溫度‑吸力‑應力耦合多功能直剪單剪測試系統及其操作方法與流程

2023-04-24 10:05:07 6

本發明涉及一種溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統及其操作方法，尤其涉及一種測試溫度-吸力-應力多場耦合條件下土體抗剪強度和固結沉降特性的巖土試驗儀器。

背景技術：

在巖土工程中，土工材料的抗剪性能體現著土工材料抵抗剪切破壞的能力，對工程設計、研究存在著重要的意義。通常，土工材料抗剪性能的研究方法可分為兩類：原位測試和室內試驗研究，前者主要包括靜力觸探、動力觸探、標準貫入試驗和十字板剪切試驗等，能夠較準確地測定工程原位土體的工程力學性能，代表性強，但是原位測試較簡單，多建立在統計經驗和地區性的關係之上，且得到的強度參數值多為平均值，難以表明材料在工程應用中的力學性能變化。

在室內試驗研究中，對土工材料抗剪性能的研究多採用三軸試驗法和直剪試驗法，通過三軸儀和直剪儀等室內試驗設備儘可能地模擬土工材料在實際工程中的應力狀態和破壞模式，確定其應力-應變特性和抗剪性能，三軸試驗法多以壓縮破壞為主，破壞面與最大剪應力相關，為一傾斜面，在一定程度上反映了工程土體的實際破壞形式；直剪試驗法中，由於剪切盒的限制，不能嚴格控制排水條件，試樣內部的應力和應變分布不均勻，且試樣的破壞面限定為上下剪切盒之間的平面，對研究土體的抗剪性能具有較大的局限性。

在實際工程中，路堤、邊坡、地基等土體多處於單剪狀態，而三軸試驗法和直剪試驗法由於試驗設備本身的限制，在試驗過程中難以體現出土體的單剪特性。wroth等人(1991年)指出單剪試驗法是唯一能夠恰當模擬實際工程破壞的試驗，aireydw等人(1987年)通過對比三軸試驗法等到的抗剪強度參數，發現單剪試驗法得到的試驗結果更加接近十字板剪切試驗和反分析結果，其中單剪試驗法主要是採用單剪儀進行試驗研究。

單剪儀主要是通過上、下剪切盒和位於上、下剪切盒之間的單剪疊環組組成，通過在剪切過程中單剪疊環組之間的相互錯動，模擬土工材料所處的單剪環境。通常國內很少有人應用單剪儀進行土工材料力學性能的研究，主要原因：一是單剪機制不夠完善，二是現有的單剪設備難以滿足一些特殊土工材料的試驗要求，三是不能滿足多場耦合試驗研究的需要，四是不能實現單剪試驗過程中剪切波的有效接收，五是試驗效率較低。

技術實現要素：

針對現有技術存在的上述問題，本發明的目的是：提供一種溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統，可滿足多場耦合試驗的需要進行土體的抗剪強度和固結沉降特性的試驗研究，能夠有效地降低長期試驗過程中過水管道內部氣容量對試驗測量產生的誤差，通過設置不同的過水通道有效地控制試驗過程中的排水和吸力條件，並可擴展為多聯結構，有效地提高了試驗研究的效率，同時可有效地降低剪切盒和單剪疊環間摩擦力的影響，以及試樣偏離對試驗準確性的影響。

為實現上述目的，本發明採用如下技術方案：

一種溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統，它包括：控制櫃、直剪單剪儀、擴散氣泡衝刷裝置、溫控裝置和計算機，所述的控制櫃與直剪單剪儀、溫控裝置和計算機相連，直剪單剪儀與擴散氣泡衝刷裝置和溫控裝置相連。利用計算機可對試驗過程及數據採集進行控制，也可採用控制櫃對直剪單剪儀、擴散氣泡衝刷裝置溫控裝置進行手動試驗控制。

作為優選方案，以上所述的溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統，所述的直剪單剪儀包括軸向加載系統、水平向剪切系統、壓力室和支架；

所述的水平向剪切系統和壓力室均安裝在支架上，所述的水平向剪切系統通過第一傳遞杆、第二傳遞杆和第三傳遞杆與壓力室相連通；

所述的軸向加載系統固定在壓力室的頂部，通過軸向加載系統對壓力室內的試樣施加軸向壓力，使試樣處於應力狀態，所述的水平向剪切系統對壓力室內部的試樣進行水平向的剪切控制。

作為優選方案，以上所述的溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統，所述的軸向加載系統包括中心杆、豎向荷重傳感器、氣缸活塞、氣缸、高精度數顯表、數顯表夾具和氣缸架；

所述的氣缸固定於氣缸架的頂部，氣缸內部安裝有氣缸活塞，所述的氣缸活塞、豎向荷重傳感器和中心杆依次相連接；

所述的高精度數顯表固定於數顯表夾具上，所述的數顯表夾具安裝在壓力室的頂部。

作為優選方案，以上所述的溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統，所述的水平向剪切系統包括渦輪蝸杆減速機、第一傳遞杆、第二傳遞杆、第一水平荷重傳感器、底座、第一調節螺杆、第三傳遞杆、第二水平荷重傳感器和第二調節螺杆；

所述的渦輪蝸杆減速機通過第一傳遞杆與下剪切盒的側壁相連接；

所述的底座安裝在支架上，底座的上部和下部分別設置有第一調節螺杆和第二調節螺杆，所述的第一水平荷重傳感器安裝在第一調節螺杆與第二傳遞杆之間，所述的第二水平荷重傳感器安裝在第二調節螺杆與第三傳遞杆之間；

所述的第三傳遞杆、第二水平荷重傳感器和第二調節螺杆與第一傳遞杆處於同一軸線上；

所述的第二傳遞杆和第三傳遞杆分別通過l型連接頭與上剪切盒相連接。

作為優選方案，以上所述的溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統，所述的壓力室包括壓力室上蓋、密封側筒和壓力室底座，所述的密封側筒位於壓力室上蓋和壓力室底座之間；

所述的壓力室底座上設置有軌道；

所述的壓力室上蓋中心位置設置有第一密封座，所述的密封側筒上分別安裝有第二密封座、第三密封座和第四密封座；

所述的中心杆、第一傳遞杆、第二傳遞杆和第三傳遞杆(的中部均設有凸起，所述的中心杆、第一傳遞杆、第二傳遞杆和第三傳遞杆分別穿過第一密封座、第二密封座、第三密封座和第四密封座；所述的中心杆、第一傳遞杆、第二傳遞杆和第三傳遞杆中部的凸起分別與第一密封座、第二密封座、第三密封座和第四密封座之間形成密封空腔，所述的密封空腔通過氣管與壓力室的內部相連通；

中心杆下方的凸起部分與承壓蓋的凹陷部分相接觸。

作為優選方案，以上所述的溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統，所述的第二密封座、第三密封座和第四密封座的工作原理為：所述的密封空腔內部壓力p1與壓力室內部壓力p2相等，由於密封空腔內部壓力p1的作用，可抵消壓力室內部壓力p2對中心杆、第一傳遞杆、第二傳遞杆和第三傳遞杆的作用力，實現試驗過程中豎直方向豎向淨正應力的控制和水平方向淨剪切應力的測量。

作為優選方案，以上所述的溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統，所述的剪切盒包括上剪切盒、下剪切盒和單剪疊環組，所述的下剪切盒放置在軌道的上方，單剪疊環組位於下剪切盒和上剪切盒之間；

在水平剪切方向，下剪切盒、上剪切盒和單剪疊環組三者相互接觸的位置設置有滑道，並在滑道內放置若干鋼珠；

在水平剪切方向，下剪切盒的上部固定有定向球，定向球的球面分別與單剪疊環組和上剪切盒的側面相接觸；

所述的下剪切盒內部從中心到邊界依次安裝有發射彎曲元、矩形陶土板和矩形帶孔透水石，所述的矩形帶孔透水石的上方固定有壓片，所述的矩形陶土板和矩形帶孔透水石的下方分別設置有螺旋形過水通道和容水空腔；所述的螺旋形過水通道與第一通道和第二通道相聯通，所述的容水空腔與第三通道相聯通，所述的第一通道、第二通道和第三通道的端部分別設置有第一高壓球閥、第二高壓球閥和第三高壓球閥。

作為優選方案，以上所述的溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統，所述的試樣位於下剪切盒、上剪切盒和單剪疊環組的內部，試樣的上部依次放置透水石和承壓蓋，所述的試樣表面包裹一層乳膠膜，所述的乳膠膜上端、下端分別固定在上剪切盒、下剪切盒上；

作為優選方案，以上所述的溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統，沿著下剪切盒的運動方向，所述的透水石底部設置有接收彎曲元。

作為優選方案，以上所述的溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統，所述的溫控裝置包括水浴箱、第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、水浴循環銅管和保溫隔熱材料。

作為優選方案，以上所述的溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統，所述的直剪單剪儀可替換為四聯直剪單剪儀或者多聯直剪單剪儀，所述的四聯直剪單剪儀包括第一直剪單剪儀、第二直剪單剪儀、第三直剪單剪儀和第四直剪單剪儀，所述的第一直剪單剪儀、第二直剪單剪儀、第三直剪單剪儀和第四直剪單剪儀相互之間均通過第一蝸杆，聯軸器和第二蝸杆連接。

作為優選方案，以上所述的溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統的操作方法，溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統能夠進行飽和土試驗和非飽和土試驗，主要操作為：

當進行飽和土直剪單剪試驗時，關閉第一高壓球閥和第二高壓球閥即可；

當進行非飽和土直剪單剪試驗時，關閉第二高壓球閥和第三高壓球閥即可。

作為優選方案，以上所述的溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統的操作方法，溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統能夠利用水浴循環銅管內的循環液體對試樣進行溫度控制，保溫隔熱材料作為壓力室與外界的隔熱保溫材料，第一溫度傳感器和第二溫度傳感器分別對壓力室和試樣內的溫度進行監測並反饋，通過反饋得到的溫度值與試驗所需溫度進行對比，控制儀器運行。

作為優選方案，以上所述的溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統的操作方法，溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系能夠有效地進行剪切波的發射和接收，主要操作步驟為：

單剪試驗過程中，計算機或者控制櫃將通過對試驗的剪切速率和下剪切盒的移動位移自行判斷發射彎曲元的位置，當發射彎曲元與第一接收彎曲元在同一條軸線上時，將自動開啟第一接收彎曲元進行剪切波的接收，當發射彎曲元與第二接收彎曲元在同一條軸線上時，將自動開啟第二接收彎曲元進行剪切波的接收，其它依次類推，可根據試驗的需要設定接收彎曲元的個數。

作為優選方案，以上所述的溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統，所述的溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統能夠進行以下試驗操作：

a、常規飽和土體單剪、直剪、循環剪切試驗；

b、常規非飽和土體單剪、直剪、循環剪切試驗；

b、溫度-應力(吸力s＝0)耦合條件下，飽和土的單剪、直剪、循環剪切試驗；

c、溫度-吸力-應力耦合條件下，非飽和土的單剪、直剪、循環剪切試驗；

d、在剪切波的作用下，飽和土溫度-應力(吸力s＝0)耦合單剪、直剪、循環剪切試驗；

e、在剪切波的作用下，非飽和土溫度-吸力-應力耦合單剪、直剪、循環剪切試驗；

f、溫度-吸力-應力耦合條件下，非飽和固結吸溼脫溼試驗，測量土體在不同應力狀態下的土-水特徵曲線；

g、溫度-應力(吸力s＝0)耦合條件下，飽和土固結試驗：分級加載試驗、應變速率不變crs固結試驗、加載速率不變crl固結試驗。

與現有技術對比，本發明的有益效果是：

1、本發明所述的溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統採用特殊結構的軸向加壓中心杆和水平向剪切傳遞杆，有效地抵消了壓力室內部壓力對中心杆和傳遞杆的作用，使得試驗測量得到豎向淨正應力和水平向的淨抗剪強度，提高了法向應力加載和水平向剪切力測量的精確度，同時考慮到試驗測量的精確度問題，可將豎向荷重傳感器和水平荷重傳感器更換為內置荷重傳感器；

2、本發明所述的溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統設置擴散氣泡衝刷裝置，有效地降低了長期試驗過程中通水管道內部氣容量對試驗測量產生的誤差；

3、本發明所述的溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統的上剪切盒和下剪切盒內分別安裝有接收彎曲元和發射彎曲元，在單剪試驗中能夠有效地進行剪切波的發射和接收；

4、本發明所述的溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統的下剪切盒內設置採用陶土板和透水石相結合的方式，並設置不同的過水通道，能夠有效地控制試驗過程中的排水和吸力條件；

5、本發明所述的溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統在剪切盒和單剪疊環之間採用滑道和鋼珠相組合的方式來降低單剪或者直剪過程中摩擦力對試驗精度的影響，並在剪切盒和單剪疊環的側壁設置定向球，避免了單剪和直剪過程中試樣的側向偏移，提高了試驗測量的準確性；

6、本發明所述的溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統能夠擴展為四聯直剪單剪結構或者是多聯結構，並可作為固結試驗設備，能夠在不更換試驗容器的條件下，僅僅通過更換上剪切盒和下剪切盒進行不同規格試樣的直剪試驗和固結試驗，有效地提高試驗研究的效率和試驗設備的利用率，降低了試驗成本。

附圖說明

圖1是本發明所述的溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統的結構示意圖。

圖2是本發明所述的直剪單剪測試系統的結構示意圖。

圖3是本發明所述的直剪單剪測試系統單剪部分的結構剖面圖。

圖4是本發明所述的直剪單剪測試系統直剪部分的結構剖面圖。

圖5是本發明所述的壓力室的正視圖。

圖6是本發明所述的壓力室的俯視圖。

圖7是圖5中所述的壓力室的a-a剖面圖。

圖8是圖6中所述的壓力室的b-b剖面圖。

圖9是圖8中所述的iii-iii剖面圖。

圖10是本發明所述的試樣下剪切盒的結構示意圖。

圖11是本發明所述的單剪鋼環結構示意圖。

圖12是本發明所述的擴散氣泡衝刷裝置的結構示意圖。

圖13是本發明所述的四聯直剪單剪測試系統的俯視圖。

具體實施方式

實施例1

如圖1-13所示，一種溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統，它包括控制櫃1、直剪單剪儀2、擴散氣泡衝刷裝置3、溫控裝置4和計算機5，所述的控制櫃1與直剪單剪儀2、溫控裝置4和計算機5相連，直剪單剪儀2與擴散氣泡衝刷裝置3和溫控裝置4相連。

以上所述的溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統，所述的直剪單剪儀2包括軸向加載系統2-1、水平向剪切系統2-2、壓力室2-3和支架2-4；

所述的水平向剪切系統2-2和壓力室2-3均安裝在支架2-4上，所述的水平向剪切系統2-2通過第一傳遞杆2-6、第二傳遞杆2-17和第三傳遞杆2-22與壓力室2-3相連通；

所述的軸向加載系統2-1固定在壓力室2-3的頂部，通過軸向加載系統2-1對壓力室2-3內的試樣2-25施加軸向壓力，使試樣2-25處於應力狀態，所述的水平向剪切系統2-2對壓力室2-3內部的試樣2-25進行水平向的剪切控制。

以上所述的溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統，所述的軸向加載系統2-1包括中心杆2-9、豎向荷重傳感器2-10、氣缸活塞2-11、氣缸2-12、高精度數顯表2-13、數顯表夾具2-14和氣缸架2-15；

所述的氣缸2-12固定於氣缸架2-15的頂部，氣缸2-12內部安裝有氣缸活塞2-11，所述的氣缸活塞2-11、豎向荷重傳感器2-10和中心杆2-9依次相連接；

所述的高精度數顯表2-13固定於數顯表夾具2-14上，所述的數顯表夾具2-14安裝在壓力室2-3的頂部。

以上所述的溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統，所述的水平向剪切系統2-2包括渦輪蝸杆減速機2-5、第一傳遞杆2-6、第二傳遞杆2-17、第一水平荷重傳感器2-18、底座2-19、第一調節螺杆2-20、第三傳遞杆2-22、第二水平荷重傳感器2-23和第二調節螺杆2-24；

所述的渦輪蝸杆減速機2-5通過第一傳遞杆2-6與下剪切盒2-30的側壁相連接；

所述的底座2-19安裝在支架2-4上，底座2-19的上部和下部分別設置有第一調節螺杆2-20和第二調節螺杆2-24，所述的第一水平荷重傳感器2-18安裝在第一調節螺杆2-20與第二傳遞杆2-17之間，所述的第二水平荷重傳感器2-23安裝在第二調節螺杆2-24與第三傳遞杆2-22之間；

所述的第三傳遞杆2-22、第二水平荷重傳感器2-23和第二調節螺杆2-24與第一傳遞杆2-6處於同一軸線上；

所述的第二傳遞杆2-17和第三傳遞杆2-22分別通過l型連接頭2-47與上剪切盒2-33相連接。

以上所述的溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統，所述的壓力室2-3包括壓力室上蓋2-26、密封側筒2-27和壓力室底座2-28，所述的密封側筒2-27位於壓力室上蓋2-26和壓力室底座2-28之間；

所述的壓力室底座2-28上設置有軌道2-29；

所述的壓力室上蓋2-26中心位置設置有第一密封座2-8，所述的密封側筒2-27上分別安裝有第二密封座2-7、第三密封座2-16和第四密封座2-21；

所述的中心杆2-9、第一傳遞杆2-6、第二傳遞杆2-17和第三傳遞杆2-22的中部均設有凸起2-51，所述的中心杆2-9、第一傳遞杆2-6、第二傳遞杆2-17和第三傳遞杆2-22分別穿過第一密封座2-8、第二密封座2-7、第三密封座2-16和第四密封座2-21；所述的中心杆2-9、第一傳遞杆2-6、第二傳遞杆2-17和第三傳遞杆2-22中部的凸起2-51分別與第一密封座2-8、第二密封座2-7、第三密封座2-16和第四密封座2-21之間形成密封空腔2-52，所述的密封空腔2-52通過氣管2-53與壓力室2-3的內部相連通；

中心杆2-9下方的凸起部分與承壓蓋2-35的凹陷部分相接觸。

以上所述的溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統，所述的第二密封座2-7、第三密封座2-16和第四密封座2-21的工作原理為：所述的密封空腔2-52內部壓力p1與壓力室2-3內部壓力p2相等，由於密封空腔2-52內部壓力p1的作用，可抵消壓力室2-3內部壓力p2對中心杆2-9、第一傳遞杆2-6、第二傳遞杆2-17和第三傳遞杆2-22的作用力，實現試驗過程中豎直方向豎向淨正應力的控制和水平方向淨剪切應力的測量。

以上所述的溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統，所述的剪切盒包括上剪切盒2-33、下剪切盒2-30和單剪疊環組2-32，所述的下剪切盒2-30放置在軌道2-29的上方，單剪疊環組2-32位於下剪切盒2-30和上剪切盒2-33之間；

在水平剪切方向，下剪切盒2-30、上剪切盒2-33和單剪疊環組2-32三者相互接觸的位置設置有滑道2-54，並在滑道2-54內放置若干鋼珠2-31；

在水平剪切方向，下剪切盒2-30的上部固定有定向球2-61，定向球2-61的球面分別與單剪疊環組2-32和上剪切盒2-33的側面相接觸；

所述的下剪切盒2-30內部從中心到邊界依次安裝有發射彎曲元2-55、矩形陶土板2-38和矩形帶孔透水石2-37，所述的矩形帶孔透水石2-37的上方固定有壓片2-62，所述的矩形陶土板2-38和矩形帶孔透水石2-37的下方分別設置有螺旋形過水通道2-39和容水空腔2-40；所述的螺旋形過水通道2-39與第一通道2-42和第二通道2-43相聯通，所述的容水空腔2-40與第三通道2-41相聯通，所述的第一通道2-42、第二通道2-43和第三通道2-41的端部分別設置有第一高壓球閥2-45、第二高壓球閥2-46和第三高壓球閥2-44。

所述的試樣2-25位於下剪切盒2-30、上剪切盒2-33和單剪疊環組2-32的內部，試樣2-25的上部依次放置透水石2-34和承壓蓋2-35，所述的試樣2-25表面包裹一層乳膠膜2-50，所述的乳膠膜2-50上端、下端分別固定在上剪切盒2-33、下剪切盒2-30上；

以上所述的溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統，沿著下剪切盒2-30的運動方向，所述的透水石2-34底部設置有接收彎曲元2-56。

以上所述的溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統，所述的溫控裝置4包括水浴箱、第一溫度傳感器4-1、第二溫度傳感器4-2、水浴循環銅管4-3和保溫隔熱材料4-4。

以上所述的溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統，所述的直剪單剪儀2可替換為四聯直剪單剪儀6或者多聯直剪單剪儀，所述的四聯直剪單剪儀6包括第一直剪單剪儀6-1、第二直剪單剪儀6-2、第三直剪單剪儀6-3和第四直剪單剪儀6-4，所述的第一直剪單剪儀6-1、第二直剪單剪儀6-2、第三直剪單剪儀6-3和第四直剪單剪儀6-4相互之間均通過第一蝸杆6-5，聯軸器6-6和第二蝸杆6-7連接。

所述的擴散氣泡衝刷裝置3可採用南京泰克奧科技有限公司生產的型號為tka-daf-1f的擴散氣泡衝刷裝置，所述的擴散氣泡衝刷裝置3包括底座3-5，安裝在底座3-5上的氣泡收集器3-2和常閉電子閥3-4，氣泡收集器3-2內開設有漏鬥空腔3-1和與漏鬥空腔3-1底部相連的漏鬥細管3-3；所述的氣泡收集器3-2底部設有氣泡收集器進排水口3-6和傳感器接口3-7，傳感器接口3-7連接有精密水壓傳感器3-9；所述的氣泡收集器進排水口3-6與常閉電子閥3-4一端相連，常閉電子閥3-4另一端與壓力室底座2-28的進排水口相連；所述的傳感器接口3-7與排氣泡閥門3-8連接。

實施例2

所述的溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統能夠兼顧進行飽和土試驗和非飽和土試驗，主要操作為：

當進行飽和土直剪單剪試驗時，關閉第一高壓球閥2-45和第二高壓球閥2-46即可；

當進行非飽和土直剪單剪試驗時，關閉第二高壓球閥2-46和第三高壓球閥2-44即可。

實施例3

在試驗過程中，所述的溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統能夠有效地對溫度進行控制，主要操作為：

利用水浴循環銅管4-3內的循環液體對試樣2-25進行溫度控制，所述的保溫隔熱材料4-4作為壓力室2-3與外界的隔熱保溫材料，所述的第一溫度傳感器4-1和第二溫度傳感器4-2分別對壓力室2-3和試樣2-25內的溫度進行監測並反饋，通過反饋得到的溫度值與試驗所需溫度值進行對比，控制試驗過程中的溫度變化。

實施例4

在單剪試驗過程中，所述的溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統能夠有效地進行剪切波的發射和接收，主要操作步驟為：

單剪試驗過程中，計算機5或者控制櫃1將通過對試驗的剪切速率和下剪切盒的移動位移自行判斷發射彎曲元2-55的位置，當發射彎曲元2-55與第一接收彎曲元2-56在同一條軸線上時，儀器將自動開啟第一接收彎曲元2-56進行剪切波的接收，當發射彎曲元2-55與第二接收彎曲元2-57在同一條軸線上時，儀器將自動開啟第二接收彎曲元2-57進行剪切波的接收，依次類推，可根據試驗的需要設定接收彎曲元的個數。

實施例5

所述的溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統能夠能夠進行以下試驗：

a、常規飽和土體單剪、直剪試驗；

b、常規非飽和土體單剪、直剪試驗；

b、溫度-應力(吸力s＝0)耦合條件下，飽和土的單剪、直剪試驗；

c、溫度-吸力-應力耦合條件下，非飽和土的單剪、直剪試驗；

d、在剪切波的作用下，飽和土溫度-應力(吸力s＝0)耦合單剪、直剪試驗；

e、在剪切波的作用下，非飽和土溫度-吸力-應力耦合單剪、直剪試驗；

f、溫度-吸力-應力耦合條件下，非飽和固結吸溼脫溼試驗，測量土-水特徵曲線；

g、溫度-應力(吸力s＝0)耦合條件下，飽和土固結試驗：分級加載、應變速率不變crs固結試驗、加載速率不變crl固結試驗。

實施例6

本發明所述的溫度-吸力-應力耦合多功能直剪單剪測試系統能夠兼顧進行固結試驗，主要操作步驟為：

步驟一：製作試樣，根據《土工試驗方法標準》(gbt50123-1999)和試驗方案製作相應的環刀樣；

步驟二：安裝試樣2-25，在不更換壓力室2-3的條件下，根據環刀樣的尺寸更換相應高度的下剪切盒2-30作為固結試驗用固結容器，將帶有環刀的環刀樣放入相應的下剪切盒2-30，環刀樣的上方依次放置透水石2-34、承壓蓋2-35，並使承壓蓋2-35的凹陷部分與中心杆2-9下方的凸起部分相接觸；

步驟三：儀器設置及試驗控制

(1)當進行溫度-吸力-應力耦合條件下非飽和固結吸溼、脫溼試驗時，關閉第二高壓球閥2-46和第三高壓球閥2-44，儀器其他方面保持正常工作，並對矩形陶土板2-38進行飽和處理；通過計算機5或者控制櫃1對儀器進行試驗控制：

溫度控制：通過第一溫度傳感器4-1、第二溫度傳感器4-2、水浴循環銅管4-3、保溫隔熱材料4-4等溫控結構，根據實施例3對試驗過程中的溫度進行控制；

豎向淨正應力控制：通過軸向加載系統2-1對環刀樣施加試驗所需要的豎向淨正應力；

土-水特徵曲線測試：一定的豎向應力作用下，根據軸平移技術對環刀樣施加基質吸力s1，即壓力室2-3內部施加孔隙氣壓力ua，矩形陶土板2-38下方的螺旋形過水通道2-39內部施加孔隙氣壓力uw，當在該基質吸力s1作用下環刀樣的排水量恆定時，施加下一級基質吸力s2，重複上述操作，直至得出環刀樣的土-水特徵曲線；試驗過程中基質吸力s逐級增大，為環刀樣的脫溼試驗，基質吸力s逐級減小，為環刀樣的吸溼試驗，連續進行吸溼和脫溼試驗，可得到環刀樣的土水特徵曲線的滯回曲線；

(2)當進行溫度-應力(吸力s＝0)耦合條件下，飽和土固結試驗，關閉第一高壓球閥2-45和第二高壓球閥2-46，儀器其他方面保持正常工作；通過計算機5或者控制櫃1對儀器進行試驗控制，根據實施例3對試驗過程中的溫度進行控制；

逐級加載試驗：通過軸向加載系統2-1對環刀樣施加試驗所需要的豎向淨正應力f1，當環刀樣的豎向變形量或者排水量達到試驗要求時，對環刀樣施加下一級豎向淨正應力f2，重複以上操作直至完成該試驗方案；

應變速率不變crs固結試驗：通過軸向加載系統2-1對環刀樣進行連續加載，使得環刀樣在單位時間內的變形量為常數，直至達到試驗所需的最大應變為止；

加載速率不變crl固結試驗：通過軸向加載系統2-1對環刀樣進行加載，保持單位時間內環刀樣的固結應力增長為常數，直至達到試驗所需的最大固結應力為止。

步驟四：完成試驗，拆除試樣，清理儀器。

以上僅為本發明的實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些均屬於本發明的保護範圍。