[发明专利]冻土剪切试验系统及试验方法

权利要求书

1.一种冻土剪切试验系统，其特征在于，包括：

框架结构，所述框架结构的底座上设置有可变滑轨，可变滑轨的间距能够调整；

剪切盒组件，用于容纳冻土试样；所述剪切盒组件包括底板、上剪切盒和下剪切盒，所述底板设置于所述框架结构上，所述下剪切盒设置于底板的顶部，所述上剪切盒位于所述下剪切盒的顶部；所述下剪切盒的第一面板上设置有第一抗扭转板，所述上剪切盒的第三面板上设置有第二抗扭转板，所述第一抗扭转板与下剪切盒的连接处和所述第二抗扭转板与上剪切盒的连接处均为圆形倒角加强架构，且所述第一抗扭转板和所述第二抗扭转板位于异侧，所述第一抗扭转板的顶端与下剪切盒的顶端位于同一水平面上，第二抗扭转板的底端与上剪切盒的底端位于同一水平面上，所述第一抗扭转板的顶部靠近下剪切盒的一端开设有试样槽；

所述下剪切盒的第三面板连接有第一防卡壳装置，所述上剪切盒的第一面板连接有第二防卡壳装置，所述第一防卡壳装置的顶部和所述第二防卡壳装置的底部均沿剪切方向设置有滚动结构，所述第一防卡壳装置的滚动结构设置为高于下剪切盒上表面2-5mm，第二防卡壳结构设置为低于上剪切盒下表面2-5mm；

制样模具，用于预制所述冻土试样，且所述制样模具的尺寸与所述剪切盒组件相适配；

加载装置，包括竖直加载机构和水平加载机构；所述水平加载机构与所述第一抗扭转板接触，所述水平加载机构为所述下剪切盒提供水平加载力；

声波接发装置，设置于所述剪切盒组件上，用于实时获取超声波纵波、横波在冻土试样内的传播速度；

数据采集装置，根据所述传播速度，计算获得所述冻土试样的剪切模量；

控温装置，用于为所述剪切盒组件及冻土试样进行温度控制；

将下剪切盒连接水平加载机构的侧壁称为下剪切盒的第一面板，以下剪切盒的俯视角度为基准，沿顺时针方向旋转，依次为下剪切盒的第二面板、第三面板和第四面板，按照与下剪切盒侧壁同样的命名顺序，将上剪切盒相对应的面板称为上剪切盒的第一面板、第二面板、第三面板和第四面板。

2.根据权利要求1所述的冻土剪切试验系统，其特征在于，

所述下剪切盒和所述上剪切盒间设有导向结构；

盖板，设置于所述上剪切盒的顶部，且所述盖板与所述上剪切盒的侧壁之间留有缝隙，所述盖板的顶部与所述竖直加载机构连接，为所述盖板提供竖直加载力。

3.根据权利要求2所述的冻土剪切试验系统，其特征在于，所述上剪切盒的面板顶部的相交处设置有立柱，所述盖板的拐角处设置有第一防偏心轴承，且所述第一防偏心轴承一一对应从所述立柱穿出。

4.根据权利要求2-3任一项所述的冻土剪切试验系统，其特征在于，所述控温装置包括一级控温结构、二级控温结构和三级控温结构；

所述一级控温结构设置于所述盖板的内部；所述二级控温结构设置于所述底板的内部；所述三级控温结构设置为控温箱，设置于所述剪切盒组件的外周。

5.根据权利要求4所述的冻土剪切试验系统，其特征在于，还包括升降装置，所述升降装置用于将预制冻土试样移动到所述框架结构上。

6.根据权利要求4所述的冻土剪切试验系统，其特征在于，所述上剪切盒的第二面板和下剪切盒的第二面板上均设置有观察透镜；还包括多个摄像装置，所述摄像装置设置于所述控温箱的箱门上且与所述数据采集装置电连接，并且多个所述摄像装置分别与所述观察透镜、剪切带对应设置。

7.根据权利要求2所述的冻土剪切试验系统，其特征在于，所述竖直加载机构与所述框架结构之间设置有防偏心装置。

8.一种冻土剪切试验方法，其特征在于，利用如权利要求1-7任一项所述的冻土剪切试验系统，包括以下步骤：

通过制样模具预制所需尺寸的冻土试样并脱模；

将剪切盒组件套入冻土试样；

将剪切盒组件及冻土试样放置于框架结构上；

在剪切盒组件上安装声波接发装置；通过加载装置对剪切盒组件施加竖向压力至预定值，随后根据试验条件开始剪切试样；

通过声波接发装置实时获取超声波纵波、横波在试样内的传播速度；

通过数据采集装置根据所述传播速度，计算获得所述冻土试样的剪切模量。