[发明专利]非饱和土蒸发脱湿直剪仪及使用方法

权利要求书

1.非饱和土蒸发脱湿直剪仪，包括：底座(33)，设置在底座(33)上的剪切盒(1)、垂直加载装置(2)、水平加载装置(3)、基质吸力测定装置(4)、促进蒸发脱湿装置(17)，其特征在于，所述剪切盒(1)内放置待测试样(24)，所述基质吸力测定装置(4)设置于待测试样(24)中，所述垂直加载装置(2)设置于剪切盒(1)上方，所述水平加载装置(3)与剪切盒(1)连接，设置于剪切盒(1)的两端，所述促进蒸发脱湿装置(17)与剪切盒(1)连接，所述待测试样(24)上部依次放置多孔有机玻璃板(28)和传压板(25)，所述传压板(25)中间设有连通孔，所述剪切盒(1)包括上剪切盒(6)、下剪切盒(7)和剪切盒顶盖(8)；所述下剪切盒(7)可移动的设置在底座(33)上，所述底座(33)上设有滚珠(35)形成的滚珠导轨(32)，滚珠导轨(32)为并列的两行，下剪切盒(7)设置在滚珠导轨(32)上，所述上剪切盒(6)放置于下剪切盒(7)的上方，上剪切盒(6)与下剪切盒(7)的内腔形状相同且尺寸相等，形成环刀试样，且对应处设有插销孔(27)，叠放对齐后销钉(26)穿过插销孔(27)将上剪切盒(6)与下剪切盒(7)固定连接，所述剪切盒顶盖(8)设置于传压板(25)上方，销钉(26)穿过插销孔(27)将剪切盒顶盖(8)与传压板(25)固定连接，所述剪切盒顶盖(8)与传压板(25)之间设有一定距离，所述促进蒸发脱湿装置(17)包括发热电阻(21)和导热金属板(22)，所述发热电阻(21)和导热金属板(22)依次放入下剪切盒(7)内，良好且均匀接触，所述发热电阻(21)的功率为5W；

所述基质吸力测定装置(4)包括快速反应张力计(15)和数显表(16)，所述快速反应张力计(15)放置在待测试样(24)剪切面的顶部，快速反应张力计(15)探头直径为1CM，所述快速反应张力计(15)上设置有弹簧(23)，所述快速反应张力计(15)内放置有陶土板(31)，所述陶土板(31)与待测试样(24)紧密接触，数显表(16)固定于底座(33)侧方，所述快速反应张力计(15)与数显表(16)通过导线连接；

所述陶土板(31)还能放置在待测试样(24)钻孔后靠近剪切面的位置，钻孔深度最大为1/2待测试样(24)的高度，钻孔直径与快速反应张力计(15)的外侧直径相同。

2.根据权利要求1所述的非饱和土蒸发脱湿直剪仪，其特征在于，所述导热金属板(22)与待测试样(24)底部无缝隙接触。

3.根据权利要求1所述的非饱和土蒸发脱湿直剪仪，其特征在于，所述垂直加载装置(2)包括载荷气缸(9)、压力传感器(10)，所述压力传感器(10)设置于载荷气缸(9)的端部，所述载荷气缸(9)的顶部设有横梁(36)，横梁(36)两端固定有立柱(37)，所述横梁(36)中部设有轴压杆(34)。

4.根据权利要求1所述的非饱和土蒸发脱湿直剪仪，其特征在于，所述水平加载装置(3)包括推进器(11)、量力环(12)、水平位移计(13) 和固定挡板(14)，所述推进器(11)与剪切盒(1)的下剪切盒(7)一侧固定连接，所述量力环(12)与剪切盒(1)的上剪切盒(6)一侧固定连接，水平位移计(13)连接量力环(12)与固定挡板(14)，所述固定挡板(14)与底座(33)固定连接。

5.基于权利要求1-4任一权利要求项所述的非饱和土蒸发脱湿直剪仪的使用方法，其特征在于，所述非饱和土蒸发脱湿直剪仪的操作步骤为：

步骤一：将发热电阻(21)和导热金属板(22)依次放入下剪切盒(7)内，上剪切盒(6)和下剪切盒(7)叠放对齐后通过销钉(26)连接，下剪切盒(7)一侧与水平加载装置(3)的推进器(11)连接，上剪切盒(6)一侧与量力环(12)端部连接；

步骤二：用与剪切盒(1)界面尺寸相同的环刀制取待测试样(24)，待测试样(24)中心根据需要钻取待测试样孔，钻孔深度最大为1/2待测试样高度，钻孔直径与快速反应张力计(15)的外侧直径相同；

步骤三：将环刀内的待测试样(24)置于上剪切盒(6)上，用脱模器将待测试样(24)压入到上剪切盒(6)和下剪切盒(7)内，使待测试样(24)底部与导热金属板(22)无缝隙接触，待测试样(24)上部依次放置多孔有机玻璃板(28)和传压板(25)，将快速反应张力计(15)放入传压板(25)中间的连通孔中，放置弹簧(23)，将剪切盒顶盖(8)放置在传压板(25)上部并用销钉(26)连接紧固，使快速反应张力计(15)底端的陶土板(31) 与待测试样(24)紧密接触，此时数显表(16)会显示读数，所述数显表(16)测量试样基质吸力；

步骤四：缓慢转动水平加载装置(3)的推进器(11)，通过推进杆推动下剪切盒(7)，通过移动副缓慢平行滑动，使水平位移计(13)指针微动时停止，所述水平位移计(13)测量试样的水平剪切位移，将连接上剪切盒(6)与下剪切盒(7)的插销从插销孔(27)中拔出后，使剪切盒(1)内的待测试样(24)处于剪切初始状态，即上剪切盒(6)和下剪切盒(7)处于相对移动的初始状态；

步骤五：将横梁(36)中部的轴压杆(34)对准剪切盒顶盖(8)中心，并调节竖向荷载，传载杆推动剪切盒顶盖(8)向下运动，对待测试样(24)施加预定的垂直压力；

步骤六：打开USB电源开关，调节速率控制器，启动伺服电机，水平推进器带动推进杆，推动下剪切盒(7)水平沿滚珠导轨(32)水平移动，水平位移计(13)测量下剪切盒(7)的水平位移距离，即和待测试样(24)剪切面的水平剪切位移相同；

步骤七：提前对待测试样( 24) 发热电阻作用下的蒸发速率进行标定，标定时将饱和待测试样( 24) 放入剪切盒( 1) 内，按照步骤一至三 的操作，将各部件连接牢固，放到电子天平上确定水分减少量与时间的关系，电子天平分度值为0.01g；

步骤八：试验过程中，通过记录试验时间、水平剪切位移、基质吸力、含水量变化和竖直压力，计算待测试样的抗剪强度。