CN104515700B - 室内测试基床系数的自动化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种室内测试基床系数的自动化装置，包括以下部分：轴向加压装置；压力室固定在升降台上，压力室内设有环形压板、上透水板、下透水板，所述环形压板、上透水板分别连接外传力杆和内传力杆，外传力杆和内传力杆与轴向加压装置相连接；剪切控制器用于驱动升降台上下运动；周围压力控制器通过围压管道与压力室连通，围压管道上设有围压传感器；反压力控制器通过顶部管道与环形压板的上透水孔连接；顶部管道上设有反压力传感器；孔隙压力传感器通过底部管道与试样内部相通；数据采集器；计算机控制系统分别与数据采集器、剪切控制器、周围压力控制器和反压力控制器相连接。

Description

室内测试基床系数的自动化装置

技术领域

本发明涉及岩土工程测试技术领域，具体而言，涉及一种室内模拟现场原位K₃₀测试基床系数的土工试验自动化装置。

背景技术

1867年Winkler在研究铁路路基上部结构时，提出弹性地基的假设：地基上任意一点所受的压力强度P与该点的地基沉降量s成正比，表述为：K=P/s。工程上常将直径为30cm的承压板产生0.125cm沉降时的压力强度P与沉降量s（0.125cm）之比，称标准基床系数K₃₀。基床系数作为一种地基压缩性大小的参数，率先在弹性地基上的梁板计算中得到应用，而后应用于承受横向荷载的结构物内力分析、地基抗力计算等。目前，基床系数已被我国设计人员广泛应用于境内外城市轨道交通、铁路路基、沉管隧道等一系列工程计算中，并被国标《地铁设计规范》(GB50157-2013)、《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001，2009年版）等规范列入及指导应用。若基床系数设计取值比实际值偏小，会使设计方案趋于保守，造成工程浪费；若基床系数设计取值比实际值偏大，会使所采用的工程措施安全性降低，并可能危及工程安全。

现有测定基床系数的方法主要有：1）原位测试K₃₀法（简称K₃₀），现场在K₃₀载荷刚性压板上逐级加荷，测定地基的变形与荷载变化的关系，根据载荷与沉降（p～s）曲线确定基床系数；2）室内三轴法，室内先对试样进行饱和及固结处理，然后在不同应力路径下进行固结排水剪三轴试验，绘制Δσ₁’～Δh₀曲线，根据曲线初始切线模量或某一割线模量得到基床系数。

K₃₀法作为获取基床系数的首选，适应测定表层土和施工阶段基坑开挖深度范围内的土体，但易受试验方法的局限及现场条件限制。近年来，由于地下空间的开发利用，基础和地下工程的埋置深度呈现向深层发展的趋势。勘察阶段对不开挖的表层以下各土层很难直接通过实测测定，同时现场必须有提供反力的设施，实施起来耗费人力物力较大，从而限制了K₃₀法的大规模应用，水运工程受限尤为显著。

现有《城市轨道交通岩土工程勘察规范》（GB50307-2012）（简称城交规范）针对室内三轴法推荐了二个应用实例：1）铁三院中心试验室在常规三轴仪上对试样按深度固结，恢复土的原始状态，通过土的静止侧压力系数K₀计算出围压σ₃，施加围压σ₃后对试样进行压缩剪切，试验得到应变为1.25mm时对应的应力，这样得到的基床系数值较为接近经验值；2）上海岩土工程勘察设计研究院根据取样深度确定固结压力，采用传统三轴仪，进行等向固结，固结稳定后，用三轴固结排水剪得到应力应变关系曲线，试验结果也较为接近经验值。室内三轴法因快捷、简便、低成本、无环境限制等优势，弥补了K₃₀法的缺陷，但试验时应力应变关系曲线初始直线段不明显或离散性较大，试验结果比K₃₀获取的试验结果大2～8倍，以致设计无法直接采纳。《城交规范》在鼓励创新的同时，建议室内三轴法取值应按各地区K₃₀法或经验值综合确定基床系数。

另，中国发明专利申请公开说明书CN101377079A已公开了“一种室内测定基床系数的方法”。对土体直径39.1mm、高度80mm试样，通过控制σ₃不变，来满足Δσ₃/Δσ₁=0这一种试验条件，采用室内固结排水三轴法获取基床系数，取得有益尝试。但现有公知常识已在公开文献及国家规范中清楚表明，并非控制σ₃不变而逐步增大σ₁加荷试验，而应按不同的应力路径控制围压增量，这样的结果最为接近K₃₀值；另外，CN101377079A所绘制E～Δε曲线，需按土性选取基床系数，更显得试验结果的不确定性。

又，中国实用新型专利200920227682.4公开了一种“基床系数试验测试装置”，采用结构简单的压力舱方式，通过侧向加压恢复自重压力状态，然后竖向加压直接测定土的基床系数，为室内快速测定基床系数取得了有益的突破。但由于采用水头饱和法，对软粘土存在饱和不足现象；受室内试验边界条件限制，无法测出试样轴向加载侧壁剪应力，以致影响基床系数的准确性。

现有室内三轴法所存在的缺陷：1）实际压缩沉降影响深度超过试样高度，以至测得的沉降量s偏小；2）无法测出试样轴向加载σ₁产生的侧壁剪应力f，造成试样轴向荷载P（P＝σ₁-f）偏大。上述原因使得试验结果与K₃₀比较偏差过大，以至设计无法直接采纳。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可以在室内快速、准确地测出基床系数的自动化装置，以克服现有技术的上述缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种室内测试基床系数的自动化装置，包括以下部分：轴向加压装置，包括一个基座、可以相对于基座上下运动的升降台和固定在基座上的加压支架，还包括用于测量所述升降台相对于基座的位移的位移传感器，所述加压支架上设有压力杆，压力杆上设有荷载传感器；压力室，固定在升降台上，用于放置试样，压力室内设有位于试样底部的底座和位于试样顶部的环形压板，环形压板上设有上透水孔，环形压板的内圈设有上透水板，底座上设有下透水孔，底座的上面设有下透水板，所述环形压板、上透水板分别连接外传力杆和内传力杆，所述外传力杆和内传力杆与所述加压支架上的压力杆相连接；剪切控制器，与所述升降台传动连接，用于驱动升降台上下运动；周围压力控制器，通过围压管道与压力室连通，围压管道上设有围压传感器；反压力控制器，通过顶部管道与所述环形压板的上透水孔连接；顶部管道上设有反压力传感器；孔隙压力传感器，通过底部管道与所述底座的下透水孔连接；数据采集器，分别与所述位移传感器、荷载传感器、围压传感器、反压力传感器和孔隙压力传感器相连接；计算机控制系统，分别与所述数据采集器、剪切控制器、周围压力控制器和反压力控制器相连接。

优选地，还包括一个上端开口的排水管，所述排水管的下端通过第一三通阀与顶部管道相连接。

优选地，还包括一个上端开口的量管，所述量管的下端通过第二三通阀与底部管道相连接。

优选地，所述剪切控制器、周围压力控制器和反压力控制器均为液压伺服电机，所述液压伺服电机包括依次连接的伺服电机、定量泵和液压缸。

优选地，所述位移传感器设置在压力杆与压力室之间。

优选地，所述压力杆通过一个变径控制器与外传力杆、内传力杆相连接。

优选地，所述围压管道、顶部管道和底部管道均采用橡胶软管。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明装置根据国标《土工试验方法标准》（GB/T 50123-1999）设计，可采用变径加压方式，能在室内试验实现K₃₀的应力路径及边界条件，模拟轴向加载时土体产生的侧壁剪应力f对σ₁的影响，自动绘制Δσ₁’～ε试验曲线，并计算得到基床系数。

2、本发明装置具有实时监测试样的孔隙水压力、周围压力和反压力变化情况，自动执行反压力饱和、排水固结、剪切试验；实时检测轴向荷载和试样沉降的轴向变形，自动判断试样是否产生剪切破坏或者剪切过程是否应该终止。

3、本发明装置采用通用的测力及位移传感器，各模块组件的通用性好，从而可降低整个装置的成本。

4、本发明装置具备较高的自动化水平，试验人员只需通过计算机控制系统软件设置好试验流程，设定好试验参数，就能以无人干预的方式高精度地自动完成基床系数测试。该装置不仅大大地缩短了试验时间，也节约了大量的人力和物力资源，具有显著的现实意义和经济价值。也为今后《城交规范》室内三轴法基床系数章节修编，提供了有益的参考。

附图说明

图1为本发明室内测试基床系数的自动化装置的组成示意图。

图2为本发明自动化装置在进行试样饱和时的示意图。

图3为本发明自动化装置在进行试样固结时的示意图。

图4为本发明自动化装置在进行试样剪切时的示意图。

图5为本发明自动化装置生成的一种Δσ₁’～ε曲线图。

图6为本发明自动化装置中计算机控制系统的运行流程图。

图中：

1、试样 2、橡皮膜 3、环形压板

4、注水口 5、外传力杆 6、内传力杆

7、上透水板 8、压力室 9、下透水板

10、剪切控制器 11、基座 12、加压支架

13、荷载传感器 14、压力杆 15、位移传感器

16、变径控制器 17、底座 18、升降台

19、活动闸板 20、反压力控制器 21、反压力传感器

22、第一三通阀 23、顶部管道 24、排水管

25、排水阀 30、周围压力控制器 31、围压传感器

32、围压管道 40、数据采集器 50、计算机控制系统

61、孔隙压力传感器 62、第二三通阀 63、底部管道

64、量管 65、量管阀

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。

如图1所示，本发明一种室内测试基床系数的自动化装置，包括轴向加压装置、剪切控制器10、压力室8、周围压力控制器30、反压力控制器20和计算机控制系统50等。

其中，轴向加压装置包括一个固定安装的基座11、一个升降台18和一个加压支架12，升降台18与所述剪切控制器10相连接，在剪切控制器10的驱动下，升降台18可以相对于基座11上下运动，加压支架12固定在基座11上，加压支架12上设有一根向下延伸的压力杆14。该轴向加压装置还包括位移传感器15和荷载传感器13，位移传感器15用于测量升降台18相对于基座11的位移，位移传感器15优选地设置在压力杆与压力室8之间；荷载传感器13设置在所述压力杆14上，用于测量轴向加压的荷载。

压力室8是一个下端开口的壳体，压力室8的下端可以通过螺栓与升降台18的顶面密封连接，从而与升降台18共同围成一个封闭的空间，用于放置待测试样1。在压力室8内设有位于试样1底部的底座17和位于试样1顶部的环形压板3，环形压板3上设有上透水孔，环形压板3的外径与试样1的直径相同，环形压板3相有一内孔，环形压板3的内孔中设有上透水板7，上透水板7的直径与环形压板3的内孔直径相同；底座17固定在升降台18上，底座17上设有下透水孔，底座17的上面垫有下透水板9，所述环形压板3、上透水板7分别连接外传力杆5和内传力杆6，外传力杆5是一根空心杆，内传力杆6位于外传力杆5的内孔中，外传力杆5和内传力杆6的上端从压力室8顶部的孔中穿出，并通过一个变径控制器16与压力杆14相连接，该变径控制器16可以使压力杆14上的荷载通过外传力杆5和/或内传力杆6传递给压力室8中的试样1。在本优选实施例中，变径控制器16是一个具有活动闸板19（参加图3、图4）的联轴器，该联轴器连接外传力杆5和压力杆14，当变径控制器16关闭时，其中的活动闸板19关闭，压力杆14上的荷载可同时通过外传力杆5、内传力杆6及环形压板3、上透水板7传递给压力室8中的试样1；当变径控制器16打开时，其中的活动闸板19打开，压力杆14上的荷载仅通过内传力杆6和上透水板7传递给压力室8中的试样1。变径控制器16的开、关由计算机控制系统50控制。显然，外传力杆5与压力室8的孔壁之间，以及外传力杆5与内传力杆6之间应当有密封措施。

周围压力控制器30通过围压管道32与压力室8内部连通，围压管道32上设有围压传感器31。反压力控制器20通过顶部管道23与所述环形压板3的上透水孔连接，顶部管道23上设有反压力传感器21；在本发明的一个优选方案中，还包括一个上端开口的排水管24，排水管24的下端通过第一三通阀22与顶部管道23相连接。在排水管24和第一三通阀22之间还设有一个排水阀25。一个量管64的下端通过第二三通阀62与底部管道63相连接，底部管道63与所述底座17的下透水孔连接，量管64的上端开口，底部管道63上还通过第二三通阀62连接一个孔隙压力传感器61。在量管64和第二三通阀62之间还设有一个量管阀65。

上述围压管道32、顶部管道23和底部管道63优选地采用橡胶软管。

上述位移传感器15、荷载传感器13、围压传感器31、反压力传感器21和孔隙压力传感器61分别与一个数据采集器40相连接，数据采集器40与计算机控制系统50相连接，计算机控制系统50又分别与所述剪切控制器10、周围压力控制器30、反压力控制器20、第一三通阀22、第二三通阀62和变径控制器16相连接。

优选地，所述剪切控制器10、周围压力控制器30和反压力控制器20均为液压伺服电机，所述液压伺服电机是一种现有的产品，它包括依次连接的伺服电机、定量泵和液压缸。伺服电机带动定量泵工作，定量泵将定量的液压油打入液压缸中，使液压缸的活塞产生一个相应的位移。其中，对于剪切控制器10而言，液压缸中活塞的位移就带动升降台18上下运动；对于周围压力控制器30而言，液压缸中活塞的位移会压缩围压管道32和压力室8中的水，从而控制压力室8中的试样周围压力；对于反压力控制器20而言，液压缸中活塞的位移会压缩顶部管道23和试样孔隙中的水，从而使试样1中的孔隙水排出。

一些设计参数：

试样1的尺寸：直径ø＝39.1×n（mm），高度h₀=80×n（mm），n=1.5～2倍；

轴向荷载（σ₁）范围：0-10kN，误差±1%；

周围压力（σ₃）范围：0-2MPa，误差±1%；

反压力（σ_b）范围：0-1MPa，误差±1%；

轴向位移（Δh）量程为0～30(mm)。

荷载传感器13、围压传感器31、反压力传感器21、孔隙压力传感器61和位移传感器15可采用电阻式、电感式或电容式等类型的压力及位移传感器，现有技术中种类繁多，只要满足设计量程和精度要求均可。

利用本发明自动化装置在室内测试基床系数的步骤如下。

1、试样安装

如图1所示，在升降台18上面的底座17上依次放置下透水板9、试样1和上透水板7，试样1的上下两端贴有湿滤纸，试样1周围也贴浸水滤纸若干条，试样1外面套有橡皮膜2。用橡皮圈将橡皮膜2下端与底座17扎紧。从底部管道63向试样1中通水，比如可以在量管64中加入一定量的水，打开量管阀65，使水缓慢地从试样1底部流入，排除试样1与橡皮膜2之间的气泡，然后放上环形压板3，用橡皮圈将橡皮膜2上端与环形压板3扎紧，关闭量管阀65。放下压力室8，使压力杆14与内传力杆6对准，并使内传力杆6对准试样1中心，然后拧紧压力室8下端的连接螺母，使压力室8与升降台18密封连接，从压力室8顶部的注水口4向压力室8内注满纯水，然后拧紧注水口4。

2、试样饱和

如图1、图2所示，顶部管道23中也预先加满水，由于顶部管道23与环形压板3相连，从而将水通过环形压板3、上透水板7与试样1孔隙中的水连为一体。关闭第二三通阀62（即，使试样孔隙中的水通过底部管道63与孔隙压力传感器61连通，而与量管64断开）；打开第一三通阀22（即，使反压力控制器20、反压力传感器21通过顶部管道23与试样孔隙中的水连通，而排水管24与试样孔隙中的水断开），反压力控制器20可通过顶部管道23向试样1上部施加反压力，通过反压力传感器21可测得反压力值σ_b；周围压力控制器30通过围压管道32与压力室8内部连通，围压管道32上的围压传感器31用以测量压力室8中的水压力，也就是施加于试样1的周围压力σ₃；然后反压力控制器20与周围压力控制器30一起以预定的增量（Δσ_b、Δσ₃）逐级加载，对试样1实施反压力饱和，并通过孔隙压力传感器61测出试样1中的孔隙水压力u，当孔隙水压力增量Δu与周围压力增量Δσ₃之比达到一定值时，试样1达到充分饱和，否则继续加载（Δσ_b、Δσ₃），测出新的孔隙水压力u，循环这一过程，直至试样1充分饱和。

3、试样固结

如图1、图3所示，首先测定孔隙水压力初值u_i（即试样1饱和终止时的孔隙水压力），然后关闭第一三通阀22（即，使试样1孔隙中的水通过顶部管道23与排水管24连通，而与反压力控制器20、反压力传感器21断开），打开第二三通阀62（即，使试样1孔隙中的水通过底部管道63与量管64连通，而与孔隙压力传感器61断开），施加一个周围压力增量Δσ₃，关闭变径控制器16，在剪切控制器10的驱动下，升降台18上升，轴向加压装置对试样1施加轴向主应力σ₁，压力杆14上的荷载同时通过外传力杆5、内传力杆6、环形压板3和上透水板7传递给压力室8中的试样1，试样孔隙水沿上下两个方向排出到排水管24和量管64，这样可以加快固结。经过一段稳定时间t_min后，关闭第二三通阀62，使孔隙水压力施加在孔隙压力传感器61上，测出孔隙水压力值u_t。根据u_i、u_t值计算孔隙压力消散百分数D_c，若D_c达到一个定值，则试样1固结完成，否则再打开第二三通阀62，再施加一个轴向主应力增量Δσ₁和周围压力增量Δσ₃进行排水，然后再关闭第二三通阀62，测孔隙水压力值u_t，重复上述过程直至固结完成。其中，孔隙压力消散百分数D_c的公式为：D_c=（1-u_t/u_i）╳100，式中u_i、u_t分别为孔隙水压力初值及t_min后的孔隙水压力值。通常当D_c≥95%（默认值）时，可以认为试样1固结完成，这一默认值可通过参数设置改变。

4、试样剪切试验

如图1、图4所示，首先打开变径控制器16，使压力杆14上的荷载仅通过内传力杆6和上透水板7传递给压力室8中的试样1。在剪切控制器10的驱动下，升降台18上升，轴向加压装置对试样1实施轴向加压。由于轴向荷载仅施加在上透水板7的面积范围内，因此会对试样1沉降过程中的试样侧壁产生一个向上的剪应力f，使得室内测试结果与现场载荷试验结果相符。压力杆14上安装的荷载传感器13，可以测出轴向主应力（轴向荷载）σ₁，设置在压力杆与压力室8之间的位移传感器15，可以测出压力杆相对于压力室8的位移，也就是试样1的轴向变形Δh。试样剪切过程中，也要关闭第一三通阀22并打开第二三通阀62，使试样1中的水可同时排到排水管24和量管64中。试样剪切过程中，计算机控制系统50控制周围压力控制器30和剪切控制器10按设置的应力路径（Δσ₃/Δσ₁）加载，对应于试样1轴向变形的每一个增量（比如0.1或0.2mm），采集一次轴向主应力σ₁值，依此重复，根据试样1的初始长度h₀和轴向变形Δh，根据ε=Δh/h₀×100%计算出试样1的应变ε，根据算式σ₁’＝σ₁-u计算出有效应力σ₁’，并在屏幕上实时显示Δσ₁’～ε曲线（其中Δσ₁’为σ₁’与固结终止时的轴向主应力的差值），直至ε=10～20%时终止，显示出完整的Δσ₁’～ ε关系曲线，计算出Δh = 1.25mm时的应变ε（此时ε=1.25/ h₀）所对应的Δσ₁’，计算得到基床系数值。

上述计算机控制系统50中的基床系数程序包括五项主要功能：初始化和参数设置、反压力饱和计算、排水固结计算、剪切计算、数据写入及采集处理模块。其中，参数设置包括饱和判别值、固结判别值、应力路径n=Δσ₃/Δσ₁、反压力增量、周围压力增量、主应力增量、剪切速率、传感器数据采集间隔、Δh采样终止值等，由试验人员通过人机对话方式输入；反压力饱和计算功能，可持续读取试样孔隙水压力值数据及计算饱和度，若孔隙水压力增量与周围压力增量之比Δu/Δσ₃≥设定的饱和判别值，则试样饱和；排水固结功能，用于测定试样固结程度，首先读取孔隙水压力初值，待施加一个周围压力增量稳定后，再读取孔隙水压力值u_t，计算孔隙压力消散百分数D_c，若D_c≥设定的固结判别值，则试样固结完成，否则再施加一个周围压力增量，再读取孔隙水压力值u_t，重复上述过程，直至固结完成；试样剪切功能，按设置的应力路径加载，读取试样轴向变形Δh和轴向应力σ₁值，以此重复，直至ε达10～20%时终止，并计算出应变ε=1.25/h₀时的基床系数值。

图6所示为计算机控制系统50中基床系数程序的运行流程图，它包括：启动处理系统、执行初始化和试验参数设置、读取初始值、反压力饱和计算、排水固结计算、剪切试验计算、采样数据写入处理和绘图打印等处理。

其中参数设置包含：σ_b、σ₃和σ₁的初始值及其增量值Δσ_b、Δσ₃和Δσ₁；试样直径ø、试样高度h₀；饱和判别值S1；应力路径n；固结判别值；剪切速率；传感器数据采集间隔和稳定时间t_min等值；

读取初始值包括：传感器初始数值归零，读取已设定的参数；

反压力饱和计算：持续读取试样孔隙水压力u及判别饱和度，若满足Δu/Δσ₃≥S1，则试样饱和完成，S1的默认值为0.98，若不满足Δu/Δσ₃≥S1，则增加一个σ₃增量，再读取孔隙水压力u，再判别饱和度S1，直至满足上述条件；

排水固结计算用于测定试样固结程度，首先测定孔隙水压力初值u_i。施加一个σ₃增量，经过一段稳定时间t_min后，读取孔隙水压力值u_t，计算孔隙压力消散百分数D_c，若D_c≥设定的固结判别值，固结判别值一般取95%，则试样固结完成，否则再增加一个σ₃增量，再读取孔隙水压力值u_t，再判别消散百分数D_c，直至满足上述条件；

剪切试验计算功能按设置的应力路径加载，读取试样轴向变形Δh和轴向荷载σ₁值，以此重复，直至ε=10～20%终止，实时绘制Δσ₁’～ε曲线，并计算出应变ε=1.25/h₀时的基床系数值；其中应力路径n=Δσ₃/Δσ₁（其中n＝0.0，0.1，0.2，0.3由用户设置，默认值0.2）；剪切速率宜采用每分钟应变0.002～0.015%，由用户在参数设置过程中根据土性设定。

图5所示为本发明装置生成的一种计算基床系数的Δσ₁’～ε曲线图。

从Δσ₁’～ ε曲线上取ε=1.25/h₀临近左右几点建立方程，方程式可取拉格朗日多项式、牛顿插值多项式、分段插值等算法均可，应变ε=1.25/h₀代入方程式，得到对应的Δσ₁’， Δσ₁’/1.25即为本装置测得的基床系数。本发明的自动化装置在很大程度上还原了试样的原始应力状态，但需考虑到尺寸效应，并且本发明中所采用的承压板直径与原位测试K₃₀法的承压板直径并不一致，因此，需要对本发明测得的基床系数进行修正，才能得到标准基床系数K₃₀，修正式为：

（对砂土、粉土的修正式）；

（对粘性土的修正式）；

式中：K₃₀——标准基床系数（MPa）；

K——本发明测得的基床系数（MPa）；

B——载荷板（就是本发明中的上透水板7）直径（m）。

以上结合附图和具体实施方式对本发明自动化装置的组成及采用饱和、排水固结、排水剪切测得基床系数的过程进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化和替换，比如：采用本发明自动化装置进行饱和、不排水固结或不排水剪切等组合方式测得基床系数。因此，上述测得基床系数的过程不应构成对本发明的限定，本发明的保护范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (7)

1.一种室内测试基床系数的自动化装置，其特征是，包括以下部分：

轴向加压装置，包括一个基座（11）、可以相对于基座（11）上下运动的升降台（18）和固定在基座上的加压支架（12），还包括用于测量所述升降台相对于基座的位移的位移传感器（15），所述加压支架（12）上设有压力杆（14），压力杆（14）上设有荷载传感器（13）；

压力室（8），固定在升降台（18）上，用于放置试样（1），压力室（8）内设有位于试样底部的底座（17）和位于试样顶部的环形压板（3），环形压板（3）上设有上透水孔，环形压板（3）的内圈设有上透水板（7），底座（17）上设有下透水孔，底座（17）的上面设有下透水板（9），所述环形压板（3）、上透水板（7）分别连接外传力杆（5）和内传力杆（6），所述外传力杆（5）和内传力杆（6）与所述加压支架（12）上的压力杆（14）相连接；

剪切控制器（10），与所述升降台（18）传动连接，用于驱动升降台（18）上下运动；

周围压力控制器（30），通过围压管道（32）与压力室（8）连通，围压管道（32）上设有围压传感器（31）；

反压力控制器（20），通过顶部管道（23）与所述环形压板（3）的上透水孔连接；顶部管道（23）上设有反压力传感器（21）；

孔隙压力传感器（61），通过底部管道（63）与所述底座（17）的下透水孔连接；

数据采集器（40），分别与所述位移传感器（15）、荷载传感器（13）、围压传感器（31）、反压力传感器（21）和孔隙压力传感器（61）相连接；

计算机控制系统（50），分别与所述数据采集器（40）、剪切控制器（10）、周围压力控制器（30）和反压力控制器（20）相连接。

2.根据权利要求1所述的自动化装置，其特征是，还包括一个上端开口的排水管（24），所述排水管（24）的下端通过第一三通阀（22）与顶部管道（23）相连接。

3.根据权利要求1所述的自动化装置，其特征是，还包括一个上端开口的量管（64），所述量管（64）的下端通过第二三通阀（62）与底部管道（63）相连接。

4.根据权利要求1所述的自动化装置，其特征是，所述剪切控制器（10）、周围压力控制器（30）和反压力控制器（20）均为液压伺服电机，所述液压伺服电机包括依次连接的伺服电机、定量泵和液压缸。

5.根据权利要求1所述的自动化装置，其特征是，所述位移传感器（15）设置在压力杆（14）与压力室（8）之间。

6.根据权利要求1所述的自动化装置，其特征是，所述压力杆（14）通过一个变径控制器（16）与外传力杆（5）、内传力杆（6）相连接。

7.根据权利要求1所述的自动化装置，其特征是，所述围压管道（32）、顶部管道（23）和底部管道（60）均采用橡胶软管。