1.一种隧洞分步式开挖模拟装置，其特征在于：它包括中空结构的模拟隧洞（1），模拟隧洞（1）内部填充有岩体模拟层；岩体模拟层内埋设有爆破模拟装置，爆破模拟装置包括电磁层（3），电磁层（3）为电磁铁组成的中空圆柱体结构；电磁层（3）与外部的电磁铁强度控制仪连接；岩体模拟层的间隙中填充有膨胀水泥（9），膨胀水泥（9）内部埋设有加热丝（14）；岩体模拟层的间隙内，以及岩体模拟层与模拟隧洞（1）的交界处设置有多个数据收集装置；模拟隧洞（1）外部设置有声波仪；

上述隧洞分步式开挖模拟装置的使用方法的步骤如下：Step1：实地勘测：通过实地勘测确定实际所需开挖隧洞区域的尺寸，按照10:1 15:1的~

比例进行比例缩小，确定模拟隧洞（1）的尺寸；通过实地采集原岩进行组分分析及强度测试，确定所模拟的原岩的强度和组分配比；

Step2：配比岩体模拟块：根据测出的模拟原岩的抗压强度和组分配比，使用水泥、砂、云母片、石膏和水来制作岩体模拟块（2）；通过增加水泥比例，减少砂和云母片的比例来适当降低岩体模拟块（2）的强度，或者减少水泥比例，增加砂和云母片的比例来适当增加岩体模拟块（2）的强度，从而对岩体模拟块（2）的强度进行微调，以尽量贴近实际原岩的强度参数；

Step3：浇筑岩体模拟块：使用制作好的模板，将配比好的模拟岩体配料进行浇筑；浇筑出的岩体模拟块（2）的最长边的长度为模拟隧洞（1）底边宽度的15% 20%；

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Step4：模拟装置制作及监测仪器的布置：首先，制作中空的隧洞模型，在模拟隧洞（1）的边界处涂覆有机胶（8），有机胶（8）表面粘贴多个磁铁；

然后在模拟隧洞（1）内部从下往上层层填充外表面涂覆了有机胶（8）的岩体模拟块（2），来组成岩体模拟层；当填充到一半高度时，埋入多个电磁层（3），电磁层（3）的数量与预计模拟爆破的次数相同；随后继续填充岩体模拟块（2），直至填满模拟隧洞（1）；在填充过程中，每填入一层岩体模拟块（2），就在岩体模拟块之间的缝隙中注入膨胀水泥（9），同时在膨胀水泥（9）内布设加热丝（14）；同时随机在部分岩体模拟块（2）表面粘贴设置数据收集装置；每个电磁层（3）均通过伸出的导线与电磁铁强度控制仪独立连接；模拟隧洞（1）外部放置声波仪；

最后通过加热丝（14）对膨胀水泥（9）进行加热，以模拟岩体内部受到扰动的情况；

Step5：模拟开挖：待模拟装置内部应力稳定后，对隧洞分步式进行模拟开挖；

首先通过电磁铁强度控制仪调节其中一段电磁层（3）的磁性，使其磁性大幅加强，使该段电磁层（3）与它周围最近的设置在模拟隧洞（1）与岩体模拟层边界处的磁铁相互吸引，从而使边界处的磁铁对该段的岩体模拟层施加外力，造成岩体模拟层内部应力变化，促使岩体模拟块（2）以一定速度脱落，从而模拟实际开挖中通过爆破破坏岩体内部应力的过程；每个电磁层（3）可以独立控制，从而可以模拟现实中多次爆破的过程；

逐步将机胶溶解液（10）涂抹在所需开挖部分的岩体模拟层的间隙处，使岩体模拟块（2）表面相互粘黏的有机胶（8）溶解，使该部分岩体模拟块（2）脱落，并将脱落后的岩体模拟块（2）取出，以模拟岩体开挖；

Step6：数据监测及分析：通过压力传感器（15）和多点位移计（17）监测分步开挖过程中各部位的受力、应变及位移，同时可根据岩体模拟块（2）表面粘贴的应变片（16）所测量值计算其所受正应力及切应力；使用声波仪进行岩体声波测试探测岩体模拟块（2）的质量变化；

对数据进行进一步分析，当模拟岩体所受应力根据实际开挖隧洞与模拟隧洞（1）比例按情况扩大后超过实际土体粘结力时，实际施工该处岩土体将会受到影响松动或脱落；当模拟隧洞（1）内某处突然出现较大应力集中或模拟岩块产生明显变形时表示该种开挖方式存在一定风险，可重新确定爆破次数等；同时可根据监测信息绘制出固定位置岩体随开挖产生的蠕变或变形的曲线，以此确定不同开挖方式、开挖速度等对其他部位岩土体的扰动及影响。

2.根据权利要求1所述的隧洞分步式开挖模拟装置，其特征在于：所述岩体模拟层包括多块相互堆叠的岩体模拟块（2）。

3.根据权利要求1所述的隧洞分步式开挖模拟装置，其特征在于：所述爆破模拟装置还包括埋设在模拟隧洞（1）内壁与岩体模拟层的边界处的多个磁铁，磁铁与电磁层（3）磁性相吸。

4.根据权利要求1所述的隧洞分步式开挖模拟装置，其特征在于：所述电磁层（3）有多个，每个电磁层（3）之间不相互接触，每个电磁层（3）独立与电磁铁强度控制仪连接；电磁层（3）外表面包裹有混凝土构成的刚度调节层（6），刚度调节层（6）外包裹有防水布。

5.根据权利要求1所述的隧洞分步式开挖模拟装置，其特征在于：所述数据收集装置包括多点位移计（17），多点位移计（17）一侧粘贴有应变片（16），多点位移计（17）另一侧粘贴有压力传感器（15）；压力传感器（15）、应变片（16）和多点位移计（17）通过防水布包裹成一个数据收集装置；多个数据收集装置粘贴在多个岩体模拟块（2）外表面，一个岩体模拟块（2）表面至多设置一个数据收集装置。

6.根据权利要求2所述的隧洞分步式开挖模拟装置，其特征在于：所述岩体模拟块（2）外表面均涂覆有机胶（8）；岩体模拟层与模拟隧洞（1）的交界处也涂覆有机胶（8）；涂覆了有机胶（8）的岩体模拟块（2）的间隙中填充膨胀水泥（9）。

7.根据权利要求1所述的隧洞分步式开挖模拟装置，其特征在于：所述Step 5中通过控制溶解的范围来模拟施工中水泡后的软化效应及爆破后岩体松动脱落等不同工况下岩体的劣化。

8.根据权利要求1所述的隧洞分步式开挖模拟装置，其特征在于：所述Step 5中通过升高加热丝（14）的温度，使膨胀水泥（9）内部的主要成分钙矾石失水变形，使膨胀水泥（9）失去承载能力，以模拟岩体内部应力受到扰动的情况。