[0001]

[0002] 技术领域

[0003] 本发明属岩土工程和地震工程技术领域， 具体涉及一种大尺寸多功能界面动力 剪切试验仪及试验方法。

[0004]

[0005] 背景技术

[0006] 土工合成材料是以人工合成的聚合物 （如塑料、 化纤、 合成橡胶等） 为原料的 工业制成品， 包括： 土工织物、 土工膜、 GCL （Geosynthetic Clay Liner） 、 土工 复合材料、 土工网、 玻纤网、 土工垫等。 土工合成材料被广泛应用于垃圾填埋 场及低矮建筑物基础底部， 作为衬垫系统， 起到隔离污染物泄漏或防止液体渗 漏的作用。 然而， 土工合成材料接触界面的剪切强度普遍较低， 在地震荷载等 作用下会沿着复合衬垫的界面发生复杂的相对 运动， 目前在对界面动力剪切特 性的理论研究尚不充分， 尤其是实验技术手段方面。 目前可以采取循环直接剪 切法来测试一般土体 （黏土、 粉土、 砂土等） 的动力剪切特性， 直接照搬这种 测试技术方法测试土工合成材料界面的剪切特 性并不合适， 而且传统剪切测试 方法一般采用较小的剪切面尺寸， 大尺寸的土工合成材料界面剪切试验能够更 为全面准确地揭示界面的动力剪切特性； 土工合成材料界面因其接触材料类型 的差异可分为多种类型， 包括： 土工膜 -GCL界面、 土工膜 -黏土界面、 土工膜 - 土工布界面、 土工布 -土工复合排水网界面等， 传统的测试方法不能全面开展各 种类型的界面剪切测试； 此外， 目前的动力剪切试验仪器普遍不能模拟地震作 用下地震波的不规则性， 无法开展复杂动力荷载作用下的土工合成材料 界面动 力剪切试验。 总而言之， 目前尚没有成熟的技术方案与仪器产品用于开 展土工 合成材料界面的动力剪切试验。 缺少试验仪器等硬件设备的支撑， 围绕土工合 成材料界面剪切特性的各项研究工作难以展开 进行， 亟需研制能够实现大尺寸 界面剪切、 多种类型界面剪切、 具备多种动力剪切试验模式的土工合成材料界 面动力剪切试验仪装置。

[0007]

[0008] 发明内容

[0009] 本发明的目的在于， 克服现有技术的不足， 提供一种大尺寸多功能界面动力剪 切试验仪及试验方法， 实现了在复杂动力剪切模式下， 能够开展多种大尺寸界 面 （包括： 土工合成材料界面、 黏土-土工合成材料界面等） 和土体材料的动剪 应力-应变特性的动力剪切试验， 对界面力学、 土工合成材料剪切特性、 环境岩 土工程、 地震工程的研究工作的开展奠定了极好的研究 基础。

[0010] 为了实现上述目标， 本发明提供了如下技术方案：

[0011] 一种大尺寸多功能界面动力剪切试验仪， 包括油源系统、 控制系统、 剪切系统

[0012] 所述剪切系统为整个仪器开展剪切试验的装置 ， 其中设置有竖向和水平两台作 动器；

[0013] 所述油源系统为整个仪器的动力装置， 其与剪切系统连接， 用于向剪切系统中 的两台作动器提供动力；

[0014] 所述控制系统为整个仪器的控制及传感器信号 收集装置， 其分别与剪切系统及 油源系统连接， 用于精确控制和监测仪器的运行状态。

[0015] 具体的， 所述剪切系统包括主机框架， 竖向和水平作动器， 上、 下剪切盒， 试 验辅具； 其中， 主机框架包括底座平台、 底座支脚、 底座裙板、 水平作动器支 座、 竖向框架、 竖向导轨、 顶部平台、 水平导轨、 水平导轨垫块； 竖向和水平 作动器包括竖向作动器、 竖向作动器伸缩杆、 竖向连接扣、 竖向位移传感器、 竖向轴力传感器、 竖向固定盘、 水平作动器、 水平作动器伸缩杆、 水平连接扣 、 水平位移传感器、 水平轴力传感器、 水平固定盘、 平衡支架； 上、 下剪切盒 包括上剪切盒、 上剪切盒竖向滑块、 竖向作动器固定螺孔、 竖向加速度传感器 、 竖向加速度传感器支架、 试验辅具固定孔、 下剪切盒底座、 下剪切盒水平滑 块、 下剪切盒盒底平台、 下剪切盒后支架、 水平作动器固定螺孔、 作动器固定 螺丝、 下剪切盒前支架、 下剪切盒竖向导轨、 下剪切盒侧限框、 下剪切盒侧限 框竖向滑块、 预留槽、 下抓齿板固定螺丝、 弹簧、 弹簧支杆、 弹簧盖帽、 弹簧 固定螺母、 水平加速度传感器、 水平加速度传感器支架； 试验辅具包括上抓齿 板、 上抓齿板固定螺孔、 上侧限框、 上侧限框固定螺孔、 上固定螺栓、 下抓齿 板、 抓土器支架、 抓土勺、 抓土器位移传递杆、 位移传递杆套筒、 套筒支架、 位移传递接头、 位移传感器；

[0016] 若干底座支脚共同焊接在底座平台下部， 若干底座裙板围绕并固定在各个底座 支脚上； 水平作动器支座固定在底座平台上， 水平作动器支座沿其竖向中间位 置开有一个圆形孔洞， 以供水平作动器伸缩杆穿过； 两个竖向框架分别固定在 底座平台正中侧的前后两边部位， 两个竖向框架的内侧浅槽均固定有两条竖向 导轨， 用于连接上剪切盒竖向滑块， 为上剪切盒提供竖向运动的自由度； 顶部 平台位于两个竖向框架的上方并与两个竖向框 架固定在一起， 顶部平台正中位 置开有一个圆孔， 用于穿过竖向作动器伸缩杆； 两个水平导轨固定在底座平台 上并穿过两个竖向框架之间， 用于连接下剪切盒水平滑块， 为下剪切盒提供水 平运动的自由度； 水平导轨垫块固定在水平导轨末端位置上， 以防下剪切盒滑 落；

[0017] 竖向作动器的上端连接竖向位移传感器， 竖向作动器的下端连接竖向作动器伸 缩杆， 竖向作动器伸缩杆和竖向轴力传感器之间通过 竖向连接扣连接， 竖向轴 力传感器固定在竖向固定盘上， 竖向固定盘固定在上剪切盒上， 上剪切盒为 字形箱型构件， 四个上剪切盒竖向滑块分别固定在上剪切盒的 前后两侧翼缘上 ， 四个上剪切盒竖向滑块各自位于一个竖向导轨 中， 使上剪切盒具有竖直自由 度， 并通过竖向作动器伸缩杆的伸缩运行带动上剪 切盒竖向运动； 竖向加速度 传感器支架固定在上剪切盒的右端， 竖向加速度传感器固定在竖向加速度传感 器支架上；

[0018] 同时上剪切盒的每个翼缘上均开设有两个试验 辅具固定孔， 用以固定上抓齿板 或者上侧限框； 上抓齿板下表面刻有尖锐抓齿， 用于咬合固定试验材料， 抓齿 的齿角为 90°， 齿高为 1mm， 齿间距为 2mm， 在上抓齿板的翼板上分别开设有上 抓齿板固定孔， 上抓齿板固定孔与上剪切盒上的试验辅具固定 孔位置吻合， 通 过上固定螺栓可将上抓齿板与上剪切盒固定； 上侧限框尺寸与下剪切盒侧限框 一致， 上侧限框的前后翼板上开侧限框固定孔， 通过上固定螺栓可将上侧限框 与上剪切盒固定， 形成容积不变的上剪切盒空间;

[0019] 平衡支架安装在底座平台上用以支撑水平作动 器， 水平作动器的左端连接水平 位移传感器， 水平作动器的右端连接水平作动器伸缩杆， 水平作动器伸缩杆和 水平轴力传感器之间通过水平连接扣连接， 水平轴力传感器固定在水平固定盘 上， 在下剪切盒后支架左侧开有多个水平作动器固 定螺孔， 通过作动器固定螺 丝将水平固定盘固定在下剪切盒后支架上， 下剪切盒后支架固定在下剪切盒底 座的上表面左侧， 下剪切盒底座的下表面固定六个下剪切盒水平 滑块， 六个下 剪切盒水平滑块分别位于两个水平导轨中， 使下剪切盒在水平方向上具有运动 自由度， 并通过水平作动器伸缩杆的伸缩运动带动下剪 切盒水平运动； 下剪切 盒盒底平台安装在下剪切盒底座上表面的中部 ， 下剪切盒后支架右侧固定有两 根下剪切盒竖向导轨， 下剪切盒底座的上表面右侧固定有两个下剪切 盒前支架 ， 每个下剪切盒前支架的左侧分别固定一根下剪 切盒竖向导轨， 下剪切盒侧限 框的外侧分别固定有四个下剪切盒侧限框竖向 滑块， 每个下剪切盒侧限框竖向 滑块分别位于一根下剪切盒竖向导轨中， 为下剪切盒侧限框提供了竖向自由度 ; 下剪切盒侧限框的右端侧边上设置有水平加速 度传感器支架， 水平加速度传 感器固定在水平加速度传感器支架上；

[0020] 下剪切盒侧限框与下剪切盒盒底平台的尺寸相 适应， 且下剪切盒侧限框恰好能 套在下剪切盒盒底平台上， 形成体积可变的下剪切盒； 下抓齿板表面有尖锐抓 齿， 下抓齿板的尺寸与下剪切盒侧限框相适应， 且下抓齿板能恰好放入下剪切 盒中， 在下剪切盒侧限框左端开有三个螺孔， 用于穿过下抓齿板固定螺丝， 通 过旋紧下抓齿板固定螺丝可将下抓齿板与下剪 切盒侧限框固定；

[0021] 下剪切盒侧限框前后两侧翼板与下剪切盒底座 之间共设置有十二个浮置弹簧组 ， 使得下剪切盒侧限框在不受竖向力时下剪切盒 的体积能保持稳定； 浮置弹簧 组包括若干组配套使用的弹簧、 弹簧支杆、 弹簧盖帽、 弹簧固定螺母； 下剪切 盒侧限框的两侧翼板上预留有穿过弹簧盖帽的 孔洞， 弹簧盖帽通过所述孔洞卡 设在下剪切盒侧限框的翼板上， 弹簧支杆的下端设置在下剪切盒底座上， 弹簧 支杆外套设有弹簧， 弹簧支杆的上端刻有螺纹， 弹簧支杆穿过弹簧盖帽且与弹 簧盖帽不发生接触， 弹簧固定螺母位于弹簧盖帽上方并旋紧在弹簧 支杆上端的 螺纹上， 用于控制弹簧的长短， 弹簧盖帽和弹簧支杆的下端共同夹持弹簧， 使 下剪切盒侧限框处于浮置状态；

[0022] 抓土器支架、 抓土勺、 抓土器位移传递杆、 位移传递杆套筒、 套筒支架、 位移 传递接头、 位移传感器共同组成抓土器， 抓土器为伸入剪切盒内部用于测量试 验土体内部变形的传感器装置， 抓土器支架的一端固定在下剪切盒侧限框右端 的外侧面上， 其另一端为抓手结构， 用于夹持位移传感器， 位移传感器的左端 设置有伸缩杆， 所述伸缩杆通过位移传递接头与位移传递杆连 接， 位移传递杆 套在位移传递杆套筒内， 在下剪切盒侧限框右端设有预留槽， 用于放置位移传 递杆套筒， 同时位移传递杆套筒通过套筒支架固定， 在抓土器支架上； 位移传 递杆的左端连接抓土勺， 抓土勺预先埋置于试验土体内， 在剪切试验过程中跟 随土体变形而移动， 并将测得的土体变形传递给位移传感器；

[0023] 所述油源系统包括油源、 主输油管、 分油器、 分输油管； 所述油源为动力装置 ， 其将液压油通过主输油管输送给分油器， 分油器通过两根分输油管分别和竖 向作动器、 水平作动器连接， 将油源输送的总液压油分别输送给竖向作动器 和 水平作动器；

[0024] 所述控制系统包括控制机、 控制线缆、 传感器线缆、 显示器、 操作键盘鼠标； 控制机由一台工业计算机、 控制信号传输装置以及传感器信号接收装置组 成； 控制机分别连接显示器和键盘鼠标； 控制机通过控制线缆连接并控制油源输出 液压油的压力、 流量， 控制机通过控制线缆连接并控制分油器分流液 压油的压 力、 流量； 控制机通过传感器线缆分别连接垂向位移传感 器、 垂向轴力传感器 、 水平位移传感器、 水平轴力传感器、 竖向加速度传感器、 水平加速度传感器 、 位移传感器， 并实时监测这些传感器测量的物理力学指标； 其中， 竖向作动 器、 水平作动器分别通过安装在各自末端的竖向位 移传感器、 水平位移传感器 实时测量位移数据并传输给控制机； 竖向作动器伸缩杆、 水平作动器伸缩杆分 别通过安装在各自前端的竖向轴力传感器、 水平轴力传感器测量竖向作动器、 水平作动器加载的轴力数据并传输给控制机； 控制机进而对位移和轴力数据进 行处理分析得到控制信号， 并将控制信号传递给油源与分油器， 调整液压油的 压力、 流量指标来精确控制竖向作动器、 水平作动器。 [0025] 本发明中， 所有采用螺丝固定的部件， 与之相对应部件的相应位置均预留有螺 孔。

[0026] 本发明提出的大尺寸多功能界面动力剪切仪， 其工作过程的基本原理为：

[0027] 通过操作键盘鼠标来操控控制机向油源和分油 器发送指令， 控制竖向作动器和 水平作动器的伸缩， 竖向作动器依次通过竖向作动器伸缩杆、 竖向连接扣、 竖 向轴力传感器、 竖向固定盘和上剪切盒相连接， 从而带动整个上剪切盒及其附 件竖向运动， 水平作动器通过水平作动器伸缩杆、 水平连接扣、 水平轴力传感 器、 水平固定盘和下剪切盒相连接， 从而带动整个下剪切盒及其附件水平运动

[0028] 本发明提出的大尺寸多功能界面动力剪切试验 仪开展剪切试验的过程主要分为 三个阶段： 试验准备阶段、 试验进行阶段、 试验结束阶段。

[0029] 试验准备阶段： 首先， 打开本装置各部分的电源， 操作竖向作动器收缩， 使上 剪切盒脱离下剪切盒， 并留有足够空间； 随后， 旋开固定水平固定盘和下剪切 盒后支架的作动器固定螺丝， 使两者脱开， 将下剪切盒沿水平导轨推至底座平 台上的水平导轨垫块一侧， 使下剪切盒上部形成便于人工操作的开放空间 ， 在 下剪切盒内安装开展试验需要的试验辅具与剪 切试验材料； 安装完成后， 将下 剪切盒推回， 用作动器固定螺丝将水平固定盘和下剪切盒后 支架牢固固定， 至 此试验准备阶段结束。

[0030] 试验开展阶段： 首先， 控制竖向作动器与水平作动器的伸缩， 使上、 下剪切盒 互相正对； 继续控制竖向作动器， 使上剪切盒沿竖向导轨向下运动， 继而使上 、 下剪切盒夹持的试验材料发生接触， 刚发生接触的瞬间接触面上的竖向接触 力为零； 随后， 继续控制竖向作动器， 使竖向接触力持续增大， 可精确控制竖 向力变化的速率， 直至施加的竖向力达到试验需要的荷载水平， 竖向力的大小 由竖向轴力传感器测得并传递给控制机， 上剪切盒的竖向位移由竖向位移传感 器测得并传递给控制机； 待竖向荷载达到设定水平后， 改变水平作动器的伸缩 状态， 使下剪切盒沿着水平导轨水平运动， 与上剪切盒在水平方向上产生相对 位移， 相对位移产生时试验材料也同时产生剪切， 控制水平作动器的伸缩速率 和运动模式就是控制了剪切试验材料的剪切速 率和剪切模式， 剪切过程中水平 作动器施加的水平力等于试验材料、 试验界面上发生的剪切力， 水平力的大小 由水平轴力传感器测得并传递给控制机， 下剪切盒在水平方向的位移情况由水 平位移传感器测得并传递给控制机， 上剪切盒、 下剪切盒在动力剪切过程的加 速度数据由竖向加速度传感器和水平加速度传 感器测得， 并通过传感器线缆传 递给控制机； 事先设定下剪切盒的水平加载模式， 例如但不限于： 正弦波运动 （设定振幅、 频率） 、 三角波 （设定振幅、 频率） 、 文件波 （设定地震位移时 程数据） 等， 按照这些设定好的水平加载模式开展动力剪切 试验， 当设定的加 载模式进行结束后， 动力剪切试验结束。

[0031] 试验结束阶段： 首先， 通过操作控制机控制竖向作动器减小其竖向力 ， 直至竖 向力为零， 此时可认为试验材料不受力、 试验界面不接触， 随后控制竖向作动 器缩短其竖向作动器伸缩杆， 使上剪切盒抬高到合适位置， 旋开作动器固定螺 丝， 使水平固定盘和下剪切盒后支架脱开， 将下剪切盒沿水平导轨推至底座平 台上的水平导轨垫块一侧， 将下剪切盒内安装的剪切试验材料与试验辅具 逐一 卸除、 取出， 并打扫下剪切盒的清洁； 随后将下剪切盒沿水平导轨退回与上剪 切盒正对的位置， 调整竖向作动器的伸缩状态， 使上剪切盒在竖向处于比较合 适的安全位置， 最后关闭电源。

[0032] 本发明提出的大尺寸多功能界面动力剪切试验 仪， 可以通过精确控制竖向作动 器、 水平作动器的运动速率及输出轴力大小， 可使上、 下剪切盒之间产生多种 模式的相对运动， 以开展多种类型、 多种模式的动力剪切试验。

[0033] 本发明提出的大尺寸多功能界面动力剪切试验 仪， 可以通过对试验辅具的调整 开展多种界面剪切试验， 包括但不限于土工合成材料界面静动力剪切试 验、 或 黏土-土工合成材料界面静动力剪切试验、 或土体静动力剪切试验。

[0034] 本发明的有益效果：

[0035] 本发明提出的大尺寸多功能界面动力剪切试验 仪的最大优点是实现了在复杂动 力剪切模式下， 能够开展多种大尺寸界面 （包括： 土工合成材料界面、 黏土-土 工合成材料界面等） 和土体材料的动剪应力-应变特性的动力剪切� �验， 本发明 仪器对界面力学、 土工合成材料剪切特性、 环境岩土工程、 地震工程的研究工 作的开展奠定了极好的研究基础。 [0036]

[0037] 附图说明

[0038] 图 1为本发明的整体示意图。

[0039] 图 2为本发明的各组件联系示意图。

[0040] 图 3为本发明的剪切系统示意图。

[0041] 图 4为本发明的剪切系统正视图。

[0042] 图 5为本发明的剪切系统左视图。

[0043] 图 6为本发明的剪切系统右视图。

[0044] 图 7为本发明的剪切系统俯视图。

[0045] 图 8为本发明的剪切系统框架示意图。

[0046] 图 9为本发明的剪切系统框架的组件拆解示意图� �

[0047] 图 10为本发明的作动器及上下剪切盒示意图。

[0048] 图 11为本发明的上剪切盒示意图。

[0049] 图 12为本发明的下剪切盒示意图。

[0050] 图 13为本发明的下剪切盒后视示意图。

[0051] 图 14为本发明的下剪切盒下视示意图。

[0052] 图 15为本发明的下剪切盒组件拆解示意图。

[0053] 图 16为本发明的浮置弹簧组示意图。

[0054] 图 17为本发明的加速度传感器示意图。

[0055] 图 18为本发明开展“土工合成材料”界面剪切测� ��的剪切装置示意图。

[0056] 图 19为本发明开展“土工合成材料”界面剪切测� ��的界面构成正视图。

[0057] 图 20为本发明上下剪切板的示意图。

[0058] 图 21为本发明开展“土工合成材料 -土”界面剪切测试的剪切装置示意图。

[0059] 图 22为本发明开展“土工合成材料 -土”界面剪切测试的界面构成正视图。

[0060] 图 23为本发明的抓土器传感器装置示意图。

[0061] 图 24为本发明开展土体直接剪切测试的剪切装置� ��意图。

[0062] 图 25为本发明开展土体直接剪切测试的剪切盒正� ��图。

[0063] 图 26为本发明的上侧限框示意图。 [0064] 图中标号： 1为油源， 2为主输油管， 3为分油器， 4为分输油管， 5为控制机， 6 为控制线缆， 7为传感器线缆， 8为显示器， 9为键盘鼠标， 10为底座平台， 11为 底座支脚， 12为底座裙板， 13为水平作动器支座， 14为竖向框架， 15为竖向导 轨， 16为顶部平台， 17为水平导轨， 18为水平导轨垫块， 19为竖向作动器， 20 为竖向作动器伸缩杆， 21为竖向连接扣， 22为竖向位移传感器， 23为竖向轴力 传感器， 24为竖向固定盘， 25为水平作动器， 26为水平作动器伸缩杆， 27为水 平连接扣， 28为水平位移传感器， 29为水平轴力传感器， 30为水平固定盘， 31 为平衡支架， 32为上剪切盒， 33为上剪切盒竖向滑块， 34为竖向作动器固定螺 孔， 35为竖向加速度传感器， 36为竖向加速度传感器支架， 37为试验辅具固定 螺孔， 38为下剪切盒底座， 39为下剪切盒水平滑块， 40为下剪切盒盒底平台， 4 1为下剪切盒后支架， 42为水平作动器固定螺孔， 43为作动器固定螺丝， 44为下 剪切盒前支架， 45为下剪切盒竖向导轨， 46为下剪切盒侧限框， 47为下剪切盒 侧限框竖向滑块， 48为预留槽， 49为下抓齿板固定螺丝， 50为弹簧， 51为弹簧 支杆， 52为弹簧盖帽， 53为弹簧固定螺母， 54为水平加速度传感器， 55为水平 加速度传感器支架， 56为上抓齿板， 57为上抓齿板固定孔， 58为上侧限框， 59 为上侧限框固定孔， 60为上固定螺栓， 61为下抓齿板， 62为抓土器支架， 63为 抓土勺， 64为位移传递杆， 65为位移传递杆套筒， 66为套筒支架， 67为位移传 递接头， 68为位移传感器， 69为土工膜试样， 70为 GCL试样， 71为黏土试样。

[0065]

[0066] 具体实施方式

[0067] 下面将结合具体实施例及其附图对本发明提供 的大尺寸多功能界面动力剪切试 验仪及试验方法的技术方案作进一步说明。 结合以下说明， 本发明的优点和特 征将更加清晰。

[0068] 需要说明的是， 本发明的实施例有较佳的实施性， 并非是对本发明任何形式的 限定。 本发明实施例中描述的技术特征或技术特征的 组合不应当被认为是孤立 的， 它们可以被互相组合从而达到更好的技术效果 。 本发明优选实施方式的范 围也可以包括另外的现实， 且这应被本发明实施例所属技术领域的技术人 员所 理解。 [0069] 对于相关领域普通技术人员已知的技术、 方法和设备可能不作详细介绍， 但在 适当情况下， 所述技术、 方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。 在这里 示出和讨论的所有示例中， 任何具体值应被解释为仅仅是示例性的， 而不是作 为限定。 因此， 示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

[0070] 本发明的附图均采用非常简化的形式且均使用 非精确的比例， 仅用以方便、 明 晰地辅助说明本发明实施例的目的， 并非是限定本发明可实施的限定条件。 任 何结构的修饰、 比例关系的改变或大小的调整， 在不影响本发明所能产生的效 果及所能达成的目的下， 均应落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的 范围内 。 且本发明各附图中所出现的相同标号代表相同 的特征或者部件， 可应用于不 同的实施例中。

[0071] 如图 1至图 26所示， 本发明提供一种大尺寸多功能界面动力剪切试 验仪， 包括 油源系统、 控制系统、 剪切系统。

[0072] 油源系统包括： 油源 1、 主输油管 2、 分油器 3、 分输油管 4。

[0073] 油源 1为动力装置， 通过油源 1内部的高压油泵和大型储油箱， 将高压液压油通 过主输油管 2输送给分油器 3 , 控制机 5通过控制线缆 6控制油源输出液压油的压 力、 流量； 分油器 3通过主输油管 2连接油源 1， 通过两根分输油管 4分别和竖向 作动器 19、 水平作动器 25连接， 分油器 3将油源 1输送的总液压油分开， 并分别 输送给两台作动器， 控制机 5通过控制线缆 6控制分油器 3的运行与分流液压油的 压力、 流量。

[0074] 控制系统包括： 控制机 5、 控制线缆 6、 传感器线缆 7、 显示器 8、 键盘鼠标 9。

[0075] 显示器 8为仪器控制界面的显示装置， 键盘鼠标 9为控制信号的输入工具， 对仪 器的主要操作均可由键盘鼠标 9操作完成， 显示器 8和键盘鼠标 9连接控制机 5 ; 控制机 5是集成控制与监测等功能的综合控制中心， 由一台工业计算机、 控制信 号传输装置以及传感器信号接收装置组成， 控制整个仪器的运行与信号采集， 控制机 5通过控制线缆 6连接油源 1、 分油器 3 , 分别控制油源 1输出总流液压油的 压力、 流量， 以及分油器 3输出的分流液压油的压力、 流量； 控制机 5通过传感 器线缆 7分别连接： 垂向位移传感器 22、 垂向轴力传感器 23、 水平位移传感器 28 、 水平轴力传感器 29、 竖向加速度传感器 35、 水平加速度传感器 54、 位移传感 器 68 , 在试验过程中实时获取这些传感器监测到的物 理力学指标。

[0076] 剪切系统是本发明提出装置的主体系统， 包括四个部分， 分别为： 主机框架、 竖向和水平作动器、 上下剪切盒、 试验辅具。

[0077] 主机框架包括： 底座平台 10、 底座支脚 11、 底座裙板 12、 水平作动器支座 13、 竖向框架 14、 竖向导轨 15、 顶部平台 16、 水平导轨 17、 水平导轨垫块 18。

[0078] 底座平台 10为钢制长方形平台， 八根底座支脚 11共同焊接在底座平台 10下部， 起支撑作用， 八块底座裙板 12通过螺丝围绕固定在底座支脚 11上； 水平作动器 支架 13为“L”型钢制构件， 其上焊有三角形钢制肋板， 竖向中间位置开有一个圆 孔， 供水平作动器伸缩杆 26穿过， 水平作动器支架 13通过多枚高强螺丝固定在 底座平台 10上； 两个竖向框架 14为框型钢制构件， 采用多枚螺丝固定在底座平 台 10正中侧边部位， 竖向框架 14靠内一侧开有两条竖向浅槽， 用于固定两条竖 向导轨 15 , 竖向导轨 15为高精度导轨， 采用螺丝固定在竖向框架 14的预留浅槽 中部， 竖向导轨 15用于连接上剪切盒竖向滑块 33， 为上剪切盒提供竖向运动的 自由度； 顶部平台 16为方形钢制构件， 正中位置开有一个圆孔， 用于穿过竖向 作动器伸缩杆 20, 顶部平台 16用多枚螺丝与两个竖向框架 14固定在一起； 水平 导轨 17与竖向导轨 15规格相同， 采用螺丝固定在底座平台 10上， 用于连接下剪 切盒水平滑块 39 , 为下剪切盒提供水平运动的自由度； 水平导轨垫块 18为钢制 构件， 用螺丝固定在底座平台 10上， 位于水平导轨 17的末端位置， 用于限制下 剪切盒的滑动， 以防下剪切盒从底座平台 10滑落；

[0079] 所有采用螺丝固定的部件， 其对应部件的相应位置均预留有螺孔； 上述构件共 同构成主机框架， 如图 3~9所示；

[0080] 竖向和水平作动器体系包括： 竖向作动器 19、 竖向作动器伸缩杆 20、 竖向连接 扣 21、 竖向位移传感器 22、 竖向轴力传感器 23、 竖向固定盘 24、 水平作动器 25 、 水平作动器伸缩杆 26、 水平连接扣 27、 水平位移传感器 28、 水平轴力传感器 2 9、 水平固定盘 30、 平衡支架 31 ;

[0081] 竖向作动器 19下端的竖向作动器伸缩杆 20在液压油压力、 流量的变化下可以伸 缩， 竖向连接扣 21为刚性连接构件， 连接竖向作动器伸缩杆 20与竖向轴力传感 器 23 , 竖向固定盘 24为圆盘形钢制构件， 竖向轴力传感器 23用螺丝牢固固定在 竖向固定盘 24上， 竖向固定盘 24用螺丝牢固固定在上剪切盒 32上； 竖向作动器 1 9、 竖向作动器伸缩杆 20、 竖向连接扣 21、 竖向轴力传感器 23、 竖向固定盘 24和 上剪切盒 32连成一个整体， 竖向作动器 19的伸缩运动可带动上剪切盒 32沿着竖 向导轨 15的方向发生相同的竖向运动；

[0082] 水平作动器 25前端的水平作动器伸缩杆 26在液压油压力、 流量的变化下可以伸 缩， 水平连接扣 27在水平作动器伸缩杆 26和水平轴力传感器 29之间起连接作用 ， 水平轴力传感器 29用螺丝牢固固定在水平固定盘 30上， 水平固定盘 30用螺丝 固定在下剪切盒后支架 41上， 平衡支架 31为钢制“工”字形构件， 放置在底座平台 10上， 同时位于水平作动器 25中部下方， 用于支撑水平作动器 25 , 使之不发生 倾斜； 水平作动器 25、 水平作动器伸缩杆 26、 水平连接扣 27、 水平轴力传感器 2 9、 水平固定盘 30、 平衡支架 31连成一个整体， 水平作动器 25的伸缩运动可以带 动下剪切盒沿着水平导轨 17的方向发生相同的水平运动；

[0083] 竖向作动器 19与水平作动器 25为两台规格相近的油压作动器， 分别通过分输油 管 4与分油器 3连接， 通过安装在作动器末端的竖向位移传感器 22、 水平位移传 感器 28实时监测两台作动器加载的位移数据并传输� ��控制机 5 , 控制机 5进而对 位移数据进行分析与处理， 将控制信号传递给油源 1与分油器 3 , 通过控制液压 油压力、 流量来控制竖向作动器 19与水平作动器 25的伸缩， 从而精确控制上剪 切盒 32和下剪切盒的运动状态； 安装在竖向作动器伸缩杆 20和水平作动器伸缩 杆 26前端的竖向轴力传感器 23和水平轴力传感器 29的目的是： 监测两台作动器 加载的轴力数据并传输给控制机 5 , 控制机 5进而对轴力数据进行分析与处理， 将控制信号传递给油源 1与分油器 3 , 通过控制液压油的压力、 流量来控制竖向 作动器 19与水平作动器 25输出的轴力大小；

[0084] 竖向作动器 19、 水平作动器 25均用高强螺丝安装在主机框架体系上， 竖向作动 器 19安装在顶部平台 16上， 水平作动器 25安装在水平作动器支座 13上， 两台作 动器在空间布局上互相垂直， 分别只能沿着正交方向直线运动；

[0085] 所有采用螺丝固定的部件， 与之相对应部件的相应位置均预留有螺孔； 上述构 件共同构成了剪切系统的竖向和水平作动器， 参见图 3~7、 10;

[0086] 上下剪切盒包括： 上剪切盒 32、 上剪切盒竖向滑块 33、 竖向作动器固定螺孔 34 、 竖向加速度传感器 35、 竖向加速度传感器支架 36、 试验辅具固定孔 37、 下剪 切盒底座 38、 下剪切盒水平滑块 39、 下剪切盒盒底平台 40、 下剪切盒后支架 41 、 水平作动器固定螺孔 42、 作动器固定螺丝 43、 下剪切盒前支架 44、 下剪切盒 竖向导轨 45、 下剪切盒侧限框 46、 下剪切盒侧限框竖向滑块 47、 预留槽 48、 下 抓齿板固定螺丝 49、 弹簧 50、 弹簧支杆 51、 弹簧盖帽 52、 弹簧固定螺母 53、 水 平加速度传感器 54、 水平加速度传感器支架 55。

[0087] 上剪切盒 32为 字形箱型钢制构件， 四个上剪切盒竖向滑块 33用螺丝牢固固 定在上剪切盒 32两侧的“C”形翼缘上， 四个上剪切盒竖向滑块 33分别连接四根竖 向导轨 15 , 从而实现上剪切盒 32在竖直方向的运动自由度； 在上剪切盒 32侧边 的四个“C”形翼缘的下缘各开有两个试验辅� �固定孔 37 , 用于穿过上固定螺栓 60 进而来固定上抓齿板 56或者上侧限框 58等试验辅具； 在上剪切盒 32上表面正中 有圆形分布的竖向作动器固定螺孔 34, 用于固定竖向固定盘 24, 从而使上剪切 盒 32与竖向作动器 19连成一个整体； 竖向加速度传感器支架 36为“L”形钢制构件 ， 通过螺丝将竖向加速度传感器支架 36固定在上剪切盒 32的右端， 竖向加速度 传感器 35通过螺栓固定在竖向加速度传感器支架 36上， 并使其测量方向与上剪 切盒 32的竖向运动方向一致；

[0088] 下剪切盒底座 38为钢制平板， 其下表面固定六个下剪切盒水平滑块 39 , 下剪切 盒水平滑块 39连接水平导轨 17 , 从而实现整个下剪切盒在水平方向上的运动自 由度； 下剪切盒盒底平台 40为长方体箱型钢制构件， 牢固焊接在下剪切盒底座 3 8中部； 下剪切盒后支架 41为钢制构件， 用螺丝固定在下剪切盒底座 38左端， 在 下剪切盒后支架 41左部开有多个水平作动器固定螺孔 42, 通过作动器固定螺丝 4 3将水平固定盘 30固定在下剪切盒后支架 41上， 下剪切盒后支架 41右部两侧分别 用螺丝固定两根下剪切盒竖向导轨 45 ; 两个下剪切盒前支架 44为三角形钢制构 件， 用螺丝固定在下剪切盒底座 38的右端， 两根下剪切盒竖向导轨 45分别用螺 丝固定在两个下剪切盒前支架 44; 下剪切盒后支架 41和下剪切盒前支架 44共同 提供了四根下剪切盒竖向导轨 45 , 四根下剪切盒竖向导轨 45分别连接一个下剪 切盒侧限框竖向滑块 47 , 为下剪切盒侧限框 46提供了竖向的运动自由度； 下剪 切盒侧限框 46为上下开口的框型钢制构件， 下剪切盒侧限框 46右侧分别用螺丝 固定两个下剪切盒侧限框竖向滑块 47 , 用于连接四根下剪切盒竖向滑动导轨 45 ， 在下剪切盒侧限框 46右侧上端部位开有三个预留槽 48 , 用于穿过、 安放抓土 器的位移传递杆套筒 65等试验辅具， 在下剪切盒侧限框 46左侧部位开有三个螺 孔， 用于穿过下抓齿板夹紧固定螺丝 49; 下剪切盒侧限框 46的内框尺寸与下剪 切盒盒底平台 40的尺寸一致， 下剪切盒侧限框 46恰好能套下剪切盒盒底平台 40 上， 形成一个向上开口的长方体空间， 这个空间大小就是下剪切盒的容积； 因 为下剪切盒侧限框 46可以竖向运动， 所以下剪切盒的容积是可变的， 在下剪切 盒侧限框 46前后两侧翼板上固定有十二个浮置弹簧组， 十二个浮置弹簧组共同 支撑起下剪切盒侧限框 46 , 使得在下剪切盒侧限框 46不受竖向压力的情况下盒 内下剪切盒的容积能保持稳定；

[0089] 浮置弹簧组由弹簧 50、 弹簧支杆 51、 弹簧盖帽 52、 弹簧固定螺母 53组成， 下剪 切盒侧限框 46的两侧翼板上预留有穿过弹簧盖帽 52的圆孔， 弹簧盖帽 52为中空 型钢制构件， 用多枚螺丝固定在下剪切盒侧限框 46的两侧翼板上， 弹簧支杆 51 放置在下剪切盒底座 38上， 弹簧支杆 51的上端杆件刻有螺纹， 弹簧固定螺母 53 为内有螺纹的特制长螺母， 旋紧在弹簧支杆 51上， 且与弹簧盖帽 52不发生接触 ， 改变弹簧固定螺母 53的上下位置， 可以控制弹簧 50的长短， 弹簧盖帽 52和弹 簧支杆 51共同夹持弹簧 50, 使弹簧 50两端的弹力分别作用在下剪切盒侧限框 46 与下剪切盒底座 38上， 从而使下剪切盒侧限框 46处于浮置状态； 水平加速度传 感器支架 55用螺丝固定在下剪切盒侧限框 46右端侧边， 水平加速度传感器 54用 螺栓固定水平加速度传感器支架 55上， 使其测量方向与下剪切盒水平运动方向 一致；

[0090] 所有采用螺丝固定的部件， 对应部件的相应位置均预留有螺孔； 上述构件共同 构成了剪切系统的上下剪切盒， 参见图 3~7、 10-17；

[0091] 试验辅具包括： 上抓齿板 56、 上抓齿板固定螺孔 57、 上侧限框 58、 上侧限框固 定螺孔 59、 上固定螺栓 60、 下抓齿板 61、 抓土器支架 62、 抓土勺 63、 抓土器位 移传递杆 64、 位移传递杆套筒 65、 套筒支架 66、 位移传递接头 67、 位移传感器 6 8；

[0092] 上抓齿板 56为带有四个小翼板的板型构件， 采用高强钢制成， 下表面刻有尖锐 抓齿， 用于咬合固定试验材料， 抓齿的齿角为 90°， 齿高为 1mm， 齿间距为 2mm ， 在上抓齿板 56的四个小翼板上分别留有两个上抓齿板固定� �� 57 , 八个上抓齿 板固定孔 57与上剪切盒 32上的八个试验辅具固定孔 37位置吻合， 通过八枚上固 定螺栓 60， 可将抓齿面朝下的上抓齿板 56牢固固定在上剪切盒 32的下表面上； 上侧限框 58为框型钢制构件， 内框尺寸与下剪切盒侧限框 46的内框尺寸一致， 在上侧限框 58两侧翼板上开有八个上侧限框固定孔 59 , 通过八枚上固定螺栓 60 ， 可将上侧限框 58牢固固定在上剪切盒 32的下表面上， 从而形成一个开口向下 且容积不变的长方体空间， 这个空间就是上剪切盒空间， 与下剪切盒侧限框 46 形成的开口向上且容积可变的下剪切盒空间正 对， 共同形成容纳剪切材料的剪 切盒空间； 下抓齿板 61采用高强钢制成， 上表面有尖锐抓齿， 用于咬合固定试 验材料， 抓齿规格与上抓齿板 56的抓齿相同， 下抓齿板 61的长宽尺寸与下剪切 盒侧限框 46的内部尺寸相适应， 使其恰好能以抓齿面向上的姿态放入下剪切盒 中， 通过旋紧下抓齿板固定螺丝 49可夹紧牢固固定下抓齿板 61 ;

[0093] 抓土器支架 62、 抓土勺 63、 抓土器位移传递杆 64、 位移传递杆套筒 65、 套筒支 架 66、 位移传递接头 67、 位移传感器 68共同组成抓土器， 抓土器为伸入剪切盒 内部用于测量试验土体内部变形的传感器装置 ， 抓土器支架 62为钢制构件， 抓 土器支架 62的一端用四枚螺丝牢固固定在下剪切盒侧限� �� 46的短边外表面上， 抓土器支架 62的另一端为可调节松紧的抓手装置， 用于夹持位移传感器 68 , 位 移传感器 68伸出的伸缩杆通过位移传递接头 67与位移传递杆 64连接， 位移传递 杆 64套在位移传递杆套筒 65内， 以防止试验土体的摩擦力阻碍抓土器位移传递 杆 64的运动， 影响测量精度， 位移传递杆套筒 65通过套筒支架 66固定， 套筒支 架 66通过多枚螺丝固定在抓土器支架 62的上表面上； 位移传递杆 64的另一端连 接抓土勺 63 , 抓土勺 63为半圆形薄片构件， 在剪切试验的准备阶段， 预先埋置 于试验土体内， 在剪切试验开展过程中跟随土体变形发生位置 移动， 从而测量 土体的内部变形， 并将测得的土体变形通过位移传递杆 64和位移传递接头 67传 递给位移传感器 68 , 位移传感器 68通过传感器线缆 7将变形信号即时传输给控制 机 5 ;

[0094] 所有采用螺丝固定的部件， 其对应部件的相应位置均预留有螺孔； 上述构件共 同构成了剪切系统的试验辅具， 参见图 18~26。

[0095] 本发明提供的大尺寸多功能界面动力剪切试验 仪， 其主要的剪切试验功能将以 三个实施例的形式分别加以介绍：

[0096] 实施例 1 : 土工膜 -GCL界面动力剪切试验

[0097] 基于本发明提出的大尺寸多功能界面动力剪切 试验仪， 开展土工膜 -GCL界面 动力剪切试验的工作过程主要分为三个阶段： 试验准备阶段、 试验进行阶段、 试验结束阶段。

[0098] 试验准备阶段： 首先， 依照上下剪切盒的尺寸切割准备土工膜试样 69和 GCL试 样 70， 其中 GCL试样 70的尺寸与剪切盒尺寸一致， 土工膜试样 69的长宽均大于 G CL试样 70; 制样完成后， 打开仪器各部分的电源， 操作竖向作动器 19收缩， 使 上剪切盒 32脱离下剪切盒， 并留有足够空间， 通过八枚上固定螺栓 60将上抓齿 板 56牢固固定在上剪切盒 32的下表面上， 且上抓齿板 56的抓齿面朝下； 随后， 旋开固定水平固定盘 30和下剪切盒后支架 41的作动器固定螺丝 43 , 使两者脱开 ， 将下剪切盒沿水平导轨 17推至底座平台 10上的水平导轨垫块 18—侧， 使下剪 切盒上部形成便于人工操作的开放空间， 在下剪切盒内安装下抓齿板 61， 使其 抓齿面朝上， 并旋紧下抓齿板固定螺丝 49将下抓齿板 61牢固固定在下剪切盒内 ; 然后， 将 GCL试样 70平铺于下抓齿板 61上， 在 GCL试样 70上继续平铺土工膜 试样 69; 最后， 将下剪切盒推回至上剪切盒 32的正下方， 用作动器固定螺丝 43 将水平固定盘 30和下剪切盒后支架 41牢固固定， 至此试验准备阶段结束。

[0099] 试验开展阶段： 首先， 控制竖向作动器 19与水平作动器 25的伸缩， 使上下剪切 盒互相正对； 继续控制竖向作动器 19 , 使上剪切盒 32沿竖向导轨 15向下运动， 继而使上下剪切盒夹持的土工膜试样 69和 GCL试样 70发生紧密接触， 形成土工 膜 -GCL界面， 刚发生接触的瞬间土工膜 -GCL界面上的竖向正压力为零； 随后， 继续控制竖向作动器 19使土工膜 -GCL界面正压力持续增大， 使上抓齿板 56牢固 抓住土工膜试样 70， 同时使下抓齿板 61牢固抓住 GCL试样， 从而使剪切位移只 发生在土工膜试样 69和 GCL试样 70之间形成的土工膜 -GCL界面上； 精确控制土 工膜 -GCL界面正压力的变化速率， 直至施加的土工膜 -GCL界面正压力达到试验 需要的荷载水平， 土工膜 -GCL界面正压力的大小由竖向轴力传感器 23测得并传 递给控制机 5 , 上剪切盒 32的竖向位移由竖向位移传感器 22测得并传递给控制机 5； 待竖向荷载达到设定水平后， 改变水平作动器 25的伸缩状态， 使下剪切盒沿 着水平导轨 17水平运动， 与上剪切盒 32在水平方向上产生相对位移， 相对位移 产生时土工膜 -GCL界面也同时发生剪切， 控制水平作动器 25伸缩的速率、 模式 ， 使下剪切盒按正弦波运动， 开展土工膜 -GCL界面动力剪切试验， 并循环剪切 一定次数； 剪切过程中， 土工膜 -GCL界面上发生的剪切力等于水平作动器 25施 加的水平力， 大小由水平轴力传感器 29测得并传递给控制机 5 , 土工膜 -GCL界面 上发生的剪切位移等于下剪切盒的水平位移， 由水平位移传感器 28测得并传递 给控制机 5， 上剪切盒 32、 下剪切盒在动力剪切过程的加速度数据由竖向 加速度 传感器 35和水平加速度传感器 54测得， 并通过传感器线缆 7传递给控制机 5 ; 待 设定的循环次数完成后， 土工膜 -GCL界面动力剪切试验结束。

[0100] 试验结束阶段： 首先， 通过操作控制机 5控制竖向作动器 19减小其竖向力， 直 至竖向力为零， 此时可认为土工膜 -GCL界面不再接触， 随后控制竖向作动器 19 缩短其竖向作动器伸缩杆 20, 使上剪切盒 32抬高到合适位置， 旋开固定水平固 定盘 30和下剪切盒后支架 41的作动器固定螺丝 43 , 使两者脱开， 将下剪切盒沿 水平导轨推至底座平台 10上的水平导轨垫块 18—侧， 将下剪切盒内安装的土工 膜试样、 GCL试样与试验辅具逐一卸除、 取出， 并打扫下剪切盒的清洁； 随后 将下剪切盒沿水平导轨 17退回与上剪切盒 32正对的位置， 调整竖向作动器 19的 伸缩状态， 使上剪切盒 32在竖向处于比较合适的安全位置， 最后关闭电源。

[0101] 参见图 1~20, 本领域的科研技术人员经过培训后均能实施该 实施例描述的土工 膜 -GCL界面动力剪切试验。

[0102] 实施例 2: 土工膜-黏土界面动力剪切试验

[0103] 基于本发明提出的大尺寸多功能界面动力剪切 试验仪， 开展土工膜-黏土界面 动力剪切试验的工作过程主要分为三个阶段： 试验准备阶段、 试验进行阶段、 试验结束阶段。

[0104] 试验准备阶段： 首先， 依照上下剪切盒的尺寸切割准备土工膜试样 69和黏土试 样 71， 土工膜试样 69的长宽均大于剪切盒尺寸， 黏土试样 71应按照设定含水率 事先拌和好； 制样完成后， 打开仪器各部分的电源， 操作竖向作动器 19收缩， 使上剪切盒 32脱离下剪切盒， 并留有足够空间， 通过八枚上固定螺栓 60将上抓 齿板 56牢固固定在上剪切盒 32的下表面上， 且使其抓齿面朝下； 随后， 旋开固 定水平固定盘 30和下剪切盒后支架 41的作动器固定螺丝 43 , 使两者脱开， 将下 剪切盒沿水平导轨 17推至底座平台 10上的水平导轨垫块 18—侧， 使下剪切盒上 部形成便于人工操作的开放空间， 在下剪切盒侧限框 46短边侧面安装抓土器支 架 62, 以及其上的套筒支架 66和位移传感器 68 ; 在下剪切盒内装入黏土试样 71 并捣实， 当黏土试样 71装入过半时， 在黏土试样 71内埋入抓土勺 63， 将抓土勺 6 3、 位移传递杆 64、 位移传递接头 67和位移传感器 68依次连接， 位移传递杆 64套 在位移传递杆套筒 65内， 位移传递杆套筒 65套在套筒支架 66上， 安装完一套抓 土器传感器后， 再安装长度不同的两套并联抓土器传感器， 分别用于测量黏土 试样 71在剪切过程中的不同位置内部变形； 继续在下剪切盒内装满黏土试样， 并将黏土试样 71上表面刮平， 在其上平铺土工膜试样 69; 最后， 将下剪切盒推 回至上剪切盒 32正下方， 用作动器固定螺丝 43将水平固定盘 30和下剪切盒后支 架 41牢固固定， 至此试验准备阶段结束。

[0105] 试验开展阶段： 首先， 控制竖向作动器 19与水平作动器 25的伸缩， 使上下剪切 盒互相正对； 继续控制竖向作动器 19 , 使上剪切盒 32沿竖向导轨 15向下运动， 继而使上下剪切盒夹持的土工膜试样 69和黏土试样 71发生紧密接触， 形成土工 膜 -黏土界面， 刚发生接触的瞬间土工膜 -黏土界面上的竖向正压力为零； 随后， 控制竖向作动器 19使土工膜-黏土界面正压力持续增大， 使上抓齿板 56牢固抓住 土工膜试样 69 , 从而使剪切位移只发生在土工膜试样 69与黏土试样 71之间形成 的土工膜-黏土界面上； 精确控制土工膜-黏土界面正压力变化的速率� � 直至施加 的土工膜-黏土界面正压力达到试验需要的荷� �水平， 土工膜 -黏土界面正压力的 大小由竖向轴力传感器 23测得并传递给控制机 5 , 正压力施加过程中黏土试样 71 受到压缩导致体积变小， 下剪切盒侧限框 46随之向下运动， 浮置弹簧组托起下 剪切盒侧限框 46使其上缘始终与上覆的土工膜试样 69接触， 黏土试样 71的竖向 变形量等于上剪切盒 32的竖向位移， 由竖向位移传感器 22测得并传递给控制机 5 ; 待竖向荷载达到设定水平后， 改变水平作动器 25的伸缩状态， 使下剪切盒沿 着水平导轨 17水平运动， 与下剪切盒 32在水平方向上产生相对位移， 相对位移 产生时土工膜-黏土界面也同时发生剪切， 控制水平作动器 25伸缩的速率、 模式 ， 使下剪切盒按正弦波运动， 开展土工膜 -黏土界面动力剪切试验， 并循环剪切 一定次数； 剪切过程中， 土工膜-黏土界面上的剪切力等于水平作动器 25施加的 水平力， 大小由水平轴力传感器 29测得并传递给控制机 5 , 土工膜-黏土界面上发 生的剪切位移等于下剪切盒的水平位移， 由水平位移传感器 28测得并传递给控 制机 5， 上剪切盒 32、 下剪切盒在动力剪切过程的加速度数据由竖向 加速度传感 器 35和水平加速度传感器 54测得， 并通过传感器线缆 7传递给控制机 5 ; 待设定 的循环次数结束后， 土工膜-黏土界面动力剪切试验结束。

[0106] 试验结束阶段： 首先， 通过操作控制机 5控制竖向作动器 19减小其竖向力， 直 至竖向力为零， 随后控制竖向作动器 19缩短其竖向作动器伸缩杆 20, 使上剪切 盒 32抬高到合适位置， 旋开固定水平固定盘 30和下剪切盒后支架 41的作动器固 定螺丝 43 , 使两者脱开， 将下剪切盒沿水平导轨推至底座平台 10上的水平导轨 垫块 18—侧， 将下剪切盒内安装的土工膜试样 69、 黏土试样 71与三套抓土器传 感器装置逐一卸除、 取出， 并打扫下剪切盒的清洁； 随后将下剪切盒沿水平导 轨 17退回与上剪切盒 32正对的位置， 调整竖向作动器 19的伸缩状态， 使上剪切 盒 32在竖向处于比较合适的安全位置， 最后关闭电源。

[0107] 参见图 1~17、 21-23 , 本领域的科研技术人员经过培训后均能实施该 实施例描 述的土工膜 -黏土界面动力剪切试验。

[0108] 实施例 3: 黏土直接剪切试验

[0109] 基于本发明提出的大尺寸多功能界面动力剪切 试验仪， 开展黏土直接剪切试验 的工作过程主要分为三个阶段： 试验准备阶段、 试验进行阶段、 试验结束阶段

[0110] 试验准备阶段： 首先， 依照上下剪切盒的容积准备一定量的黏土试样 71， 黏土 试样 71按设定的含水率事先拌和制备完成； 打开仪器各部分的电源， 操作竖向 作动器 19收缩， 使上剪切盒 32脱离下剪切盒， 并留有足够空间； 随后， 旋开固 定水平固定盘 30和下剪切盒后支架 41的作动器固定螺丝 43 , 使两者脱开， 将下 剪切盒沿水平导轨 17推至底座平台 10上的水平导轨垫块 18—侧， 使下剪切盒上 部形成便于人工操作的开放空间， 在下剪切盒侧限框 46正上方对齐安放上侧限 框 58 , 在其形成的空间内填入黏土试样 71， 并捣实； 将下剪切盒推回至上剪切 盒 32正下方， 用作动器固定螺丝 43将水平固定盘 30和下剪切盒后支架 41牢固固 定； 控制竖向作动器 19与水平作动器 25的伸缩， 使上下剪切盒互相正对； 继续 控制竖向作动器 19 , 使上剪切盒 32沿竖向导轨 15向下运动， 使上侧限框固定孔 5 9与上剪切盒 32侧边的试验辅具固定孔正对， 通过八枚上固定螺栓 60将将上侧限 框 58牢固固定在上剪切盒 32的下部， 至此试验准备阶段结束。

[0111] 试验开展阶段： 首先， 控制竖向作动器 19与水平作动器 25的伸缩， 使上下剪切 盒内的黏土试样 71开始受压； 随后， 控制竖向作动器 19使黏土试样 71受到的正 压力持续增大， 精确控制黏土试样 71正压力的变化速率， 直至施加的正压力达 到试验需要的荷载水平， 黏土试样 71正压力的大小由竖向轴力传感器 23测得并 传递给控制机 5 , 黏土试样 71的竖向变形量等于上剪切盒 32的竖向位移， 由竖向 位移传感器 22测得并传递给控制机 5 , 下剪切盒侧限框 46随着黏土试样 71的压缩 而向下运动， 浮置弹簧组托起下剪切盒侧限框 46使其上缘始终与上侧限框 58下 缘紧密接触； 待黏土试样 71正压力达到设定水平后， 改变水平作动器 25的伸缩 状态， 使下剪切盒沿着水平导轨 17水平运动， 与上剪切盒 32在水平方向上产生 相对位移， 相对位移产生时黏土试样 71也同时发生剪切， 控制水平作动器 25伸 缩的速率， 使下剪切盒按一定剪切速率单向运动， 上下剪切盒之间的相对位移 逐渐变大， 并持续一定时间； 剪切过程中， 黏土试样 71内部发生的剪切力等于 水平作动器 25施加的水平力， 由水平轴力传感器 29测得并传递给控制机 5 , 黏土 试样 71内发生的剪切位移等于下剪切盒的水平位移� �� 由水平位移传感器 28测得 并传递给控制机 5 , 上剪切盒 32、 下剪切盒在动力剪切过程的加速度数据由竖向 加速度传感器 35和水平加速度传感器 54测得， 并通过传感器线缆 7传递给控制机 5； 待设定的剪切时间结束后， 黏土直接剪切试验结束。

[0112] 试验结束阶段： 首先， 通过操作控制机 5控制竖向作动器 19减小其竖向力， 直 至竖向力为零， 此时可认为黏土试样 71不再受压， 打开八枚上固定螺栓 60, 使 上侧限框 58和上剪切盒 32脱开； 随后控制竖向作动器 19缩短其竖向作动器伸缩 杆 20, 使上剪切盒 32抬高到合适位置， 旋开固定水平固定盘 30和下剪切盒后支 架 41的作动器固定螺丝 43 , 使两者脱开， 将下剪切盒沿水平导轨 17推至底座平 台 10上的水平导轨垫块 18—侧， 将下剪切盒内的黏土试样 71与上侧限框 58逐一 卸除、 取出， 并打扫下剪切盒的清洁； 随后将下剪切盒沿水平导轨 17推回与上 剪切盒 32正对的位置， 调整竖向作动器 19的伸缩状态， 使上剪切盒 32在竖向处 于比较合适的安全位置， 最后关闭电源。

[0113] 参见图 1~17、 24-26 , 本领域的科研技术人员经过培训后均能实施该 实施例描 述的土工膜 -GCL界面动力剪切试验。

[0114] 上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述， 并非是对本发明范围的任何限定。

任何熟悉该领域的普通技术人员根据上述揭示 的技术内容做出的任何变更或修 饰均应视为等同的有效实施例， 均属于本发明技术方案保护的范围。

发明概述

技术问题

问题的解决方案

发明的有益效果