本裝置針對新建地鐵隧道穿越煤礦塌陷區的特殊性設計，整合相似模擬、非線性力學分析與處治方案驗證功能。可復現塌陷區形成過程、殘余變形規律，模擬“樁基+地下梁+錨桿樁+斜拉錨索”等綜合處治措施的力學響應，為無先例參考的塌陷區地鐵隧道建設提供穩定性分析、方案驗證及數據支撐的專用試驗平臺。

結構組成

1.雙塌陷區模擬試驗臺：鋼結構框架（長6m×寬3m×高4m），內部劃分兩個獨立模擬腔（對應南大槽、北大槽），可調整塌陷區跨度、埋深；底部設可調支撐，保證模型水平，預留處治結構安裝通道。

2.相似材料制備與填充系統：含1.2m3混合罐、自動布料機及分層壓實裝置，按地質參數精準混合巖塊、石膏、粉煤灰等材料，控制每層壓實度（誤差≤2%），模擬覆巖、頂煤及表土層結構。

3.塌陷區形成與變形模擬裝置：

空區模擬模塊：可預設不同尺寸殘留空區（模型內0.1-0.5m），通過液壓抽芯裝置模擬空區頂煤冒落過程。

殘余變形驅動模塊：伺服電機控制的位移加載單元，可按殘余沉降動態預測模型施加緩慢位移（0.01-0.1mm/min），復現長期殘余變形。

4.綜合處治模擬系統：

結構安裝組件：可精準定位安裝模擬樁基（鋼制，直徑5-15cm）、地下梁（鋼制，截面10×15cm）、錨桿樁（鋼索，直徑5-8mm）。

荷載施加單元：門式加載架+伺服千斤頂，為錨桿樁、斜拉錨索提供精準拉力，為樁基施加豎向荷載，模擬處治結構受力狀態。

5.監測與分析系統：

力學監測：埋設20-30個壓力傳感器（精度±0.01MPa）監測圍巖應力，10-15個拉力傳感器監測處治結構受力。

變形監測：布設激光位移傳感器（15-20個）監測地表及隧道沉降，高速攝像機（幀率50fps）記錄頂煤冒落與巖層移動。

數據處理單元：工業計算機+專用軟件，集成突變理論與殘余變形預測模型，自動生成穩定性評價報告與變形曲線。

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