管片模型2的应变数据及所述试验土体9的土压力数据和孔隙水压力数据。本实施例中土工离心模型试验装置采用基于3D打印的光纤光栅传感器4，传感器刚度与试验土体9接近，能够与土体协调变形，提高测量数据的准确性，光纤光栅传感器4以光纤光栅6为感测元件，提高了测量的精度和数据的可靠度；通过控制不同部分的打印密度改变管片模型2和轨道模型3刚度，能够更加合理的模拟实际工程中隧道下穿铁路情况，将实际铁路具有的刚度对土体变形的影响考虑在内，进一步提高了测量结果的准确性。
具体实施时，传感光缆可以刻写多个光栅形成光纤传感光缆，进而封装制作成串联的若干光纤光栅传感器4，光纤光栅6通过通讯光缆61连接到光纤光栅解调仪5即可，所述光纤光栅解调仪5可根据若干光纤光栅传感器4所在顺序分析得到每个光纤光栅传感器4采集的数据。
具体地，所述若干光纤光栅传感器4包括若干土压力传感器和若干孔隙水压力传感器；所述若干土压力传感器用于采集所述试验土体9的土压力信号，所述若干孔隙水压力传感器用于采集所述试验土体9的孔隙水压力信号。具体测量过程中，将若干土压力传感器和若干孔隙水压力传感器预埋在试验土体9的待测量位置，将若干土压力传感器和若干孔隙水压力传感器与光纤光栅解调仪5连接，通过光纤光栅解调仪5对若干土压力传感器和若干孔隙水压力传感器采集到的试验土体9的土压力信号和孔隙水压力信号进行解调分析，即可得到试验土体9的土压力数据和孔隙水压力数据。
进一步地，如图5所示，所述土压力传感器包括土压力盒41和封装于所述土压力盒41内的光纤光栅6，所述土压力盒41采用可降解的聚乳酸(PLA)材料3D打印而成。所述土压力盒41打印过程中通过控制打印密度使所述土压力盒41刚度与试验土体9刚度接近，所述土压力盒41侧壁设置有光纤光栅线孔42，所述光纤光栅线孔42用于使封装于土压力盒41内的光纤光栅6与通讯光缆61连接。具体测量过程中，当试验土体9变形后挤压所述土压力盒41，所述土压力盒41进一步挤压封装于所述土压力盒41内的光纤光栅6使其形变，然后通过光纤光栅解调仪5对光纤光栅6的光波长信号进行解析即可获得所述试验土体9的土压力数据。
进一步地，如图6所示，所述孔隙水压力传感器包括孔隙水压力盒43和封装于所述孔隙水压力盒43内的光纤光栅6，所述孔隙水压力盒43采用可降解的聚乳酸(PLA)材料3D打印而成，所述孔隙水压力盒43侧部设置有气压平衡孔44。所述孔隙水压力盒43打印过程中通过控制打印密度使所述孔隙水压力盒43刚度与试验土体9刚度接近，所述孔隙水压力盒43侧壁设置有光纤光栅线孔42，所述光纤光栅线孔42用于使封装于孔隙水压力盒43内的光纤光栅6与通讯光缆61连接。具体试验过程中，试验土体9变形会导致试验土体9的孔隙水压力改变，而此时水分可以通过所述气压平衡孔45进入所述孔隙水压力盒43内并挤压封装于所述孔隙水压力盒43内的光纤光栅6变形，然后通过光纤光栅解调仪5对光纤光栅6的光波长信号进行解析即可获得所述试验土体9的孔隙水压力数据。
具体实施时，所述管片模型2必须具备足够的强度和刚度，传统模型制作需要模具，对于复杂的隧道结构模型，制作流程繁琐，不易控制其刚度。本实施例中所述管片模型2采用塑料或金属3D打印而成，所述塑料包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)、聚碳酸酯(PC)、聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和混合物(PC-ABS)等，所述金属包括钴铬合金、不锈钢和铝合金等。所述管片模型2分环连接，所述管片模型2打印过程中通过控制打印密度使所述管片模型2的厚度和刚度按照实际隧道管片的厚度和刚度进行折减，所述管片模型2环间连接处刚度按照实际隧道管片环之间接口刚度进行折减。3D打印的管片模型2更加精细，使试验更加接近真实情况，提高试验的相似性和合理性。
进一步地，所述管片模型2打印的同时，沿所述管片模型2长度方向在所述管片模型2外表面上、下、左和右对应位置封装光纤光栅6。如图1、图7和图8所示，所述管片模型2为内部中空的圆柱体，所述管片模型2的一端为封闭端，另一端为开口端，所述开口端位于所述模型箱1侧壁上，所述封闭端靠近所述轨道模型3以模拟对开挖土体的支护，所述封闭端位于所述轨道模型3左下方、正下方或右下方。如图2～4所示，所述管片模型2预埋在试验土体9中时，所述管片模型2的封闭端与所述轨道模型3的位置关系分为三类：一是所述管片模型2封闭端位于所述轨道模型3左下方(如图2所示)，即所述管片模型2未下穿所述轨道模型3，模拟实际隧道开挖接近铁路的情况；二是所述管片模型2位于所述轨道模型3正下方(如图3所示)，即所述管片模型2下穿所述轨道模型3，模拟实际隧道开挖位于铁路下方的情况；三是所述管片模型2位于所述轨道模型3右下方(如图4所示)，即所述管片模型2完全下穿所述轨道模型3，模拟实际隧道开挖完全穿越铁路的情况。
具体实施时，所述轨道模型3与所述管片模型2类似，必须具备足够的强度和刚度，本实施例中所述轨道模型3也采用塑料或金属3D打印而成，所述塑料包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)、聚碳酸酯(PC)、聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和混合物(PC-ABS)等，所述金属包括钴铬合金、不锈钢和铝合金等。所述轨道模型3打印过程中通过控制打印密度使所述轨道模型3各部分刚度、不同部分间的连接刚度按照实际轨道进行折减。
具体实施时，与前述管片模型2类似，若要获取轨道模型3的应变数据，也可以在打印轨道模型3时封装光纤光栅6。试验时，将轨道模型3表面封装的光纤光栅6通过通讯光缆61与光纤光栅解调仪5连接即可获取轨道模型3的应变数据。
进一步地，如图9所示，所述轨道模型3包括轨道模型轨枕31及设置于所述轨道模型轨枕31上的轨道模型钢轨32和螺栓孔33，所述轨道模型钢轨32沿所述轨道模型轨枕31的长边方向设置。所述轨道模型钢轨32设置为两个，两个所述轨道模型钢轨32对称设置于所述轨道模型轨枕31上。所述螺栓孔33设置为四个，四个所述螺栓孔33对称设置于所述轨道模型轨枕31上，用于将所述轨道模型轨枕31固定于所述试验土体9表面。
进一步地，请继续参照图1，所述装置还包括：无线传输设备7和终端8，所述无线传输设备7与所述光纤光栅解调仪5连接，用于接收所述管片模型2的应变数据及所述试验土体9的土压力数据和孔隙水压力数据。所述终端8与所述无线传输设备7连接，用于对所述管片模型2的应变数据及所述试验土体9的土压力数据和孔隙水压力数据进行实时显示和记录。
本发明还提供一种上述所述的基于3D打印的土工离心模型试验装置的试验方法，包括：
S100、在所述模型箱中分层填筑试验土体至预设第一高度，同时将所述若干光纤光栅传感器预埋在试验土体预设位置；
S200、将所述管片模型安装在试验土体上表面，继续在所述模型箱中分层填筑试验土体至预设目标高度，同时将所述若干光纤光栅传感器预埋在试验土体预设位置；
S300、将所述轨道模型安装在试验土体上表面，并将封装在所述管片模型表面的光纤光栅及所述若干光纤光栅传感器分别与所述光纤光栅解调仪连接；
S400、通过封装在所述管片模型表面的光纤光栅及所述若干光纤光栅传感器分别采集所述管片模型的应变信号及所述试验土体的土压力信号和孔隙水压力信号；
S500、通过所述光纤光栅解调仪对所述管片模型的应变信号及所述试验土体的土压力信号和孔隙水压力信号进行解调分析，得到所述管片模型的应变数据及所述试验土体的土压力数据和孔隙水压力数据。
具体实施时，本实施例中首先按照试验要求在模型箱中分层填筑试验土体至预设第一高度，同时按设计将若干光纤光栅传感器预埋在试验土体预设位置；随后将管片模型安装在试验土体上表面，并继续在模型箱中分层填筑试验土体至预设目标高度，同时将若干光纤光栅传感器预埋在试验土体预设位置，填筑过程中，注意对光纤光栅和光纤光栅传感器加以保护，防止损坏。然后将轨道模型安装在试验土体上表面，并将封装在管片模型表面的光纤光栅及若干光纤光栅传感器分别与光纤光栅解调仪连接。试验时，通过封装在管片模型表面的光纤光栅及若干光纤光栅传感器分别采集管片模型的应变信号及试验土体的土压力信号和孔隙水压力信号，通过光纤光栅解调仪对管片模型的应变信号及试验土体的土压力信号和孔隙水压力信号进行解调分析，得到管片模型的应变数据及试验土体的土压力数据和孔隙水压力数据。
下面通过具体实施例对本发明进行进一步的解释说明。
实施例1：
(1)在模型箱1中，按照试验要求分层填筑试验土体9至预设第一高度，同时按设计将若干光纤光栅传感器4预埋在试验土体9预设位置，填筑过程中，注意对光纤光栅6和光纤光栅传感器4加以保护，防止损坏；
(2)在试验土体9表面安装管片模型2，使其封闭端接近轨道模型3，但未达到轨道模型3正下方；待轨道模型3安装完毕后，继续按照试验要求分层填筑试验土体9直至达到试验设计的土体高度，同时按设计将若干光纤光栅传感器4预埋在试验土体9预设位置，填筑过程中，注意对光纤光栅6和光纤光栅传感器4加以保护，防止损坏；
(3)将轨道模型3按照设计要求安装在试验土体9表面，采用螺栓穿过螺栓孔33水平安装固定于试验土体9表面；
(4)将若干光纤光栅传感器4、封装于管片模型2中的光纤光栅6分别连接通讯光缆61，通过通讯光缆61连接光纤光栅解调仪5，光纤光栅解调仪5通过数据线51与无线传输设备7连接；
(5)开始试验后，若干光纤光栅传感器4和封装在管片模型2中的光纤光栅6采集信号，通过通讯光缆61将信号传输到光纤光栅解调仪5，光纤光栅解调仪5接收信号后对其进行解调分析，再通过数据线51传送到无线传输设备7，无线传输设备7将数据以无线网络的形式传送到终端8，终端8同步显示、记录土工离心模型试验中土体、材料变化产生的数据。
实施例2：
本实施例与实施例1基本相同，唯一不同是管片模型2封闭端位于轨道模型3正下方。
实施例3：
本实施例与实施例1基本相同，唯一不同是管片模型2封闭端位于轨道模型3右下方。
综上所述，本发明提供的一种基于3D打印的土工离心模型试验装置及试验方法，装置包括：模型箱、基于3D打印的管片模型、基于3D打印的轨道模型、基于3D打印的若干光纤光栅传感器及光纤光栅解调仪。本发明的土工离心模型试验装置采用基于3D打印的光纤光栅传感器，传感器刚度与试验土体接近，能够与土体协调变形，提高测量数据的准确性，光纤光栅传感器以光纤光栅为感测元件，提高了测量的精度和数据的可靠度；通过控制不同部分的打印密度改变管片模型和轨道模型刚度，能够更加合理的模拟实际工程中隧道下穿铁路情况，将实际铁路具有的刚度对土体变形的影响考虑在内，进一步提高了测量结果的准确性。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于3D打印的土工离心模型试验装置，其特征在于，包括：模型箱、基于3D打印的管片模型、基于3D打印的轨道模型、基于3D打印的若干光纤光栅传感器及光纤光栅解调仪；
所述模型箱用于填筑试验土体，所述轨道模型设置于所述试验土体表面，所述管片模型预埋于所述试验土体内，所述管片模型表面封装有光纤光栅，所述光纤光栅用于采集所述管片模型的应变信号；
所述若干光纤光栅传感器预埋于所述试验土体内，用于采集所述试验土体的土压力信号和孔隙水压力信号；
所述光纤光栅解调仪与所述管片模型表面封装的光纤光栅和所述若干光纤光栅传感器连接，用于对所述管片模型的应变信号及所述试验土体的土压力信号和孔隙水压力信号进行接收并解调分析，得到所述管片模型的应变数据及所述试验土体的土压力数据和孔隙水压力数据。
2.根据权利要求1所述的基于3D打印的土工离心模型试验装置，其特征在于，所述若干光纤光栅传感器包括若干土压力传感器和若干孔隙水压力传感器；所述若干土压力传感器用于采集所述试验土体的土压力信号，所述若干孔隙水压力传感器用于采集所述试验土体的孔隙水压力信号。
3.根据权利要求2所述的基于3D打印的土工离心模型试验装置，其特征在于，所述土压力传感器包括土压力盒和封装于所述土压力盒内的光纤光栅，所述土压力盒采用聚乳酸材料3D打印而成。
4.根据权利要求2所述的基于3D打印的土工离心模型试验装置，其特征在于，所述孔隙水压力传感器包括孔隙水压力盒和封装于所述孔隙水压力盒内的光纤光栅，所述孔隙水压力盒采用聚乳酸材料3D打印而成，所述孔隙水压力盒侧部设置有气压平衡孔。
5.根据权利要求1所述的基于3D打印的土工离心模型试验装置，其特征在于，所述管片模型采用塑料或金属3D打印而成，所述管片模型分环连接，所述管片模型的厚度和刚度按照实际隧道管片的厚度和刚度进行折减，所述管片模型环间连接处刚度按照实际隧道管片环之间接口刚度进行折减。
6.根据权利要求1所述的基于3D打印的土工离心模型试验装置，其特征在于，所述管片模型为内部中空的圆柱体，所述管片模型的一端为封闭端，另一端为开口端，所述开口端位于所述模型箱侧壁上，所述封闭端位于所述轨道模型左下方、正下方或右下方。
7.根据权利要求1所述的基于3D打印的土工离心模型试验装置，其特征在于，所述轨道模型采用塑料或金属3D打印而成，所述轨道模型各部分刚度、不同部分间的连接刚度按照实际轨道进行折减。
8.根据权利要求1所述的基于3D打印的土工离心模型试验装置，其特征在于，所述轨道模型包括轨道模型轨枕及设置于所述轨道模型轨枕上的轨道模型钢轨和螺栓孔，所述轨道模型钢轨沿所述轨道模型轨枕的长边方向设置。
9.根据权利要求1所述的基于3D打印的土工离心模型试验装置，其特征在于，所述装置还包括：无线传输设备和终端；
所述无线传输设备与所述光纤光栅解调仪连接，用于接收所述管片模型的应变数据及所述试验土体的土压力数据和孔隙水压力数据；
所述终端与所述无线传输设备连接，用于对所述管片模型的应变数据及所述试验土体的土压力数据和孔隙水压力数据进行实时显示和记录。
10.一种如权利要求1～9任一项所述的基于3D打印的土工离心模型试验装置的试验方法，其特征在于，包括：
在所述模型箱中分层填筑试验土体至预设第一高度，同时将所述若干光纤光栅传感器预埋在试验土体预设位置；
将所述管片模型安装在试验土体上表面，继续在所述模型箱中分层填筑试验土体至预设目标高度，同时将所述若干光纤光栅传感器预埋在试验土体预设位置；
将所述轨道模型安装在试验土体上表面，并将封装在所述管片模型表面的光纤光栅及所述若干光纤光栅传感器分别与所述光纤光栅解调仪连接；
通过封装在所述管片模型表面的光纤光栅及所述若干光纤光栅传感器分别采集所述管片模型的应变信号及所述试验土体的土压力信号和孔隙水压力信号；
通过所述光纤光栅解调仪对所述管片模型的应变信号及所述试验土体的土压力信号和孔隙水压力信号进行解调分析，得到所述管片模型的应变数据及所述试验土体的土压力数据和孔隙水压力数据。
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