[发明专利]一种直剪仪及其土样剪切方法

说明书

技术领域

本发明涉及土样剪切实验设备制造技术领域，特别涉及一种直剪仪及其土样剪切方法。

背景技术

岩土体在冻融作用下其物理力学特性将会发生显著变化，冻土力学是目前研究的热点问题。

在矿山及地下工程建设中，冻结法是比较常见的施工方法，冻结法是指用人工制冷的方法，将待开挖地下空间周围的土体中的水冻结为冰并与土体胶结在一起，形成一个按照设计轮廓的冻土墙或密闭的冻土体，用以抵抗土压力，隔绝地下水，并在冻土墙的保护下，进行地下工程施工的一种岩土特殊施工方法，常用于竖井工程。

通过直接剪切试验，测定土在不同压力下的抗剪强度，得出土的抗剪强度参数粘聚力和内摩擦角，可以为地下工程施工方法提供科学依据。

直剪仪是研究土的物理力学性质常用的仪器，由于其试样制备以及仪器操作过程比较简单，而且由其得到的试验结果与其它复杂设备所得到的结果基本一致，因此其应用更为广泛。现有直剪仪主要由法向加载机构，水平加载机构，法向位移计，水平位移计，水平荷载传感器，剪切盒(由上、下剪切盒组成)等构成。通过记录不同法向压力下的抗剪强度，计算可得到土的粘聚力和内摩擦角等抗剪强度参数。

但是，现有直剪仪器主要用于常温土样的试验，当涉及到冻融循环试验时，往往是先将土样在冷库中冷却到目标温度，然后再将土样移送至剪切盒内，由于土样在冷库中经过冻融循环至目标温度后，再从冷库中取出放入直剪仪器的过程会使土样受到扰动，应力状态改变，土样剪切试验时与冻融后的内部结构是不一致的；另外剪切过程中土样温度随环境温度变化而发生变化；再次现有直剪仪器无法对土样温度实时监测，导致无法掌握剪切时土样真实的温度情况；因而如果用现有直剪仪器测定冻土与冻融土剪切力学参数是非常不准确的。

因此，在做剪切试验前和试验中如何能够使土样保持冻融循环后的受力状态，以保证土样剪切力学参数测量结果的可靠性是目前本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种直剪仪，以便在做剪切试验前和试验中能够保持土样冻融循环后的受力状态，从而保证土样剪切力学参数的可靠性。

本发明的另一目的在于提供一种上述直剪仪的土样剪切方法。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种直剪仪，包括用于盛放土样的剪切盒，还包括与所述剪切盒相连，且用于对所述剪切盒中的土样进行冻结和解冻的调温装置。

优选地，所述剪切盒包括上剪切盒和下剪切盒，所述上剪切盒和所述下剪切盒的侧壁内均设置有中空腔体，且所述中空腔体具有入口和出口，所述调温装置为低温冷浴器，所述低温冷浴器的出液管与所述中空腔体的入口相连，所述低温冷浴器的回液管与所述中空腔体的出口相连。

优选地，所述出液管和所述回液管上均设置有用于调节管路流量大小的阀门。

优选地，所述上剪切盒以及所述下剪切盒中的土样容纳腔均呈圆柱状，所述中空腔体环绕所述土样容纳腔的周向设置。

优选地，所述剪切盒的侧壁内嵌设有中空管路，所述中空管路具有入口和出口，所述调温装置为低温冷浴器，所述低温冷浴器的出液管与所述中空管路的入口相连，所述低温冷浴器的回液管与所述中空管路的出口相连。

优选地，所述剪切盒包括上剪切盒和下剪切盒，所述上剪切盒和所述下剪切盒的侧壁内均设置有中空腔体，所述调温装置为冷媒循环系统，所述冷媒循环系统至少包括依次串联的压缩机、四通阀、第一换热器、节流阀和第二换热器，所述第一换热器或所述第二换热器嵌入所述中空腔体内。

优选地，还包括分别用于放置在所述土样上下两端的上端透水板和下端透水板，在所述上端透水板和/或所述下端透水板上还设置有能够插入所述土样内部的温度探头。

优选地，所述温度探头设置在所述上端透水板的中心，用于给所述土样施加法向载荷的加荷帽与所述上端透水板的上表面接触，在所述加荷帽与所述上端透水板之间，以及所述加荷帽与所述剪切盒的内壁之间均开设有用于防止所述温度探头的导线被压坏的避线槽。

优选地，所述加荷帽与所述上端透水板之间的所述避线槽，开设在所述加荷帽用于与所述上端透水板相接触的一面上，所述加荷帽与所述剪切盒的内壁之间的所述避线槽，开设在所述加荷帽用于与所述剪切盒的内壁相接触的一面上。

优选地，所述剪切盒由黄铜制成，且所述剪切盒的外表面还包覆有保温层。