[发明专利]大型多功能冻土-结构接触面循环直剪仪及试验操作方法

权利要求书

1.大型多功能冻土-结构接触面循环直剪仪，其特征是伺服电机的输出轴与减速机相接，升降机位于伺服电机的下部，用于调节伺服电机的竖向位置，升降机右侧依次连接拉压力传感器和传力棒，其中传力棒的右侧通过螺栓连接试样盒，手轮下部连接称重传感器，称重传感器通过拉力棒和结构面板相连；滚动膜片气缸上部固定在主支架上部，滚动膜片气缸下部与法向荷载传感器连接，法向荷载传感器下部连接上翼板，上翼板左右两边分别设有A移动支架 ，A移动支架能在竖导轨中实现上下滑动，上翼板下部是调节接触面法向边界的装置，调节接触面法向边界装置的下方是结构面板。

2.根据权利要求1所述的大型多功能冻土-结构接触面循环直剪仪，其特征是试样盒的右侧设置水平位移传感器；试样盒的四个侧面和底面由保温层紧密围绕，在试样盒的侧壁和底面内分布着相互连通的制冷孔，同时试样盒内设置了温度传感器，试样盒利用其下部的滚轮在水平导轨内实现左右运动，在试样盒的左右侧面上部设有挡土板。

3.根据权利要求1所述的大型多功能冻土-结构接触面循环直剪仪，其特征是上翼板下部是调节接触面法向边界的装置，包括调节接触面法向刚度条件的弹簧。

4.根据权利要求1所述的大型多功能冻土-结构接触面循环直剪仪，其特征是结构面板上设有法向位移传感器，结构面板左右与B移动支架相连，B移动支架在竖导轨中实现上下滑动。

5.如权利要求1的大型多功能冻土-结构接触面循环直剪仪试验操作方法，其特征包括如下操作工艺步骤：

一、配置重塑土，将土样在105～110℃温度下烘干8小时，烘干后将土样碾散并通过0.5mm筛，按原土样的含水率配置重塑土，充分搅匀后装入塑料袋内浸润24小时作为重塑土，重塑土的含水率与原土样含水率的误差须控制在±1%以内；将重塑土分3层填入容积200×100×75mm的长方体模具中，并将模具两端面修平，测定重塑土密度，重塑土与原土样密度误差控制在±0.01g/cm³以内；

二、将制备好的重塑土试样放入低温恒温箱中，按试验规划的负温条件恒温养护4小时；

三、把养护好的土样放入铜制土样盒中，并将试样表面修平整；将试验所需粗糙度的钢板用内置螺栓固定在结构面板下部，并用湿布擦拭粗糙面，启动气缸将试验预定的法向边界条件施加在结构面板上；启动制冷装置即低温恒温搅拌反应浴，制冷液开始在试样盒的制冷孔中高速流动对土样实施降温，高精度温度传感器实时记录土样温度并同步反馈给温度自稳调节系统，当土样温度降到设定的数值，温度自稳系统转入保温模式；

四、当接触面温度达到目标温度并稳定后，且30min的长期摆动幅度小于±0.3℃时，启动水平剪切系统按照试验设定的剪切速率，进行单调或循环剪切试验；温度、压力、位移数据的采集频率调节至10次/s；单调剪切时，当应力达到峰值后，1）继续剪切直至应力稳定，2）再增加2％的位移应变值，停止试验；通过采集得到的压力、位移的变化量获得剪切应力                                               与剪切位移的曲线；循环剪切时，将剪切速度调为0.1mm/s，因为剪切幅度为20mm，故一个剪切周期为400s，往复剪切直至试验设定次数，在此过程中数据采集系统实时采集接触面应力应变关系；

五、水平剪切结束后，关闭水平加载系统和竖向加载系统，提升结构面板，取下试样，记录试样接触面破坏后的情况，并分层测定土样含水率，获取土样表层含水率以及深度方向上的水分迁移情况及土体破坏情况，尤其是接触带的厚度。