[发明专利]一种控制相对湿度的非饱和土–结构材料接触面剪切仪及试验方法

权利要求书

1.一种控制相对湿度的非饱和土–结构材料接触面剪切仪，包括直剪装置、垂直加荷与位移量测系统(11)、水平加荷与位移量测系统(16)、数据采集和处理模块，其特征在于：

还包括封闭的压力室(3)、湿度环境控制模块；

所述直剪装置位于压力室(3)内，所述垂直加荷与位移量测系统(11)的竖向传压杆和所述水平加荷与位移量测系统(16)的推进杆和传压杆分别通过压力室(3)顶部和侧壁伸入压力室腔体内与直剪装置连接；

所述湿度环境控制模块为闭环控制系统，包括用于控制压力室(3)内腔湿度的湿度控制系统(17)和与该系统配套的温湿度传感器(18)。

2.根据权利要求1所述的控制相对湿度的非饱和土–结构材料接触面剪切仪，其特征在于：所述湿度控制系统(17)为AUTO–RH自动相对湿度控制系统。

3.根据权利要求2所述的控制相对湿度的非饱和土–结构材料接触面剪切仪，其特征在于：

所述温湿度传感器(18)和AUTO–RH自动相对湿度控制系统(17)的气流出口分别从压力室(3)两侧壁伸入压力室内腔。

4.根据权利要求1所述的控制相对湿度的非饱和土–结构材料接触面剪切仪，其特征在于：所述直剪装置的加压上盖(8)设有与湿度控制系统(17)连接的湿润气流接入孔(8.1)；所述加压上盖(8)底部设置有气流扩散凹槽(8.2)，所述气流扩散凹槽(8.2)与所述湿润气流接入孔(4.2)连通；所述湿度环境控制模块的湿润气体分两路，一路直接通入压力室(3)腔体，另一路通过湿润气流接入孔(8.1)直剪装置的传压板(9)通入土样上表面。

5.根据权利要求1所述的控制相对湿度的非饱和土–结构材料接触面剪切仪，其特征在于：所述直剪装置的传压板(9)为金属传压板，且传压板上密布有若干气流扩散孔(9.1)。

6.根据权利要求1所述的控制相对湿度的非饱和土–结构材料接触面剪切仪，其特征在于：所述压力室(3)的左右侧面、上顶面均采用钢板制成，所述压力室(3)的前后侧面采用透明的有机玻璃板。

7.根据权利要求1所述的控制相对湿度的非饱和土–结构材料接触面剪切仪，其特征在于：所述上剪切盒(10)纵向开直径为50mm的通孔、开孔深度为20mm；所述下剪切盒(13)厚度为25mm，纵向开边长为100mm的方孔，开孔深度为20mm。

8.一种如权利要求1所述的控制相对湿度的非饱和土–结构材料接触面剪切仪的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

将结构材料放入下剪切盒中，并在上剪切盒内置入非饱和土样；

在装置平台上安装压力室的侧壁、顶板，形成封闭的压力室；

安装湿度环境控制模块，构成闭环控制系统；

安装垂直加荷与位移量测系统、水平加荷与位移量测系统、数据采集和处理模块；

在目标湿度下加载竖向荷载至试样的变形稳定为止；通过伺服电机，以目标剪切速率，对非饱和土-结构材料接触面剪切，同时量测剪切位移与剪切力，直至目标最大剪切位移；

剪切结束后，取出非饱和土样、结构材料，测质量，烘干后，测含水率；

依次在不同竖向荷载、不同的相对湿度下进行剪切试验，通过计算获得不同相对湿度下非饱和土–结构材料接触面力学性能指标。

9.根据权利要求8所述的控制相对湿度的非饱和土–结构材料接触面剪切仪的试验方法，其特征在于：所述非饱和土样包括非饱和黏土或非饱和砂土，所述非饱和黏土包括原状土样、压实土样、或击实土样，非饱和砂土用落雨法直接制备；所述结构材料包括混凝土板、钢板、砌块、砖、石材、或砂浆试块。剪切仪可测试不同土类与不同结构材料间接触面力学性能。

10.根据权利要求8所述的控制相对湿度的非饱和土–结构材料接触面剪切仪的试验方法，其特征在于：所述上剪切盒的纵向通孔直径为50mm、开孔深度为20mm；所述下剪切盒的纵向开边长为100mm的方孔、开孔深度为20mm；试验时，在上剪切盒中放入将直径50mm、高度15mm的土样，在下剪切盒中放入边长100mm、高度20mm的结构材料。剪切过程中土–结构材料接触面的面积保持不变，所获剪应力更加准确，且避免了剪切过程中的应力集中现象。