[发明专利]一种多功能冻土循环单剪试验装置及试验方法

权利要求书

1.一种多功能冻土循环单剪试验装置，其特征在于：包括剪切盒系统、反力架系统、制冷温控系统、加载系统、滑移系统和数据监控系统；

剪切盒系统包括剪切盒本体、顶部加载板、固定销和限位挡板；剪切盒本体的中心具有圆柱形的试样容纳腔，用于容纳试样；顶部加载板放置在试样上方的试样容纳腔中；

剪切盒本体包括从上至下依次堆叠设置的上剪切盒、若干个剪切叠环和下剪切组件；上剪切盒与剪切叠环之间、相邻剪切叠环之间以及剪切叠环与下剪切组件之间均为水平滑动连接；

固定销垂向插设在剪切盒本体中，能限制上剪切盒、剪切叠环和下剪切组件间的水平滑动；

限位挡板设置在上剪切盒外侧，能用于限制上剪切盒的水平向平动；

顶部加载板和下剪切组件均开设有蚊香型的液体槽；每个剪切叠环均开设有环形的液体槽；

反力架系统包括反力架；反力架包括底板、顶板和连接底板和顶板的立柱；

制冷温控系统包括恒温循环浴槽和恒温试验箱；

恒温试验箱设置在反力架的底板上，剪切盒系统内置在恒温试验箱中，恒温循环浴槽设置在恒温试验箱外侧；剪切盒系统中的每个液体槽均通过液体输送管和控制阀与恒温循环浴槽相连通；

滑移系统用于将剪切盒本体从恒温试验箱内移入或移出；

加载系统包括安装在反力架上的水平加载组件和竖直加载组件；水平加载组件用于向下剪切组件施加水平加载力；竖直加载组件用于向位于试样容纳腔中的试样施加竖向加载力；

数据监控系统包括计算机、数据采集仪、分别与数据采集仪相连接的水平力传感器、竖直力传感器、水平位移传感器、竖直位移传感器和温度传感器；数据采集仪与计算机相连接；水平力传感器用于监测水平加载组件施加的水平加载力；竖直力传感器用于监测竖直加载组件施加的竖向加载力；水平位移传感器用于监测剪切盒本体的水平位移，竖直位移传感器用于监测冻土的竖向位移，温度传感器用于监测冻土试样的温度；

恒温循环浴槽的数量为三个，分别为第一恒温循环浴槽、第二恒温循环浴槽和第三恒温循环浴槽；第一恒温循环浴槽通过液体输送管与顶部加载板中的蚊香型的液体槽相连通；第二恒温循环浴槽通过液体输送管和控制阀与每个剪切叠环中的环形的液体槽相连通；第三恒温循环浴槽通过液体输送管和控制阀与下剪切组件中的液体槽相连通；

液体槽直径D的计算公式为：

式中：c—比热；P_总功率—降温介质的总功率；△T—温度变化量；ρ_液—降温介质的密度；v—降温介质在流道中的流速；η—机械损失效率，取η＝20～30％。

2.根据权利要求1所述的多功能冻土循环单剪试验装置，其特征在于：限位挡板包括竖板、顶侧板和底侧板；其中，底侧板垂直设置在竖板底部的大面积壁面上，顶侧板垂直设置在竖板顶部的小面积侧壁上；竖板位于剪切盒本体的正前方或正后方，从而不影响剪切盒本体的左右方向的水平运动；底侧板与底座相连接，顶侧板位于上剪切盒的左侧或右侧，且顶侧板与上剪切盒之间通过限位滚动轴承滑动连接。

3.根据权利要求1所述的多功能冻土循环单剪试验装置，其特征在于：下剪切组件为下剪切盒或上表面粗糙的钢板；当为下剪切盒时，下剪切盒的底板内开设有蚊香型的液体槽，下剪切盒的侧壁开设有环形的液体槽；当为上表面粗糙的钢板时，钢板内开设有蚊香型的液体槽。

4.根据权利要求1所述的多功能冻土循环单剪试验装置，其特征在于：液体槽直径D的选择范围为5-10mm。