CN104833591B - 一种可实现三维空间各向移动大型直剪仪及其试验方法 - Google Patents

Abstract

一种可实现三维空间各向移动的大型直剪仪及其试验方法，其中直剪仪包括试验台架、电控柜、工作平台、加载装置、水平位移约束装置、运动执行机构、上下剪切盒、格栅压片和承载板；电控柜、水平位移约束装置、运动执行机构以及支撑装置均设置在试验台架上；加载装置通过承载板向上剪切盒、格栅压片以及下剪切盒施加竖向压力；水平位移约束装置与上剪切盒相连；待进行剪切试验的土工合成材料呈圆形，置于格栅压片以及下剪切盒之间；运动执行机构带动下剪切盒进行空间三维移动；电控柜分别与加载装置以及运动执行机构相连。本发明解决了现有直剪仪只能进行单轴剪切试验、剪切方向随意、无法实现大型化、试验测试结果无法真实反映工程实际的问题。

Description

一种可实现三维空间各向移动大型直剪仪及其试验方法

技术领域

本发明属于土工合成材料力学性能测试领域，涉及一种土工合成材料各向异性直剪仪及其试验方法，尤其涉及一种可实现三维空间各向移动大型直剪仪及其试验方法。

背景技术

土工合成材料置于土体内部、表面或各种土体之间，起到保护或加强土体的作用，因而得到广泛应用，在《土工合成材料测试规程》和《公路工程土工合成材料试验规程》等规范中均提到了土工合成材料直剪仪装置。目前已有的直剪仪装置只能做单方向、小型样品的“筋-土”直剪试验，样品剪切方向随意性大、所受载荷轻、剪切面积小，一般只能包含土工合成材料几个格栅孔，由试验得到的力学性能不具有代表性，因此不能真实的反映工程实际中土工合成材料与填土的实际力学性能。

同时，为了与工程实际中的填土界面力学性能一致，直剪试验过程中的受力机理为“填土-土工合成材料-填土”。在较大竖向加载力作用下，上、下剪切盒土样材料将会发生较大压缩位移，土工合成材料向下弯曲，这种变形将会造成格栅折叠和褶破，严重影响试验结果。另外，考虑到取样方便性，上剪切盒与加载装置之间应保证足够的安装空间，因上、下剪切盒土样将会发生较大压缩位移，因此需要选用行程较大的加载装置，会增加加载装置的体积及生产成本，从而造成资源浪费。

综上所述，由于现行土工合成材料直剪试验过程中存在诸如试验方法、取样、选型、模拟结果有效性等问题，其试验得到的力学性能无法真实反映工程实际。因此，采用现行直剪仪试验得到的土工合成材料与填土界面力学性能进行工程设计时，其安全性能存在较大隐患，严重威胁着工程质量和人民生命财产安全。究其根本原因是现有直剪仪设备采用单电机加导轨驱动方案，运动方向单一、驱动力有限，无法实现装置大型化。

发明内容

本发明的目的是提出一种全新的大型直剪仪实现方案，解决现有设备剪切方向单一、无法实现大型化、试验得到的土工合成材料与填土界面力学性能无法真实反映工程实际的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可实现三维空间各向移动大型直剪仪，其特征在于：所述可实现三维空间各向移动大型直剪仪包括试验台架、电控柜、工作平台、加载装置、支撑装置、水平位移约束装置、运动执行机构、上剪切盒、格栅压片、下剪切盒以及承载板；所述工作平台设置在试验台架上；所述电控柜、水平位移约束装置以及支撑装置均设置在工作平台上；所述加载装置与支撑装置相连并通过支撑装置设置在工作平台上；所述运动执行机构设置在试验台架上；所述加载装置的底部设置有承载板；所述上剪切盒、格栅压片以及下剪切盒自上而下设置在运动执行机构的上表面；所述加载装置通过承载板向上剪切盒、格栅压片以及下剪切盒施加竖向压力；所述水平位移约束装置与上剪切盒相连；待进行剪切试验的土工合成材料呈圆形，其直径与下剪切盒外径相同，待进行剪切试验的土工合成材料置于格栅压片以及下剪切盒的上端面之间；所述运动执行机构带动下剪切盒进行空间三维移动；所述电控柜分别与加载装置以及运动执行机构相连。

作为优选，本发明所采用的运动执行机构包括动平台、定平台以及三个结构完全相同的伸缩型运动分支；所述定平台设置在试验台架上；所述工作平台上设置有分支运动孔；所述动平台置于工作平台之上；所述下剪切盒设置在动平台上；所述伸缩型运动分支穿过工作平台上的分支运动孔后分别与动平台以及定平台相连；所述定平台通过伸缩型运动分支带动动平台以及下剪切盒进行空间三维移动。

作为优选，本发明所采用的伸缩型运动分支包括上转动轴、上轴承、推杆电机、铰座、下转动轴、下轴承、滑块以及导轨；所述导轨设置在定平台上；所述铰座通过滑块设置在导轨上并可在导轨上自如滑动；所述推杆电机的顶部通过上转动轴设置在上轴承中；所述上轴承设置在动平台上；所述推杆电机的底部通过下转动轴设置在下轴承中；所述下轴承设置在铰座上；所述电控柜与推杆电机相连；在推杆电机的驱动下，动平台沿导轨的轴线移动绕上转动轴和/或下转动轴的轴向摆动。

作为优选，本发明所采用的三个结构完全相同的伸缩型运动分支的导轨以正三角形式均匀布置于定平台上。

作为优选，本发明所采用的动平台为六边形，对应外接圆直径至少为500mm；所述定平台为矩形，最小尺寸为900×680×14mm；所述动平台性能参数为：水平任意方向移动范围至少为±60mm、垂向移动范围至少为±50mm；水平任意方向承载力至少为0.5t、垂向承载力至少为1.5t。

作为优选，本发明所采用的水平位移约束装置包括定位块、丝杠、套筒、手轮以及基座；所述基座设置在工作平台上；所述套筒设置在基座上；所述套筒套装在丝杠外部并与丝杠啮合；所述丝杠的两端分别设置有手轮以及定位块；所述定位块与上剪切盒相连；所述水平位移约束装置是结构完全相同的两组；所述两组结构完全相同的水平位移约束装置以丝杠轴线互成120°。

作为优选，本发明所采用的上剪切盒的外侧壁上设置有支座以及与支座相连且与定位块相匹配的定位槽；所述上剪切盒呈空心圆柱体结构，所述上剪切盒的内径至少为200mm、壁厚至少10mm、高度至少为110mm；所述下剪切盒的内径至少为300mm、厚度至少为10mm；所述承载板的直径至少为195mm、厚度至少为20mm，所述承载板的直径与上剪切盒的内径之差应在2～5mm范围内；所述格栅压片的直径与下剪切盒的直径相同，厚度至多为5mm。

作为优选，本发明所采用的试验台架是由角钢焊接而成的桁架式结构，所述试验台架的外表面设置有钣金包裹层；所述工作平台尺寸至少为1500×700×14mm，所述工作平台上的分支运动孔的直径不小于120mm；所述支撑装置包括支撑板以及支撑杆；所述支撑板通过支撑杆设置在工作平台上；所述加载装置设置在支撑板上。

一种基于如上所述的可实现三维空间各向移动大型直剪仪的待进行剪切试验的土工合成材料的试验方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：1)卸下上剪切盒以及下剪切盒，并在上剪切盒以及下剪切盒中装填与待进行剪切试验的土工合成材料相对应的试验土样；

2)将下剪切盒安装于运动执行机构动平台上表面，并在待进行剪切试验的土工合成材料置于下剪切盒的上表面，在待进行剪切试验的土工合成材料的上表面依次安装格栅压片、上剪切盒以及承载板，调整上剪切盒角度，并旋转水平位移约束装置的手轮，待定位块与定位槽表面贴合后调节上剪切盒运动至工作位置；

3)通过电控柜控制运动执行机构由初始位置运行至工作位置，调节加载装置通过加载对上剪切盒进行竖向压力加载；所述初始位置是所有推杆电机伸缩量为零时对应的位置；所述工作位置是所有推杆电机伸缩量为总行程的一半时对应的位置；

4)待竖向压力加载完毕后，根据试验要求在电控柜中输入所需的剪切方向、剪切位移以及剪切速度，由运动执行机构通过推杆电机开始对待进行剪切试验的土工合成材料进行试验；

5)试验运行过程中，实时记录运动执行机构中各推杆电机处的位移、速度以及作用力，采集频率为1～5Hz；系统根据运动动力学模型实时解算剪切方向、剪切位移、剪切速度以及剪切力；

6)待试验结束后，保存试验数据，将加载装置的压力泄压，运动执行机构回初始位置按照存储的试验数据绘制相应曲线及分析结果。

本发明的优点是：

本发明提供了一种可实现三维空间各向移动的大型直剪仪及其试验方法，包括加载装置、支撑板、支撑杆、加载板、上剪切盒、格栅压片、下剪切盒、水平位移约束装置、工作平台、运动执行机构、电控柜及试验台架等。本发明所创新采用了可实现三维空间各向移动的运动执行机构，实现了土工合成材料与试验土样在任意方向上的直剪试验，创新变革了土工合成材料直剪仪试验系统，实现了土工合成材料直剪试验力学性能的各向异性测试；采用多轴联动驱动剪切盒相对运动，运动精度高、承载力大，有效解决了安装空间小、承载力不足等对直剪仪大型化的制约；试验运行过程中可实时修正竖向位移，有效避免了由于土样压缩变形造成格栅折叠和褶破、加载装置体积及成本增加等问题；该装置真实反映了工程实际中“填土-土工合成材料-填土”的真实受力情况；本试验系统充分考虑了土工合成材料力学性能各向异性及界面力学性能，有效避免了现有试验设备得到的力学性能不具有代表性的问题，为土工合成材料在工程实际应用提供有效、可靠的试验数据。

附图说明

图1是本发明提供的可实现三维空间各向移动的大型直剪仪实体造型图；

图2是本发明所采用的运动执行机构的结构示意图；

图3是本发明所采用的水平位移约束装置的结构示意图；

图4是本发明所采用的上剪切盒的结构示意图；

图5(a)是本发明所采用的试验台架桁架的结构示意图；

图5(b)是本发明所采用的试验台架的整体结构示意图；

图6是工作平台俯视结构示意图；

附图标记说明如下：

1-加载装置；2-支撑板；3-支撑杆；4-承载板；5-上剪切盒；6-格栅压片；7-下剪切盒；8-水平位移约束装置；9-运动执行机构；10-工作平台；11-电控柜；12-试验台架；13-动平台；14-上轴承及端盖；15-上转动轴；16-推杆电机；17-铰座；18-下轴承及端盖；19-下转动轴；20-滑块；21-导轨；22-定平台；23-定位块；24-丝杠；25-法兰；26-套筒；27-手轮；28-基座；29-半圆形圆柱体；30-支座；31-定位槽；32-角钢a；33-角钢b；34-角钢c；35-脚轮；36-台架侧板；37-台架前板。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明所提供的可实现三维空间各向移动的大型直剪仪及其试验方法做进一步的详细说明：

实施例：

一种可实现三维空间各向移动的大型直剪仪，如图1所示，包括加载装置1、支撑板2、支撑杆3、承载板4、上剪切盒5、格栅压片6、下剪切盒7、水平位移约束装置8、运动执行机构9、工作平台10、电控柜11以及试验台架12。

工作平台设置在试验台架上；电控柜、水平位移约束装置以及支撑装置均设置在工作平台上；加载装置与支撑装置相连并通过支撑装置设置在工作平台上；运动执行机构设置在试验台架上；加载装置的底部设置有承载板；上剪切盒、格栅压片以及下剪切盒自上而下设置在运动执行机构的上表面；加载装置通过承载板向上剪切盒、格栅压片以及下剪切盒施加竖向压力；水平位移约束装置与上剪切盒相连；待进行剪切试验的土工合成材料呈圆形，其直径与下剪切盒外径相同，待进行剪切试验的土工合成材料置于格栅压片以及下剪切盒的上端面之间；运动执行机构带动下剪切盒进行空间三维移动；电控柜分别与加载装置以及运动执行机构相连。

图2为运动支撑机构9实体造型图，包括动平台13、上轴承及端盖14、下轴承及端盖18、上转动轴15、下转动轴19、推杆电机16、铰座17、滑块20、导轨21、定平台22。动平台13外接圆直径为500mm、定平台22尺寸为900×680×14mm、导轨21长度为400mm；三根导轨21以正三角形布置于定平台22上，其内接圆直径为600mm；处于工作位置时，动平台13与定平台22之间的距离为260mm；选取推杆电机22行程为±100mm、承载力为0.5t。导轨设置在定平台上；铰座通过滑块设置在导轨上并可在导轨上自如滑动；推杆电机的顶部通过上转动轴设置在上轴承中；上轴承设置在动平台上；推杆电机的底部通过下转动轴设置在下轴承中；下轴承设置在铰座上；电控柜与推杆电机相连；在推杆电机的驱动下，动平台沿导轨的轴线移动绕上转动轴和/或下转动轴的轴向摆动。三个结构完全相同的伸缩型运动分支的导轨以正三角形式均匀布置于定平台上。

图3为水平位移约束装置8实体造型图，包括定位块23、丝杠24、法兰25、套筒26、手轮27、基座28，内部加工有螺纹的套筒26两端安装有法兰25、中间与基座28采用焊接形式连接，基座28与工作平台10固定；丝杠24与套筒26内部螺纹配合，两端分别与定位块23及手轮27连接。套筒设置在基座上；套筒套装在丝杠外部并与丝杠啮合；丝杠的两端分别设置有手轮以及定位块；定位块与上剪切盒相连；水平位移约束装置是结构完全相同的两组；两组结构完全相同的水平位移约束装置以丝杠轴线互成120°。

图4为上剪切盒5，半圆形圆柱体29内径为200mm、厚度为10mm、高度为110mm；支座30焊接于半圆形圆柱体29上，相连两个支座30法线夹角为120°，定位槽31与支座30采用内六角沉头螺钉连接。

下剪切盒7内径为300mm、厚度为10mm；承载板4直径为195mm、厚度为20mm；格栅压片6直径为320mm、厚度为2mm；支撑杆3直径为30mm、长度为530mm。

图5(a)为台架桁架结构图，采用75#角钢焊接而成，角钢a32、角钢b33、角钢c34长度分别为1500mm、700mm、640mm，底部装有角轮35；图5(b)为台架整体示意图，外部通过台架侧板36和台架前板37包裹而成，折弯钣金厚度为1mm。

图6为工作平台10俯视图，尺寸为1500×700×14mm，水平位移约束装置8定位孔分布尺寸为130×50mm，两组定位孔中心线夹角为120°；分支运动孔直径为120mm，其中心线构成圆的直径为420mm。

一种可实现三维空间各向移动的大型直剪仪进行试验时的方法包括以下步骤：

1、卸下直剪仪试验系统的上剪切盒5和下剪切盒7，填筑对应的试验土样。

2、将下剪切盒7安装于运动执行机构9的动平台13上，并依次安装格栅压片6、上剪切盒5、承载板4，调节水平位移约束装置8，通过水平位移约束装置8约束上剪切盒5水平及竖向位移，使其运动至工作位置。

3、运动执行机构9由初始位置移动到工作位置，调节加载装置1气动轴进入承载板4安装孔后，进行竖向压力加载。初始位置是所有推杆电机伸缩量为零时对应的位置；工作位置是所有推杆电机伸缩量为总行程的一半时对应的位置；

4、待竖向压力加载完毕后，通过运动执行机构9控制动平台13移动方向、位移、速度。假设试验需实现的剪切位移为m、竖向位移n、剪切速度k、竖向速度h，剪切角度θ，由此得到动平台13需要移动的位移、速度分别为：

由结构尺寸参数可确定动平台12及定平台22铰链点中心在各自坐标系中的坐标分别为机构运动后动平台12铰链点在{o}系中的坐标为：

结合式(1)、(2)，建立平台12运动后推杆电机16运动量表达式：

由此可得到驱动变化量为：

q＝[q₁ q₂ q₃]^T＝l-l₀ (4)

式中：l＝[l₁ l₂ l₃]^T、分别为推杆电机16运动前后长度矢量。

结合式(1)，伸缩杆速度为：

式中：G为一阶影响系数矩阵，其值与运动执行机构9位置参数S及结构参数有关。

5、试验运行过程中，通过控制系统记录运动执行机构9各电机处位移、速度、作用力等数据，记录间隔为1s。根据上述运动数据及机构运动、动力学模型，实时解算直剪仪剪切方向、剪切位移、剪切速度、剪切力、竖向加载力等参数，并写于数据库，用于实时显示、反馈控制及数据后处理。上述各参数计算过程为：

剪切位移

运动执行机构位置正解为已知驱动输入计算动平台输出，位置正解比较复杂，传统方法需要大量的公式推导，计算过程复杂、很难实现实时伺服控制，另外由数值法得到的正解结果往往是多解的，这就需要剔除不合理的结果。基于上述问题，本发明提出一种基于影响系数法的实时正解迭代算法。具体方法如下，系统检测到推杆电机16的位移量为l'＝[l₁' l'₂ l₃']^T：

(a)将移动量划分为k份，每段区间内分支微小移动量为

(b)迭代开始时，动平台13位置为S₀＝[0 0 0]^T，并假设t_j时刻平台位置参数为S_j。

(c)计算机构处于当前位置下的一、二阶影响系数矩阵G_j、H_j以及速度、加速度转换矩阵

(d)计算一阶影响系数矩阵G_j的行列式值，当det(G_j)值为零或接近零时，停止迭代，认为在此组驱动输入下机构没有合理正解；否则继续。

(e)各分支在时间t_j～t_j+1内分别移动δl_j，结合式(6)计算在此过程中推杆电机16速度矢量分别为

(f)由并联机构运动学理论，结合式(6-8)计算动平台13位置参数对时间的一阶导数，对应的映射关系为

式中：G_j、H_j分别为运动执行机构9对应的一、二阶影响系数矩阵。

(g)动平台13在t_j～t_j+1时间内以初速度V_j、加速度A_j由位置S_j运动到S_j+1，结合式(6)～(8)，动平台13位置改变量为

(h)计算t_j+1时刻动平台13位置参数为S_j+1＝S_j+δS_j。

(i)通过运动学模型计算动平台13位置为S_j+1时各推杆电机16驱动量l_j+1，并计算各推杆电机16位移迭代精度若λ_i最大值及绝对值的和均小于设定值，可认为该S_j+1为所求值，即S(t)＝S_j+1否则继续。

经过上述迭代，可得出如下计算公式：

剪切位移为：

竖向位移为：n(t)＝S(t,3) (11)

剪切角度为：

剪切速度

系统读取推杆电机16处速度为根据式(10)-(12)计算机构一阶影响系数矩阵G(t)，对应的动平台13空间三维移动速度为：

则剪切速度及竖向速度分别为：

剪切速度为：

竖向速度为：h(t)＝V(t,3) (14)

剪切力

系统读取推杆电机16处驱动力为f(t)＝[f₁(t) f₂(t) f₃(t)]^T，由式(10)-(12)计算机构一阶影响系数矩阵G(t)，动平台13受力计算公式为：

F(t)＝[F₁(t) F₂(t) F₃(t)]^T＝G^T(t)f(t)

则剪切力与竖向加载力分别为：

剪切力：

竖向加载力：δ(t)＝F(t,3)-G (16)

式中，G为动平台13、支撑板2以及上(下)剪切盒5(7)的重量。

6、运行过程中，根据直剪仪的竖向加载位移(11)及速度(14)，作为闭环反馈值实时修正动平台13位移，使其始终在垂直方向保持相对静止。

7、待运动执行机构9运行停止后，对加载装置1泄压，控制运动执行机构9运动至零位，如果要改变土工合成材料试件，则重复步骤(1)～(5)；如果要改变加载力，则重复步骤(3)～(5)；如果要改变剪切方向，则重复步骤(4)～(5)。

8、试验完毕后，按照数据库存储的数据依据规范绘制相应的曲线。

Claims (8)

1.一种可实现三维空间各向移动大型直剪仪，其特征在于：所述可实现三维空间各向移动大型直剪仪包括试验台架、电控柜、工作平台、加载装置、支撑装置、水平位移约束装置、运动执行机构、上剪切盒、格栅压片、下剪切盒以及承载板；所述工作平台设置在试验台架上；所述电控柜、水平位移约束装置以及支撑装置均设置在工作平台上；所述加载装置与支撑装置相连并通过支撑装置设置在工作平台上；所述运动执行机构设置在试验台架上；所述加载装置的底部设置有承载板；所述上剪切盒、格栅压片以及下剪切盒自上而下设置在运动执行机构的上表面；所述加载装置通过承载板向上剪切盒、格栅压片以及下剪切盒施加竖向压力；所述水平位移约束装置与上剪切盒相连；待进行剪切试验的土工合成材料呈圆形，其直径与下剪切盒外径相同，待进行剪切试验的土工合成材料置于格栅压片以及下剪切盒的上端面之间；所述运动执行机构带动下剪切盒进行空间三维移动；所述电控柜分别与加载装置以及运动执行机构相连；

所述运动执行机构包括动平台、定平台以及三个结构完全相同的伸缩型运动分支；所述定平台设置在试验台架上；所述工作平台上设置有分支运动孔；所述动平台置于工作平台之上；所述下剪切盒设置在动平台上；所述伸缩型运动分支穿过工作平台上的分支运动孔后分别与动平台以及定平台相连；所述定平台通过伸缩型运动分支带动动平台以及下剪切盒进行空间三维移动。

2.根据权利要求1所述的可实现三维空间各向移动大型直剪仪，其特征在于：所述伸缩型运动分支包括上转动轴、上轴承、推杆电机、铰座、下转动轴、下轴承、滑块以及导轨；所述导轨设置在定平台上；所述铰座通过滑块设置在导轨上并可在导轨上自如滑动；所述推杆电机的顶部通过上转动轴设置在上轴承中；所述上轴承设置在动平台上；所述推杆电机的底部通过下转动轴设置在下轴承中；所述下轴承设置在铰座上；所述电控柜与推杆电机相连；在推杆电机的驱动下，动平台沿导轨的轴线移动绕上转动轴和/或下转动轴的轴向摆动。

3.根据权利要求2所述的可实现三维空间各向移动大型直剪仪，其特征在于：所述三个结构完全相同的伸缩型运动分支的导轨以正三角形式均匀布置于定平台上。

4.根据权利要求3所述的可实现三维空间各向移动大型直剪仪，其特征在于：所述动平台为六边形，对应外接圆直径至少为500 mm；所述定平台为矩形，最小尺寸为900×680×14mm；所述动平台性能参数为：水平任意方向移动范围至少为±60 mm、垂向移动范围至少为±50 mm；水平任意方向承载力至少为0.5 t、垂向承载力至少为1.5 t。

5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的可实现三维空间各向移动大型直剪仪，其特征在于：所述水平位移约束装置包括定位块、丝杠、套筒、手轮以及基座；所述基座设置在工作平台上；所述套筒设置在基座上；所述套筒套装在丝杠外部并与丝杠啮合；所述丝杠的两端分别设置有手轮以及定位块；所述定位块与上剪切盒相连；所述水平位移约束装置是结构完全相同的两组；所述两组结构完全相同的水平位移约束装置以丝杠轴线互成120°。

6.根据权利要求5所述的可实现三维空间各向移动大型直剪仪，其特征在于：所述上剪切盒的外侧壁上设置有支座以及与支座相连且与定位块相匹配的定位槽；所述上剪切盒呈空心圆柱体结构，所述上剪切盒的内径至少为200 mm、壁厚至少10 mm、高度至少为110 mm；所述下剪切盒的内径至少为300 mm、厚度至少为10 mm；所述承载板的直径至少为195 mm、厚度至少为20 mm，所述承载板的直径与上剪切盒的内径之差应在2～5 mm范围内；所述格栅压片的直径与下剪切盒的直径相同，厚度至多为5 mm。

7.根据权利要求6所述的可实现三维空间各向移动大型直剪仪，其特征在于：所述试验台架是由角钢焊接而成的桁架式结构，所述试验台架的外表面设置有钣金包裹层；所述工作平台尺寸至少为1500×700×14 mm，所述工作平台上的分支运动孔的直径不小于120mm；所述支撑装置包括支撑板以及支撑杆；所述支撑板通过支撑杆设置在工作平台上；所述加载装置设置在支撑板上。

8.一种基于如权利要求7所述的可实现三维空间各向移动大型直剪仪的待进行剪切试验的土工合成材料的试验方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1）卸下上剪切盒以及下剪切盒，并在上剪切盒以及下剪切盒中装填与待进行剪切试验的土工合成材料相对应的试验土样；

2）将下剪切盒安装于运动执行机构动平台上表面，并在待进行剪切试验的土工合成材料置于下剪切盒的上表面，在待进行剪切试验的土工合成材料的上表面依次安装格栅压片、上剪切盒以及承载板，调整上剪切盒角度，并旋转水平位移约束装置的手轮，待定位块与定位槽表面贴合后调节上剪切盒运动至工作位置；

3）通过电控柜控制运动执行机构由初始位置运行至工作位置，调节加载装置通过加载对上剪切盒进行竖向压力加载；所述初始位置是所有推杆电机伸缩量为零时对应的位置；所述工作位置是所有推杆电机伸缩量为总行程的一半时对应的位置；

4）待竖向压力加载完毕后，根据试验要求在电控柜中输入所需的剪切方向、剪切位移以及剪切速度，由运动执行机构通过推杆电机开始对待进行剪切试验的土工合成材料进行试验；

5）试验运行过程中，实时记录运动执行机构中各推杆电机处的位移、速度以及作用力，采集频率为1～5Hz；系统根据运动动力学模型实时解算剪切方向、剪切位移、剪切速度以及剪切力；

6）待试验结束后，保存试验数据，将加载装置的压力泄压，运动执行机构回初始位置按照存储的试验数据绘制相应曲线及分析结果。