本發(fā)明涉及土樣剪切實驗設(shè)備制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種直剪儀及其土樣剪切方法。

背景技術(shù)：

巖土體在凍融作用下其物理力學(xué)特性將會發(fā)生顯著變化，凍土力學(xué)是目前研究的熱點問題。

在礦山及地下工程建設(shè)中，凍結(jié)法是比較常見的施工方法，凍結(jié)法是指用人工制冷的方法，將待開挖地下空間周圍的土體中的水凍結(jié)為冰并與土體膠結(jié)在一起，形成一個按照設(shè)計輪廓的凍土墻或密閉的凍土體，用以抵抗土壓力，隔絕地下水，并在凍土墻的保護下，進行地下工程施工的一種巖土特殊施工方法，常用于豎井工程。

通過直接剪切試驗，測定土在不同壓力下的抗剪強度，得出土的抗剪強度參數(shù)粘聚力和內(nèi)摩擦角，可以為地下工程施工方法提供科學(xué)依據(jù)。

直剪儀是研究土的物理力學(xué)性質(zhì)常用的儀器，由于其試樣制備以及儀器操作過程比較簡單，而且由其得到的試驗結(jié)果與其它復(fù)雜設(shè)備所得到的結(jié)果基本一致，因此其應(yīng)用更為廣泛。現(xiàn)有直剪儀主要由法向加載機構(gòu)，水平加載機構(gòu)，法向位移計，水平位移計，水平荷載傳感器，剪切盒(由上、下剪切盒組成)等構(gòu)成。通過記錄不同法向壓力下的抗剪強度，計算可得到土的粘聚力和內(nèi)摩擦角等抗剪強度參數(shù)。

但是，現(xiàn)有直剪儀器主要用于常溫土樣的試驗，當(dāng)涉及到凍融循環(huán)試驗時，往往是先將土樣在冷庫中冷卻到目標(biāo)溫度，然后再將土樣移送至剪切盒內(nèi)，由于土樣在冷庫中經(jīng)過凍融循環(huán)至目標(biāo)溫度后，再從冷庫中取出放入直剪儀器的過程會使土樣受到擾動，應(yīng)力狀態(tài)改變，土樣剪切試驗時與凍融后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是不一致的；另外剪切過程中土樣溫度隨環(huán)境溫度變化而發(fā)生變化；再次現(xiàn)有直剪儀器無法對土樣溫度實時監(jiān)測，導(dǎo)致無法掌握剪切時土樣真實的溫度情況；因而如果用現(xiàn)有直剪儀器測定凍土與凍融土剪切力學(xué)參數(shù)是非常不準確的。

因此，在做剪切試驗前和試驗中如何能夠使土樣保持凍融循環(huán)后的受力狀態(tài)，以保證土樣剪切力學(xué)參數(shù)測量結(jié)果的可靠性是目前本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的之一在于提供一種直剪儀，以便在做剪切試驗前和試驗中能夠保持土樣凍融循環(huán)后的受力狀態(tài)，從而保證土樣剪切力學(xué)參數(shù)的可靠性。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種上述直剪儀的土樣剪切方法。

為了達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種直剪儀，包括用于盛放土樣的剪切盒，還包括與所述剪切盒相連，且用于對所述剪切盒中的土樣進行凍結(jié)和解凍的調(diào)溫裝置。

優(yōu)選地，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側(cè)壁內(nèi)均設(shè)置有中空腔體，且所述中空腔體具有入口和出口，所述調(diào)溫裝置為低溫冷浴器，所述低溫冷浴器的出液管與所述中空腔體的入口相連，所述低溫冷浴器的回液管與所述中空腔體的出口相連。

優(yōu)選地，所述出液管和所述回液管上均設(shè)置有用于調(diào)節(jié)管路流量大小的閥門。

優(yōu)選地，所述上剪切盒以及所述下剪切盒中的土樣容納腔均呈圓柱狀，所述中空腔體環(huán)繞所述土樣容納腔的周向設(shè)置。

優(yōu)選地，所述剪切盒的側(cè)壁內(nèi)嵌設(shè)有中空管路，所述中空管路具有入口和出口，所述調(diào)溫裝置為低溫冷浴器，所述低溫冷浴器的出液管與所述中空管路的入口相連，所述低溫冷浴器的回液管與所述中空管路的出口相連。

優(yōu)選地，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側(cè)壁內(nèi)均設(shè)置有中空腔體，所述調(diào)溫裝置為冷媒循環(huán)系統(tǒng)，所述冷媒循環(huán)系統(tǒng)至少包括依次串聯(lián)的壓縮機、四通閥、第一換熱器、節(jié)流閥和第二換熱器，所述第一換熱器或所述第二換熱器嵌入所述中空腔體內(nèi)。

優(yōu)選地，還包括分別用于放置在所述土樣上下兩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還設(shè)置有能夠插入所述土樣內(nèi)部的溫度探頭。

優(yōu)選地，所述溫度探頭設(shè)置在所述上端透水板的中心，用于給所述土樣施加法向載荷的加荷帽與所述上端透水板的上表面接觸，在所述加荷帽與所述上端透水板之間，以及所述加荷帽與所述剪切盒的內(nèi)壁之間均開設(shè)有用于防止所述溫度探頭的導(dǎo)線被壓壞的避線槽。

優(yōu)選地，所述加荷帽與所述上端透水板之間的所述避線槽，開設(shè)在所述加荷帽用于與所述上端透水板相接觸的一面上，所述加荷帽與所述剪切盒的內(nèi)壁之間的所述避線槽，開設(shè)在所述加荷帽用于與所述剪切盒的內(nèi)壁相接觸的一面上。

優(yōu)選地，所述剪切盒由黃銅制成，且所述剪切盒的外表面還包覆有保溫層。

優(yōu)選地，所述上端透水板和所述下端透水板上均設(shè)置有螺紋孔，所述直剪儀還包括方便所述上端透水板以及所述下端透水板在所述剪切盒內(nèi)拆裝的桿件，所述桿件通過自身外表面上的外螺紋可拆卸地與所述螺紋孔連接。

本發(fā)明中所公開的直剪儀的土樣剪切方法，包括凍結(jié)剪切模式，在所述凍結(jié)剪切模式中，依次包括土樣放置工序、土樣固結(jié)工序、土樣冷凍工序以及土樣剪切工序，其中，所述土樣冷凍工序為：設(shè)置土樣的冷凍目標(biāo)溫度，然后控制所述調(diào)溫裝置對所述剪切盒進行降溫冷凍，采集所述土樣內(nèi)的實際溫度并與所述冷凍目標(biāo)溫度比較，當(dāng)所述實際溫度與所述冷凍目標(biāo)溫度相等時，控制所述調(diào)溫裝置持續(xù)工作并使所述土樣在所述冷凍目標(biāo)溫度下維持第一預(yù)定時間后進行所述土樣剪切工序。

優(yōu)選的，還包括凍融剪切模式，在所述凍融剪切模式中，依次包括土樣放置工序、土樣固結(jié)工序、土樣凍融工序以及土樣剪切工序，其中，所述土樣凍融工序為：設(shè)置土樣的冷凍目標(biāo)溫度和解凍目標(biāo)溫度，然后控制所述調(diào)溫裝置對所述剪切盒進行降溫冷凍，采集所述土樣內(nèi)的實際溫度并與所述冷凍目標(biāo)溫度比較，當(dāng)所述實際溫度與所述冷凍目標(biāo)溫度相等時，控制所述調(diào)溫裝置持續(xù)工作并使所述土樣在所述冷凍目標(biāo)溫度下維持第二預(yù)定時間，到達所述二預(yù)定時間后，提高所述調(diào)溫裝置的溫度，使所述土樣升溫解凍，采集所述土樣內(nèi)的實際溫度并與所述解凍目標(biāo)溫度比較，當(dāng)所述實際溫度與所述解凍目標(biāo)溫度相等時，控制所述調(diào)溫裝置持續(xù)工作并使所述土樣在所述解凍目標(biāo)溫度下維持第三預(yù)定時間，到達所述第三預(yù)定時間后進行所述土樣剪切工序。

由以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明中所公開的直剪儀，增設(shè)了與剪切盒相連的調(diào)溫裝置，該調(diào)溫裝置用于對剪切盒中的土樣進行凍結(jié)和解凍，因此在需要對土樣進行凍融循環(huán)時，可以通過調(diào)溫裝置直接在剪切盒內(nèi)對土樣進行凍結(jié)和解凍，解決了現(xiàn)有技術(shù)中必須在冷庫中完成凍融循環(huán)過程的問題，并且由于在凍融過程中無需對土樣進行轉(zhuǎn)移，因此土樣內(nèi)部的狀態(tài)不會受到任何擾動，該直剪儀所測量出的土樣剪切力學(xué)參數(shù)更加準確可靠。

本發(fā)明中所公開的直剪儀的土樣剪切方法，通過控制上述調(diào)溫裝置，使剪切盒內(nèi)的土樣凍結(jié)或者使剪切盒內(nèi)的土樣在凍結(jié)和解凍之間轉(zhuǎn)化，然后再進行土樣剪切，這不僅實現(xiàn)了在剪切盒內(nèi)對土樣進行凍結(jié)和解凍，避免了土樣內(nèi)部的受力狀態(tài)受到擾動，同時還實時監(jiān)測土樣內(nèi)的實際溫度，使土樣在剪切過程中始終保持在目標(biāo)溫度附近，保證土樣剪切力學(xué)參數(shù)的準確性和可靠性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例所公開的直剪儀中調(diào)溫裝置與剪切盒的連接示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例中所公開的直剪儀的部分結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為溫度探頭插入土樣中的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為加荷帽上所開設(shè)的避線槽的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為上剪切盒的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為下剪切盒與儲水盒的配合示意圖；

圖7為上端透水板的主視示意圖；

圖8為上端透水板的切面示意圖；

圖9為桿件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為本發(fā)明一種實施例中所公開的土樣剪切方法的流程示意圖。

附圖中標(biāo)記如下：

1為儲水盒，2為閥門，3為上剪切盒，4為加荷帽，5為土樣，6為法向加載裝置，7為溫度探頭，8為數(shù)據(jù)采集器，9為計算機，10為出液管，11為下剪切盒，12為低溫冷浴器，13為上端透水板，14為下端透水板，15為桿件，16為保溫層，17為中空腔體，18為剪切傳動機構(gòu)，19為水平位移計，20為法向位移計，21為剪切載荷傳感器，22為滾珠，23為土樣容納腔，24為銷孔，25為反力架，41為避線槽，131為透水孔，132為螺紋孔。

具體實施方式

本發(fā)明的目的在于提供一種直剪儀，以便在做剪切試驗前和試驗中能夠保持土樣凍融循環(huán)后的受力狀態(tài)，從而保證土樣剪切力學(xué)參數(shù)的可靠性。

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

請同時參考圖1和圖2，本實施例中所公開的直剪儀，包括法向加載裝置6、水平加載機構(gòu)、法向位移計20、水平位移計19、剪切載荷傳感器21以及剪切盒等構(gòu)成，除此之外，還包括與剪切盒相連，并且用于對剪切盒中的土樣進行凍結(jié)和解凍的調(diào)溫裝置。

上述實施例中所公開的直剪儀，增設(shè)了與剪切盒相連的調(diào)溫裝置，該調(diào)溫裝置用于對剪切盒中的土樣進行凍結(jié)和解凍，因此在需要對土樣進行凍融循環(huán)時，可以通過調(diào)溫裝置直接在剪切盒內(nèi)對土樣進行凍結(jié)和解凍，解決了現(xiàn)有技術(shù)中必須在冷庫中完成凍融循環(huán)過程的問題，并且由于在凍融過程中無需對土樣進行轉(zhuǎn)移，因此土樣內(nèi)部的狀態(tài)不會受到任何擾動，該直剪儀所測量出的土樣剪切力學(xué)參數(shù)更加準確可靠。

通常情況下，剪切盒由上剪切盒3和下剪切盒11構(gòu)成，如圖1和圖2中所示，上剪切盒3與反力架25連接，反力架25用來承受剪切反力，并支撐剪切載荷傳感器21，下剪切盒11與剪切傳動機構(gòu)18連接，在實驗時，首先將上剪切盒3和下剪切盒11對準位置，并在上剪切盒3和下剪切盒11的銷孔24內(nèi)插入定位銷，防止兩者錯動，然后將土樣推入到土樣容納腔23中，土樣兩端分別放置透水板，以便使土樣固結(jié)過程中所產(chǎn)生的水排出至儲水盒1中，在土樣上依次放上加荷帽4、法向加載裝置，安裝法向位移計20以及水平位移計19；先法向加載使土樣固結(jié)，打開調(diào)溫裝置以便進行凍融循環(huán)，待凍融循環(huán)完成后拔除定位銷，然后通過啟動剪切加載機構(gòu)以移動下剪切盒11，上剪切盒3和下剪切盒11錯動實現(xiàn)對土樣的剪切，剪切載荷傳感器21設(shè)置在反力架25上測量剪切力，水平位移計19設(shè)置在下剪切盒11一端，以便測量下剪切盒11的剪切行程，從而得到剪切位移，法向位移計20設(shè)置在加荷帽4的上端，測量剪切過程中土樣的法向變形，通過記錄不同法向壓力下土樣的抗剪強度，可以計算得出土樣的粘聚力以及內(nèi)摩擦角等抗剪強度參數(shù)。

本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的是，調(diào)溫裝置具有多種類型，只要能夠?qū)崿F(xiàn)對土樣的凍結(jié)和解凍即可，并且根據(jù)調(diào)溫裝置類型的不同，調(diào)溫裝置與剪切盒的具體的連接方式也需要進行變化。

如圖1和圖2中所示，本實施例中在上剪切盒3和下剪切盒11的側(cè)壁內(nèi)均開設(shè)了中空腔體17，并且中空腔體17具有入口和出口，調(diào)溫裝置具體選用低溫冷浴器12，并且低溫冷浴器12的出液管10與中空腔體17的入口相連，低溫冷浴器12的回液管與中空腔體17的出口相連。

低溫冷浴器12是目前實驗室中常用的獲取低溫的設(shè)備，由于其已經(jīng)為公知的現(xiàn)有技術(shù)，本文中對低溫冷浴器12的原理不再進行詳細說明，低溫冷浴器12的出液管10中流出的低溫液體將進入到上剪切盒3以及下剪切盒11的中空腔體17中與土樣進行溫度交換，從而實現(xiàn)對土樣的降溫凍結(jié)；而當(dāng)需要對土樣進行解凍時，可以調(diào)高低溫冷浴器12出液管10的出液溫度，從而實現(xiàn)對土樣的解凍，由此可見，通過該種方式可以實現(xiàn)對土樣的凍融循環(huán)操作。

如圖5和圖6中所示，上剪切盒3以及下剪切盒11中的土樣容納腔23均呈圓柱狀，為了能夠?qū)ν翗拥恼Ψ秶鷥?nèi)進行均勻的凍結(jié)和解凍，在本實施例中，上剪切盒3中的中空腔體17環(huán)繞土樣容納腔23的周向設(shè)置，下剪切盒11中的中空腔體17也環(huán)繞土樣容納腔23的周向設(shè)置。

當(dāng)然，上剪切盒3和下剪切盒11中也可不開設(shè)中空腔體17，本實施例中，剪切盒的側(cè)壁內(nèi)嵌設(shè)有中空管路，中空管路也具有入口和出口，調(diào)溫裝置同樣采用低溫冷浴器12，并且低溫冷浴器12的出液管10與中空管路的入口相連，低溫冷浴器12的回液管與中空管路的出口相連。與上一實施例相比，本實施例中采用在剪切盒側(cè)壁內(nèi)嵌設(shè)中空管路的方式實現(xiàn)的冷卻液體在剪切盒內(nèi)部的流動，當(dāng)然，為了達到均勻的凍結(jié)和解凍的效果，在土樣容納腔23為圓形時，中空管路也應(yīng)當(dāng)環(huán)繞土樣容納腔23的周向進行設(shè)置。

能夠理解的是，當(dāng)上剪切盒3和下剪切盒11中開設(shè)中空腔體17后，可以提供較大的安裝空間，這為傳統(tǒng)換熱器的安裝提供了便利，因此在本實施例中，調(diào)溫裝置選用冷媒循環(huán)系統(tǒng)，該冷媒循環(huán)系統(tǒng)至少包括依次串聯(lián)的壓縮機、四通閥、第一換熱器、節(jié)流閥和第二換熱器，第一換熱器或第二換熱器中的一者嵌入到中空腔體17內(nèi)。在需要對土樣進行凍結(jié)時，嵌入到中空腔體17內(nèi)的換熱器作為蒸發(fā)器使用，在需要對土樣進行解凍時，嵌入到中空腔體17內(nèi)的換熱器作為冷凝器使用，這同樣可以達到對土樣進行凍融循環(huán)的目的。

雖然低溫冷浴器12以及冷媒循環(huán)系統(tǒng)中通?？梢燥@示進入到剪切盒內(nèi)的冷媒的溫度，但是該溫度卻不能實時反映土樣內(nèi)部的溫度，為此本實施例中還對直剪儀進行了改進，在本實施例中，上端透水板13或者下端透水板14中至少一個上設(shè)置有溫度探頭7，該溫度探頭7能夠插入到土樣內(nèi)部，一些溫度探頭7自身帶有顯示裝置，可以實時顯示土樣內(nèi)部的溫度，若溫度探頭7本身不帶顯示裝置，還可將溫度探頭7的線路引出后與數(shù)據(jù)采集器8相連，然后將數(shù)據(jù)采集器8與計算機9相連，如圖1和圖2中所示，實際上低溫冷浴器12的出液管10和回液管上均設(shè)置有用于控制流量大小的閥門2，計算機9與閥門2通訊連接，根據(jù)土樣所要達到的目標(biāo)溫度以及土樣的實際內(nèi)部溫度，計算機9可以調(diào)節(jié)閥門2的開度大小，以使土樣內(nèi)部的實際溫度盡可能的接近并維持在目標(biāo)溫度。

通過設(shè)置溫度探頭7，實現(xiàn)了對土樣溫度的實時監(jiān)測，這可以保證土樣剪切的整個過程中土樣溫度始終保持在目標(biāo)溫度，從而使得實驗結(jié)果更加準確可靠。

如圖3中所示，溫度探頭7優(yōu)選的設(shè)置在上端透水板13上，并位于上端透水板13的中心位置，由于溫度探頭7需要有導(dǎo)線引出，因此需要重點對溫度探頭7的導(dǎo)線進行保護，以避免法向加載過程中對溫度探頭7的導(dǎo)線造成破壞，加荷帽4用于給土樣施加法向載荷，為了保護溫度探頭7的導(dǎo)線，在加荷帽4與上端透水板13之間，以及加荷帽4與剪切盒的內(nèi)壁之間均開設(shè)有用于防止所述溫度探頭7的導(dǎo)線被壓壞的避線槽41。

本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的是，由于導(dǎo)線是從加荷帽4與上端透水板13之間穿過，因此該避線槽41可以開設(shè)在加荷帽4上，也可開設(shè)在上端透水板13上，甚至可以同時開設(shè)在加荷帽4和上端透水板13的對應(yīng)位置上；同理，避線槽41可以開設(shè)在加荷帽4上，也可開設(shè)在剪切盒的內(nèi)壁上，甚至可以同時開設(shè)在加荷帽4和剪切盒內(nèi)壁的對應(yīng)位置上。

考慮到設(shè)計和加工的便利性，本實施例中的避線槽41均開設(shè)在加荷帽4上，如圖4中所示，加荷帽4與上端透水板13之間的避線槽41，開設(shè)在加荷帽4用于與上端透水板13相接觸的一面上；加荷帽4與剪切盒的內(nèi)壁之間的避線槽41，開設(shè)在加荷帽4用于與剪切盒的內(nèi)壁相接觸的一面上。

為了達到理想的效果，本實施例中的剪切盒由傳熱效果較好的黃銅材質(zhì)制成，并且為了避免剪切盒與外界進行熱交換，還可以在剪切盒的外表面包覆有保溫層16，保溫層16可以為保溫棉、泡沫層等保溫材質(zhì)。

請參考圖8和圖9，由于上端透水板13和下端透水板14的尺寸與土樣容納腔23內(nèi)的尺寸適配，因此在上端透水板13和下端透水板14放入到土樣容納腔23內(nèi)之后，非常不容易取出，為此本實施例中還對上端透水板13和下端透水板14進行了改進，在上端透水板13和下端透水板14上設(shè)置了螺紋孔132，該螺紋孔132可以是另外開設(shè)，也可以是直接在中心孔位置加工螺紋，然后配套一桿件15，如圖9中所示，該桿件15通過自身外表面上的外螺紋可拆卸的與螺紋孔132連接，通過提拉該桿件15，可以方便的將上端透水板13以及下端透水板14從土樣容納腔23中取出。上述螺紋孔132一方面可以用于桿件15的臨時安裝，另一方面還可用于溫度探頭7的安裝，達到了一孔多用的效果。

除此之外，本發(fā)明實施例中還公開了一種上述直剪儀的土樣剪切方法，該土樣剪切方法中至少包括冷凍剪切模式，具體的，在冷凍剪切模式中，依次包括土樣放置工序、土樣固結(jié)工序、土樣冷凍工序以及土樣剪切工序，其中，所述土樣冷凍工序為：設(shè)置土樣的冷凍目標(biāo)溫度，然后控制調(diào)溫裝置對剪切盒進行降溫冷凍，采集土樣內(nèi)的實際溫度并與冷凍目標(biāo)溫度比較，當(dāng)實際溫度與冷凍目標(biāo)溫度相等時，控制調(diào)溫裝置持續(xù)工作并使土樣在目標(biāo)溫度下維持第一預(yù)定時間后進行所述土樣剪切工序。

以上端透水板上設(shè)置有溫度探頭(溫度傳感器)、加荷帽上設(shè)置有避線槽、溫度探頭連接數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集器連接計算機，調(diào)溫裝置為低溫冷浴器的情況為例來進行說明。

土樣放置工序與傳統(tǒng)土樣放置工序一致，當(dāng)剪切盒由上剪切盒3和下剪切盒11構(gòu)成時，先對準上下剪切盒，然后在上下剪切盒的銷孔內(nèi)24插入定位銷，以保證上下剪切盒之間的穩(wěn)定，在下剪切盒11內(nèi)放入下端透水板14和濾紙，將帶有試樣的環(huán)刀刀刃口向上，對準剪切盒的土樣容納腔23，在土樣上放置濾紙和上端透水板13，然后將土樣小心推入土樣容納腔23內(nèi)，移去環(huán)刀。

然后將溫度探頭7穿過上端透水板13的中心孔并插入到土樣中，溫度探頭7的導(dǎo)線經(jīng)過上端透水板13中心孔以及加荷帽4上的避線槽41引出至剪切盒外，將溫度探頭7與數(shù)據(jù)采集器8連接，數(shù)據(jù)采集器8連接至計算機9，然后設(shè)置參數(shù)(如溫度探頭型號、數(shù)據(jù)采集頻率等)。

土樣固結(jié)工序是通過法向加載裝置對土樣進行法向加載，從而達到固結(jié)的目的。

在土樣冷凍工序中，通過計算機9設(shè)置土樣的冷凍目標(biāo)，并控制調(diào)溫裝置對剪切盒進行降溫冷凍，溫度探頭7實時檢測土樣內(nèi)部的實際溫度，當(dāng)實際溫度與冷凍目標(biāo)溫度相等時，控制調(diào)溫裝置持續(xù)工作并使土樣在目標(biāo)溫度下維持第一預(yù)定時間后進行所述土樣剪切工序。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，第一預(yù)設(shè)時間需要根據(jù)不同的試驗需求進行改變。

土樣剪切工序中拔除定位銷，然后啟動剪切加載機構(gòu)以移動下剪切盒11，上剪切盒3和下剪切盒11錯動實現(xiàn)對土樣的剪切，剪切過程中記錄剪切力，剪切位移，法向位移以及土樣的溫度變化情況，達到剪切行程后，停止剪切，關(guān)閉閥門2以及低溫冷浴器，退去法向壓力和剪切力，取出土樣，吸去儲水盒內(nèi)的積水，清理剪切盒并復(fù)位。

可以看出，本發(fā)明實施例中所公開的直剪儀的土樣剪切方法，通過控制上述調(diào)溫裝置，使剪切盒內(nèi)的土樣凍結(jié)或者使剪切盒內(nèi)的土樣在凍結(jié)和解凍之間轉(zhuǎn)化，然后再進行土樣剪切，這不僅實現(xiàn)了在剪切盒內(nèi)對土樣進行凍結(jié)和解凍，避免了土樣內(nèi)部的受力狀態(tài)受到擾動，同時還實時監(jiān)測土樣內(nèi)的實際溫度，使土樣在剪切過程中始終保持在目標(biāo)溫度下，保證土樣剪切力學(xué)參數(shù)的準確性和可靠性。

為了能夠?qū)崿F(xiàn)凍融循環(huán)下的土樣剪切，上述土樣剪切方法進一步還包括凍融剪切模式，在凍融剪切模式中，依次包括土樣放置工序、土樣固結(jié)工序、土樣凍融工序以及土樣剪切工序，其中，土樣凍融工序為：設(shè)置土樣的冷凍目標(biāo)溫度和解凍目標(biāo)溫度，然后控制調(diào)溫裝置對剪切盒進行降溫冷凍，采集土樣內(nèi)的實際溫度并與冷凍目標(biāo)溫度比較，當(dāng)實際溫度與所述冷凍目標(biāo)溫度相等時，控制調(diào)溫裝置持續(xù)工作并使所述土樣在冷凍目標(biāo)溫度下維持第二預(yù)定時間，到達第二預(yù)定時間后，提高調(diào)溫裝置的溫度，使土樣升溫解凍，采集土樣內(nèi)的實際溫度并與解凍目標(biāo)溫度比較，當(dāng)實際溫度與解凍目標(biāo)溫度相等時，控制調(diào)溫裝置持續(xù)工作并使土樣在所述解凍目標(biāo)溫度下維持第三預(yù)定時間，到達第三預(yù)定時間后進行所述土樣剪切工序。

同樣需要進行說明的是，第二預(yù)定時間以及第三預(yù)定需要根據(jù)不同的試驗需求進行改變，并且根據(jù)試驗要求，凍結(jié)和解凍過程可進行一次或者重復(fù)進行多次，如圖10中所示。

該土樣剪切模式實現(xiàn)了土樣在凍融循環(huán)的情況下進行剪切，獲得了土樣在凍融情況下的剪切參數(shù)。

當(dāng)然，上述直剪儀的土樣剪切方法中還包括常溫剪切模式，常溫剪切模式下不啟用調(diào)溫裝置，因此其剪切模式與傳統(tǒng)直剪儀的常溫剪切模式一致，本文中對此不再進行贅述。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。

對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。