1.一种模拟含溶洞地层的盾构滚刀破岩试验装置,其特征在于,包括:
承压箱,用于放置试验用岩石模型,底部设有若干开口以漏出岩石模型;所述承压箱底部连接承压柱,所述承压柱由底座支撑;
滚刀驱动组件,其配置有可重复性回转切割岩石的滚刀并设于所述承压箱上方;
溶洞形成组件,设于所述承压箱下方,包括多自由度运动机构且其执行端设有钻头,所述多自由度运动机构驱动所述钻头通过所述开口可对岩石模型切削出不规则的三维溶洞;
所述多自由度运动机构包括直线伸缩杆和旋转组件,所述直线伸缩杆可带动所述旋转组件竖直运动;
所述旋转组件包括四个依次连接的转轴;其中两个端部转轴的一个连接所述钻头,另一个连接所述直线伸缩杆,均绕竖直轴线旋转;其中两个内部转轴可实现所述钻头在与所述直线伸缩杆垂直的方向能够延伸不同距离;
平面运动机构,带动吸尘组件和所述溶洞形成组件水平运动以及绕所述承压箱的中心旋转;
所述平面运动机构,包括滑块、轨道、控制组件,所述轨道包括内圆轨道和外圆轨道,所述内圆轨道和所述外圆轨道为环绕所述承压柱的闭合回路;所述控制组件控制内滑块和外滑块在所述内圆轨道和所述外圆轨道上滑动,从而带动设置于内滑块和外滑块之间的横杆绕着所述承压柱移动;
所述控制组件能够沿着所述横杆的长度方向移动;所述控制组件通过所述直线伸缩杆与所述旋转组件连接,能够控制所述溶洞形成组件在指定位置实现对溶洞的切削;
所述控制组件下方与伸缩管相连,所述伸缩管下端与滑动管片相通,所述滑动管片下方连接两个圆滑轮,所述圆滑轮能够沿着位于所述内圆轨道和所述外圆轨道之间的滑动轨道滚动,所述滑动管片上方连接联动杆,所述联动杆两端分别连接所述内滑块和所述外滑块,滑动管片、滑动轨道和底座形成圆弧滑动管。
2.根据权利要求1所述的一种模拟含溶洞地层的盾构滚刀破岩试验装置,其特征在于,所述钻头下方设有漏斗。
3.根据权利要求2所述的一种模拟含溶洞地层的盾构滚刀破岩试验装置,其特征在于,所述漏斗上还设有吸尘组件,所述吸尘组件可伸入溶洞内吸取残余粉屑。
4.根据权利要求3所述的一种模拟含溶洞地层的盾构滚刀破岩试验装置,其特征在于,所述吸尘组件包括吸尘口、第二软管、硬管和微控杆,所述吸尘口与所述第二软管相连接,所述第二软管与所述微控杆粘连在一起,所述第二软管通过所述微控杆的带动实现在所述硬管内的伸缩,所述硬管可转动并带动所述第二软管转动;
所述硬管包括上硬管和下硬管,所述下硬管下端穿过所述控制组件与所述伸缩管相连,所述圆弧滑动管的底部与所述底座内的第一软管相连,粉屑经过吸尘口、第二软管、上硬管、伸缩管、圆弧滑动管、第一软管进入集尘箱。
5.根据权利要求1所述的一种模拟含溶洞地层的盾构滚刀破岩试验装置,其特征在于,所述承压箱底部的所述开口配置有挡板。
6.根据权利要求1所述的一种模拟含溶洞地层的盾构滚刀破岩试验装置,其特征在于,还包括计算机终端,用于设计岩石模型需设定溶洞分布位置、形状和数量,并形成相应的溶洞加工步骤。
7.根据权利要求1‑6任一项所述模拟含溶洞地层的盾构滚刀破岩试验装置的工作方法,其特征在于,包括以下步骤:利用计算机终端设计岩石模型要求需设定溶洞分布位置、形状和数量,并计算切削步骤,控制溶洞形成组件切削出设计的不规则三维溶洞;切削过程中产生的粉屑被吸尘组件吸取,切削完成后吸尘组件伸入溶洞内吸取溶洞内的残余粉屑;岩石模型内设计的所有溶洞制作完成后,由滚刀驱动组件控制滚刀对切割有小型溶洞的岩石模型开展重复性试验。