3.3.1　模型试验原理简介

试验方法是土木工程领域重要的研究手段之一，盾构隧道力学性能试验一般可分为原型试验以及模型试验两大类，原型试验立足工程现场，能够获取一手的、真实的试验数据，但也存在体量大、耗资高、周期长、干扰多等限制因素。模型试验通过对原型的缩尺抽象，可在室内条件实现对隧道主要结构性能的把控与研究，具备针对性强、经济性好等优点。

模型试验是通过缩尺相似的原则对原型结构进行合理抽象，因此把握模型与原型之间的相似关系是重中之重，一般而言，将模型试验结果乘以相似常数即可认为是原型的结果，当模型试验产生误差时，对应到原型上的误差也会根据相似常数放大，因此过高的相似常数会导致模型试验的失真。然而相似常数越小，模型试验的几何尺寸就越接近原型，必然带来对试验场地和设备要求的提高。因此，模型试验相似关系的设计需要合理权衡经济性以及可靠性。

受条件的限制，原型试验不仅需要大量的人力、物力，而且费时、费工、容易出错，但通过模型试验解决问题不仅经济合理、数据可靠，而且便于操作简单快捷，因此，模型试验一直是研究学者首选的试验方案。为了得出与原型试验一致的结论，模型试验在简化过程中必须遵守的相似三定理才能达到预期的效果。

相似三定理给模型试验奠定了理论基础，相似理论的提出，不仅促进相似理论的发展，还可以根据模型试验中各因素对模型试验现象影响的大小，应用相似理论，抓住主要因素，忽略次要因素，进行模型试验，得出近似原型试验结构。

通过相似三定理，可以将原型试验通过几何相似、物理相似、初始条件相似和边界条件相似简化为便于操作、试验数据可靠、技术方案可行的模型试验。原型试验不仅费时、费工，而且实现起来有一定的困难，只要试验目的明确，试验准备充分，就可以通过相似三定理进行科学、合理的简化，得出试验的真实结论。

地铁盾构隧道作为由管片拼装而成的结构，其中的环缝和纵缝接头对于其力学性能的影响较大，如何在模型试验中对接头部位进行合理相似也是难点之一。