[发明专利]一种快速测量非饱和土基质吸力和抗剪强度的装置及方法

权利要求书

1.一种快速测量非饱和土基质吸力和抗剪强度的装置，其特征在于：包括离心机舱室1及割线工作台2；加压系统3；水平传力杆5上安装压力传感器6；透气施压盖7；剪切盒9与排水收集盒15连接；滚珠16及滑道17；限位槽13；剪切力施加系统24安装于舱室底部27，剪切力传力杆25上安装剪切力传感器和位移传感器26；离心机舱室封闭装置20。

2.根据权利要求1所述的一种快速测量非饱和土基质吸力和抗剪强度的装置，其特征在于，还包括实验控制系统19，所述的实验控制系统19通过数据传输线18与实验装置连接，包括离心机转速的控制、轴向压力大小和试样加压个数的控制、剪切速率的控制、电磁铁12的控制、离心机舱室封闭装置20的控制、轴向压力、剪切力和剪切位移采集。

3.根据权利要求1所述的一种快速测量非饱和土基质吸力和抗剪强度的装置，其特征在于，所述的加压系统3包括1个压力缸，将压力缸平均分成4个压力室4，通过控制系统19调节螺旋式活塞进入压力室4的长度，压力室4的压力通过水平传力杆5作用于带有透气孔的透气施压盖7，压力传感器6采集到的信号逆向修正实际加压值。

4.根据权利要求1所述的一种快速测量非饱和土基质吸力和抗剪强度的装置，其特征在于，所述的剪切盒分9为上剪切盒10和下剪切盒11两部分，两部分通过电磁铁12进行连接，在实验中的非剪切阶段均需通电连接，剪切阶段开始时自动断电，上剪切盒10通过螺丝23固定于限位槽13，下剪切盒11与剪切力传力杆25接触。

5.根据权利要求1所述的一种快速测量非饱和土基质吸力和抗剪强度的装置，其特征在于，所述的排水收集盒15为一空心圆柱体，圆柱体的顶面带有小孔与试样14直接接触，排水收集盒15与剪切盒9通过螺纹进行连接。

6.根据权利要求1所述的一种快速测量非饱和土基质吸力和抗剪强度的装置，其特征在于，所述的滑道17长于排水收集盒15底面，且滚珠16与滑道17可以紧密接触。

7.根据权利要求1所述的一种快速测量非饱和土基质吸力和抗剪强度的装置，其特征在于，所述的剪切力施加系统24通过计算机设定剪切速率，再经过齿轮转动施加剪切力，通过剪切力传力杆25上的传感器采集剪切力和剪切位移数据。

8.根据权利要求1所述的一种快速测量非饱和土基质吸力和抗剪强度的装置，其特征在于，所述的离心机舱室封闭装置20包括传感器21和电磁自锁装置22，舱室盖闭合后，传感器21传回信号，电磁自锁装置22自动锁定，实验程序可以运行；舱室转速为0r/s时，电磁自锁装置22断电解锁，舱室盖可以打开。

9.一种快速测量非饱和土基质吸力和抗剪强度的方法，采用了权利要求1所述的一种快速测量非饱和土基质吸力和抗剪强度的装置，其特征在于包括如下使用步骤：

步骤一：制备试样

首先根据实验需要获取原状土芯或重塑土料，对于原状土芯实验专用环刀进行取样；对于重塑试样则需要根据实验要求进行配置，重塑试样在剪切盒9内制备；

步骤二：非饱和试样的安装

首先将剪切盒9通电连接，从限位槽13中取出剪切盒9，将原状环刀试样转移至剪切盒9内或采用剪切盒9制备重塑试样，盖上透气施压盖7，再将剪切盒9与排水收集盒15连接，最后将剪切盒9放回限位槽13并用螺丝23固定；

步骤三：基质吸力的测量

使水平传力杆5和透气施压盖7紧密接触，调节剪切力传力杆25与下剪切盒11紧密接触，关闭离心机舱室盖；根据实验需要选择轴向压力大小和加压个数，启动加压系统3，待压力传感器6的信号值稳定后，设定离心机舱室1的转速，根据转速即可计算出基质吸力值；

步骤四：非饱和强度的测量

基质吸力稳定后，离心机舱室1保持原速转动，电磁铁12断电，启动剪切力施加系统24，通过剪切力传感器和位移传感器26采集剪切力和剪切位移数据；

步骤五：非饱和试样含水率的测量

剪切实验结束后，加压系统3的压力调零，降低离心机舱室1的转速到0 r/s，迅速取出试样14，测量试样14的含水率，录入实验控制系统19储存和分析。