CN108693049A - 非饱和土蒸发脱湿直剪仪及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供非饱和土蒸发脱湿直剪仪及使用方法，包括：底座，设置在底座上的剪切盒、水平加载装置、垂直加载装置、基质吸力测定装置、促进蒸发脱湿装置；所述剪切盒内放置待测试样；所述基质吸力测定装置设置于待测试样中；所述垂直加载装置设置于剪切盒上方，为剪切盒提供垂直加载；所述水平加载装置与剪切盒连接，为剪切盒提供水平加载，所述促进蒸发脱湿装置放置于剪切盒内。本发明解决了现有非饱和土直剪仪不能模拟自然土体脱湿状态，能准确测量非饱和土脱湿过程中土体强度参数。

Description

非饱和土蒸发脱湿直剪仪及使用方法

技术领域

本发明属于土木工程仪器测试技术领域，涉及非饱和土蒸发脱湿直剪仪及使用方法。

背景技术

非饱和土力学涉及的一系列工程，如土坝的建造与运行、环境变化情况下的天然土坡、开挖土方的边坡稳定、膨胀土造成的地面隆起及湿陷性土中的许多实际问题，均要对土的渗流、体变和抗剪强度特性有所了解才能解决。对饱和土和干燥土，抗剪强度都与饱和土中的有效应力成正比。当土体处于非饱和状态时，水、气和土颗粒三相共存，其抗剪强度规律将完全不同于饱和或干燥的情况。因此研究非饱和土基质吸力对其抗剪强度的影响，对边坡稳定性的评估和预测具有重要的作用。干湿循环后非饱和土的强度会降低已经成为共识然而，同一干湿循环过程，脱湿中土样的强度变化规律却因为不同的干湿循环方式而出现差异。导致这些差异的主要原因是强度试验过程中脱湿方式与土体的天然状脱离。

目前在室内土工试验中研究土体强度的试验方法主要有：直剪仪、三轴仪、平面应变仪和真三轴仪等。为了模拟实际边坡类似的应力条件研究边坡滑坡破坏机制，直剪试验是较为常用并且简单的试验方法。

1、轴平移技术控制基质吸力的试样与天然土体状态不同：

目前针对非饱和土开发的直剪仪常采用轴平移技术来控制、量测基质吸力，轴平移法是同时增加孔隙气压力和孔隙水压力，使试样中的净应力状态变量保持不变。轴平移技术能够避免土体出现负孔隙水压力发生气蚀，但不能真正模拟天然非饱和土体的基质吸力状态。Toll通过大量的试验发现：控制吸力相等时，用轴平移技术控制基质吸力的土体含水量大于土体自然情况下的含水量。即相同基质吸力条件下，轴平移技术控制基质吸力的试样与天然土体状态不同。

2、轴平移技术的压力室气密性难以保证：

目前常用的非饱和土直剪仪为给土样加气压，将整个直剪仪器的剪切系统用密封的压力室密封起来，不仅使其直剪仪结构变得复杂，并且增加了保持压力室气密性的难题，很难真实反映天然非饱和土体的吸力状态。

3、难以保证剪切过程中试样处于蒸发脱湿的自然状态：

试样在剪切过程中，其处于蒸发脱湿状态与所处环境的湿度、温度有必然关系，不能保证其处于何种状态。

4、试验周期长、成本高：

国内外大多采用双压力室非饱和土三轴试验仪。然而，采用双压力室非饱和土三轴试验仪测定非饱和土的抗剪强度，需要耗费大量成本购买专用仪器，并且试验周期很长，对于时间紧张或者经济资源有限的实际工程项目来说，非饱和土的抗剪强度参数测定非常困难。

发明内容

为了达到上述目的，本发明提供一种非饱和土蒸发脱湿直剪仪及使用方法，解决了现有技术中存在的问题。

本发明所采用的技术方案是，非饱和土蒸发脱湿直剪仪，包括：底座33，设置在底座33上的剪切盒1、垂直加载装置2、水平加载装置3、基质吸力测定装置4、促进蒸发脱湿装置17，其特征在于，所述剪切盒1内放置待测试样24，所述基质吸力测定装置4设置于待测试样24中，所述垂直加载装置2设置于剪切盒1上方，所述水平加载装置3与剪切盒1连接，设置于剪切盒1的两端，所述促进蒸发脱湿装置17与剪切盒1连接。

优选的，所述待测试样24上部依次放置多孔有机玻璃板28和传压板25，所述传压板25中间设有连通孔。

优选的，所述基质吸力测定装置4包括快速反应张力计15和数显表16，所述快速反应张力计15放置在待测试样24剪切面的顶部，快速反应张力计15探头直径为1CM，所述快速反应张力计15上设置有弹簧23，所述快速反应张力计15内放置有陶土板31，所述陶土板31与待测试样24紧密接触，数显表16固定于底座33侧方，所述快速反应张力计15与数显表16通过导线连接。

优选的，所述陶土板31还能放置在待测试样24钻孔后靠近剪切面的位置，钻孔深度最大为1/2待测试样24的高度，钻孔直径与快速反应张力计15的外侧直径相同。

优选的，所述剪切盒1包括上剪切盒6、下剪切盒7和剪切盒顶盖8；所述下剪切盒7可移动的设置在底座33上，所述底座33上设有滚珠35形成的滚珠导轨32，滚珠导轨32为并列的两行，下剪切盒7设置在滚珠导轨32上，所述上剪切盒6放置于下剪切盒7的上方，上剪切盒6与下剪切盒7的内腔形状相同且尺寸相等，形成环刀试样，且对应处设有插销孔27，叠放对齐后销钉26穿过插销孔27将上剪切盒6与下剪切盒7固定连接，所述剪切盒顶盖8设置于传压板25上方，销钉26穿过插销孔27将剪切盒顶盖8与传压板25固定连接，所述剪切盒顶盖8与传压板25之间设有一定距离。

优选的，所述促进蒸发脱湿装置17包括发热电阻21和导热金属板22，所述发热电阻21和导热金属板22依次放入下剪切盒7内，良好且均匀接触，所述发热电阻21的功率为5W。

优选的，所述导热金属板22与待测试样24底部无缝隙接触。

优选的，所述垂直加载装置2包括载荷气缸9、压力传感器10，所述压力传感器10设置于载荷气缸9的端部，所述载荷气缸9的顶部设有横梁36，横梁36两端固定有立柱37，所述横梁36中部设有轴压杆34。

优选的，所述水平加载装置3包括推进器11、量力环12、水平位移计13和固定挡板14，所述推进器11与剪切盒1的下剪切盒7一侧固定连接，所述量力环12与剪切盒1的上剪切盒6一侧固定连接，水平位移计13连接量力环12与固定挡板14，所述固定挡板14与底座33固定连接。

非饱和土蒸发脱湿直剪仪的使用方法，其特征在于，所述非饱和土蒸发脱湿直剪仪的操作步骤为：

步骤一：将发热电阻21和导热金属板22依次放入下剪切盒7内，上剪切盒6和下剪切盒7叠放对齐后通过销钉26连接，下剪切盒7一侧与水平加载装置3的推进器11连接，上剪切盒6一侧与量力环12端部连接；

步骤二：用与剪切盒1界面尺寸相同的环刀制取待测试样24，待测试样24中心根据需要钻取待测试样孔，钻孔深度最大为1/2待测试样高度，钻孔直径与快速反应张力计15的外侧直径相同；

步骤三：将环刀内的待测试样24置于上剪切盒6上，用脱模器将待测试样24压入到上剪切盒6和下剪切盒7内，使待测试样24底部与导热金属板22无缝隙接触，待测试样24上部依次放置多孔有机玻璃板28和传压板25，将快速反应张力计15放入传压板25中间的连通孔中，放置弹簧23，将剪切盒顶盖8放置在传压板25上部并用销钉26连接紧固，使快速反应张力计15底端的陶土板31与待测试样24紧密接触，此时数显表16会显示读数，所述数显表16测量试样基质吸力；

步骤四：缓慢转动水平加载装置3的推进器11，通过推进杆推动下剪切盒7，通过移动副缓慢平行滑动，使水平位移计13指针微动时停止，所述水平位移计13测量试样的水平剪切位移，将连接上剪切盒6与下剪切盒7的插销从插销孔27中拔出后，使剪切盒1内的待测试样24处于剪切初始状态，即上剪切盒6和下剪切盒7处于相对移动的初始状态；

步骤五：将横梁36中部的轴压杆34对准剪切盒顶盖8中心，并调节竖向荷载，传载杆推动剪切盒顶盖8向下运动，对待测试样24施加预定的垂直压力；

步骤六：打开USB电源开关，调节速率控制器，启动伺服电机，水平推进器带动推进杆，推动下剪切盒7水平沿滚珠导轨32水平移动，水平位移计13测量下剪切盒7的水平位移距离，即和待测试样24剪切面的水平剪切位移相同；

步骤七：提前对待测试样24发热电阻作用下的蒸发速率进行标定，标定时将饱和待测试样24放入剪切盒1内，按照步骤1-3的操作，将各部件连接牢固，放到电子天平上确定水分减少量与时间的关系，电子天平分度值为0.01g；

步骤八：试验过程中，通过记录试验时间、水平剪切位移、基质吸力、含水量变化和竖直压力，计算待测试样的抗剪强度。

本发明的有益效果是：

1、待测试样处于自然状态下，保持土体孔隙气压与大气压相等，能够真正模拟天然非饱和土体的吸力状态，试验时土体吸力状态与边坡地表附近非饱和土体的状态相同。

2、试样处于自然状态下，避免将整个直剪仪的剪切系统用密封的压力室密封起来，不仅使其直剪仪结构变得简单，并且避开保持压力室气密性的难题。

3、促进蒸发脱湿装置，使试样在剪切过程中处于蒸发脱湿的自然状态。

4、现有技术的非饱和土反压直剪仪UBPS,采用轴平移技术控制基质吸力,一个非饱和试样反压直剪试验，每次时间需一到两周，售价90万；ZFY-1型非饱和土应变控制式直剪仪，采用轴平移技术控制基质吸力，剪切速率为0.002-2mm/min，售价5.3万；而本发明采用快速反应张力计测定基质吸力，剪切速率为0.015-1.8mm/min，成本价约1万。本发明装置操作方便、构造简单、易于掌握，快速反应张力计读数迅速，试验周期短，成本低廉。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是非饱和土蒸发脱湿直剪仪正面结构示意图。

图2是非饱和土蒸发脱湿直剪仪侧面结构示意图。

图3是非饱和土蒸发脱湿直剪仪剪切盒结构示意图。

图4是上剪切盒正视示意图。

图5是上剪切盒俯视示意图。

图6是下剪切盒正视示意图。

图7是下剪切盒俯视示意图。

图8是传压板俯视示意图。

图9是传压板正视示意图。

图10是剪切盒顶盖俯视示意图。

图11是剪切盒顶盖正视示意图。

图12是销钉示意图。

图13是垂直加载装置示意图

图14是水平加载装置示意图。

图15是多孔有机玻璃板俯视示意图。

图16是多孔有机玻璃板正视示意图。

图中，剪切盒-1，垂直加载装置-2，水平加载装置-3，基质吸力测定装置-4，促进蒸发脱湿装置-17，上剪切盒-6，下剪切盒-7，剪切盒顶盖-8，载荷气缸-9，压力传感器-10，推进器-11，量力环-12，水平位移计-13，固定挡板-14，快速反应张力计-15，数显表-16，发热电阻-21，导热金属板-22弹簧-23，待测试样-24，传压板-25，销钉-26，插销孔-27，多孔有机玻璃板-28，陶土板-31，滚珠导路-32，底座-33，轴压杆-34，滚珠-35，横梁-36、立柱-37。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参考图1-16，非饱和土蒸发脱湿直剪仪，包括：底座33，设置在底座33上的剪切盒1、垂直加载装置2、水平加载装置3、基质吸力测定装置4、促进蒸发脱湿装置17，其特征在于，所述剪切盒1内放置待测试样24，所述基质吸力测定装置4放置于待测试样24中，所述垂直加载装置2设置于剪切盒1上方，为剪切盒1提供垂直加载，所述水平加载装置3与剪切盒1连接，设置于剪切盒1的两端，为剪切盒1提供水平加载，所述促进蒸发脱湿装置17与剪切盒1连接，促进蒸发脱湿装置17能够使待测试样24在剪切过程中加快水分蒸发、脱湿，能够模拟土体自然脱湿状态。

优选的，所述待测试样24上部依次放置多孔有机玻璃板28和传压板25，所述传压板25中间设有连通孔；所述多孔有机玻璃板28中间有大孔，周围有小孔，多孔有机玻璃板28中间大孔直径与传压板25连通孔直径相同，多孔有机玻璃板28的设置增强了待测试样24与大气的连通性，保持待测试样24孔隙气压与大气压相等，使待测试样24处于自然状态下，模拟天然非饱和土体的吸力状态。

优选的，所述基质吸力测定装置4包括快速反应张力计15和数显表16，所述快速反应张力计15内部低端放置有陶土板31，其量程为0-500kPa，精度为0.2％FS，温度范围为－10-60℃，所述快速反应张力计15的外径与多孔有机玻璃板28中间的大孔直径和传压板25连通孔直径相同，快速反应张力计15穿过多孔有机玻璃板28中间的大孔和传压板25连通孔放置在待测试样24剪切面的顶部，使快速反应张力计15内部低端的陶土板31与待测试样24紧密接触，其中陶土板31相当于感应探头，陶土板31用水饱和后，孔隙气—液交界面上产生表面张力，使得陶土板31两侧的气、液两相隔绝开来，因此采用快速反应张力计15可直接快速的测量出基质吸力，同时多孔有机玻璃版28与传压板25也保证了快速反应张力计的稳定，快速反应张力计15探头直径为1CM，所述快速反应张力计15上设置有弹簧23，数显表16固定于底座33侧方，所述快速反应张力计15与数显表16通过导线连接。

本实施例中，采用快速反应张力15计测定基质吸力，剪切盒1直接暴露在大气中，不需要压力室进行密闭，故避免将整个直剪仪的剪切系统用密封的压力室密封起来，不仅使其直剪仪结构变得简单，并且避开保持压力室气密性的难题。

优选的，所述陶土板31还能放置在待测试样24钻孔后靠近剪切面的位置，所述钻孔深度最大为1/2待测试样24的高度，所述钻孔直径与快速反应张力计15的外侧直径相同。

优选的，所述剪切盒1包括上剪切盒6、下剪切盒7和剪切盒顶盖8；所述下剪切盒7可移动的设置在底座33上，所述底座33上设有滚珠35形成的滚珠导轨32，滚珠导轨32为并列的两行，下剪切盒7设置在滚珠导轨32上，所述上剪切盒6放置于下剪切盒7的上方，上剪切盒6与下剪切盒7的内腔形状相同且尺寸相等，形成环刀试样，且对应处设有插销孔27，叠放对齐后销钉26穿过插销孔27将上剪切盒6与下剪切盒7固定连接，所述剪切盒顶盖8设置于传压板25上方，销钉26穿过插销孔27将剪切盒顶盖8与传压板25固定连接，所述剪切盒顶盖8与传压板25之间设有一定距离，设有一定距离是由于弹簧23设置于快速反应张力计15上，用销钉26固定连接剪切盒顶盖8与传压板25，可通过销钉26调节弹簧23松紧，从而可调节陶土板31底面位于待测试样24的合适位置，所述剪切盒顶盖8中间凸起的部分用于固定弹簧23。

优选的，所述促进蒸发脱湿装置17包括发热电阻21和导热金属板22，所述发热电阻21和导热金属板22依次放入下剪切盒7内，良好且均匀接触，所述发热电阻21的功率为5W，为了使待测试样24的蒸发速率与自然环境下待测试样24蒸发速率相似，若功率过大与实际蒸发速率不符；待测试样24剪切过程中，发热电阻21工作，温度升高，促进待测试样24的水分蒸发，模拟天然非饱和土体的吸力状态，试验时待测试样24吸力状态与边坡地表附近非饱和待测试样的状态相同。

优选的，所述导热金属板22与待测试样24底部无缝隙接触。

优选的，所述垂直加载装置2包括载荷气缸9、压力传感器10，所述压力传感器10设置于载荷气缸9的端部，所述载荷气缸9的顶部设有横梁36，横梁36两端固定有立柱37，所述横梁36中部设有轴压杆34，所述轴压杆34与剪切盒顶盖8的中心接触，其中轴压杆34由荷载气缸9控制，对待测试样施24加竖向荷载，所述立柱37支撑整个垂直加载装置2。

优选的，所述水平加载装置3包括推进器11、量力环12、水平位移计13和固定挡板14，所述推进器11与剪切盒1的下剪切盒7一侧固定连接，所述量力环12与剪切盒1的上剪切盒6一侧固定连接，水平位移计13连接量力环12与固定挡板14，所述固定挡板14与底座33固定连接。

实施例一：

参考图1-16，本发明提供非饱和土蒸发脱湿直剪仪的使用方法，其特征在于，所述非饱和土蒸发脱湿直剪仪的操作步骤为：

步骤一：将发热电阻21和导热金属板22依次放入下剪切盒7内，上剪切盒6和下剪切盒7叠放对齐后通过销钉26连接，下剪切盒7一侧与水平加载装置3的推进器11连接，上剪切盒6一侧与量力环12端部连接，为剪切盒1提供水平加载；

步骤二：用与剪切盒1空腔界面尺寸相同的环刀制取待测试样24；

步骤三：将环刀内的待测试样24置于上剪切盒6内腔上，用脱模器将待测试样24压入到上剪切盒6和下剪切盒7内，使待测试样24底部与导热金属板22无缝隙接触，待测试样24上部依次放置多孔有机玻璃板28和传压板25，将快速反应张力计15放入传压板25中间的连通孔中，在快速反应张力计15上放置弹簧23，将剪切盒顶盖8放置在传压板25上部并用销钉26连接紧固，用剪切盒顶盖8中间凸起的部分固定弹簧23，使快速反应张力计15底端的陶土板31与待测试样24紧密接触，此时数显表16会显示读数，所述数显表16测量试样基质吸力；

步骤四：缓慢转动水平加载装置3的推进器11，通过推进杆推动下剪切盒7，通过移动副缓慢平行滑动，使水平位移计13指针微动时停止，所述水平位移计13测量试样的水平剪切位移，将连接上剪切盒6与下剪切盒7的插销从插销孔27中拔出后，使剪切盒1内的待测试样24处于剪切初始状态，即上剪切盒6和下剪切盒7处于相对移动的初始状态；

步骤五：将横梁36中部的轴压杆34对准剪切盒顶盖8中心，并调节竖向荷载，传载杆推动剪切盒顶盖8向下运动，对待测试样24施加预定的垂直压力；

步骤六：打开USB电源开关，调节速率控制器，启动伺服电机，水平推进器带动推进杆，推动下剪切盒7水平沿滚珠导轨32水平移动，水平位移计13测量下剪切盒7的水平位移距离，即和待测试样24剪切面的水平剪切位移相同；

步骤七：提前对待测试样24发热电阻作用下的蒸发速率进行标定，标定时将饱和待测试样24放入剪切盒1内，按照步骤1-3的操作，将各部件连接牢固，放到电子天平上确定水分减少量与时间的关系，电子天平分度值为0.01g。

步骤八：试验过程中，通过记录试验时间、水平剪切位移、基质吸力、含水量变化和竖直压力，计算待测试样的抗剪强度。

实施例二：

参考图1-16，本发明提供非饱和土蒸发脱湿直剪仪的使用方法，其特征在于，所述非饱和土蒸发脱湿直剪仪的操作步骤为：

步骤一：将发热电阻21和导热金属板22依次放入下剪切盒7内，上剪切盒6和下剪切盒7叠放对齐后通过销钉26连接，下剪切盒7一侧与水平加载装置3的推进器11连接，上剪切盒6一侧与量力环12端部连接，为剪切盒1提供水平加载；

步骤二：用与剪切盒1空腔界面尺寸相同的环刀制取待测试样24，在待测试样24中心钻取待测试样孔，钻孔深度最大为1/2待测试样高度，钻孔直径与快速反应张力计15的外侧直径相同，直径相同能保证待测试样24的完整性，钻孔直径过小，快速反应张力计15无法放入到待测试样24的钻孔中，钻孔直径过大，快速反应张力计15周围与钻孔造成空隙，即上剪切盒内待测试样24(待测试样上半部分)应力集中，试样破坏，试验失败；

步骤三：将环刀内的待测试样24置于上剪切盒6内腔上，用脱模器将待测试样24压入到上剪切盒6和下剪切盒7内，使待测试样24底部与导热金属板22无缝隙接触，待测试样24上部依次放置多孔有机玻璃板28和传压板25，将快速反应张力计15放入传压板25中间的连通孔中，在快速反应张力计15上放置弹簧23，将剪切盒顶盖8放置在传压板25上部并用销钉26连接紧固，用剪切盒顶盖8中间凸起的部分固定弹簧23，使快速反应张力计15底端的陶土板31与待测试样24剪切面紧密接触，此时数显表16会显示读数，所述数显表16测量试样基质吸力；

步骤四：缓慢转动水平加载装置3的推进器11，通过推进杆推动下剪切盒7，通过移动副缓慢平行滑动，使水平位移计13指针微动时停止，所述水平位移计13测量试样的水平剪切位移，将连接上剪切盒6与下剪切盒7的插销从插销孔27中拔出后，使剪切盒1内的待测试样24处于剪切初始状态，即上剪切盒6和下剪切盒7处于相对移动的初始状态；

步骤五：将横梁36中部的轴压杆34对准剪切盒顶盖8中心，并调节竖向荷载，传载杆推动剪切盒顶盖8向下运动，对待测试样24施加预定的垂直压力；

步骤六：打开USB电源开关，调节速率控制器，启动伺服电机，水平推进器带动推进杆，推动下剪切盒7水平沿滚珠导轨32水平移动，水平位移计13测量下剪切盒7的水平位移距离，即和待测试样24剪切面的水平剪切位移相同；

步骤七：提前对待测试样24发热电阻作用下的蒸发速率进行标定，标定时将饱和待测试样24放入剪切盒1内，按照步骤1-3的操作，将各部件连接牢固，放到电子天平上确定水分减少量与时间的关系，电子天平分度值为0.01g。

步骤八：试验过程中，通过记录试验时间、水平剪切位移、基质吸力、含水量变化和竖直压力，计算待测试样的抗剪强度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.非饱和土蒸发脱湿直剪仪，包括：底座(33)，设置在底座(33)上的剪切盒(1)、垂直加载装置(2)、水平加载装置(3)、基质吸力测定装置(4)、促进蒸发脱湿装置(17)，其特征在于，所述剪切盒(1)内放置待测试样(24)，所述基质吸力测定装置(4)设置于待测试样(24)中，所述垂直加载装置(2)设置于剪切盒(1)上方，所述水平加载装置(3)与剪切盒(1)连接，设置于剪切盒(1)的两端，所述促进蒸发脱湿装置(17)与剪切盒(1)连接。

2.根据权利要求1所述的非饱和土蒸发脱湿直剪仪，其特征在于，所述待测试样(24)上部依次放置多孔有机玻璃板(28)和传压板(25)，所述传压板(25)中间设有连通孔。

3.根据权利要求1所述的非饱和土蒸发脱湿直剪仪，其特征在于，所述基质吸力测定装置(4)包括快速反应张力计(15)和数显表(16)，所述快速反应张力计(15)放置在待测试样(24)剪切面的顶部，快速反应张力计(15)探头直径为1CM，所述快速反应张力计(15)上设置有弹簧(23)，所述快速反应张力计(15)内放置有陶土板(31)，所述陶土板(31)与待测试样(24)紧密接触，数显表(16)固定于底座(33)侧方，所述快速反应张力计(15)与数显表(16)通过导线连接。

4.根据权利要求3所述的非饱和土蒸发脱湿直剪仪，其特征在于，所述陶土板(31)还能放置在待测试样(24)钻孔后靠近剪切面的位置，钻孔深度最大为1/2待测试样(24)的高度，钻孔直径与快速反应张力计(15)的外侧直径相同。

5.根据权利要求1所述的非饱和土蒸发脱湿直剪仪，其特征在于，所述剪切盒(1)包括上剪切盒(6)、下剪切盒(7)和剪切盒顶盖(8)；所述下剪切盒(7)可移动的设置在底座(33)上，所述底座(33)上设有滚珠(35)形成的滚珠导轨(32)，滚珠导轨(32)为并列的两行，下剪切盒(7)设置在滚珠导轨(32)上，所述上剪切盒(6)放置于下剪切盒(7)的上方，上剪切盒(6)与下剪切盒(7)的内腔形状相同且尺寸相等，形成环刀试样，且对应处设有插销孔(27)，叠放对齐后销钉(26)穿过插销孔(27)将上剪切盒(6)与下剪切盒(7)固定连接，所述剪切盒顶盖(8)设置于传压板(25)上方，销钉(26)穿过插销孔(27)将剪切盒顶盖(8)与传压板(25)固定连接，所述剪切盒顶盖(8)与传压板(25)之间设有一定距离。

6.根据权利要求1所述的非饱和土蒸发脱湿直剪仪，其特征在于，所述促进蒸发脱湿装置(17)包括发热电阻(21)和导热金属板(22)，所述发热电阻(21)和导热金属板(22)依次放入下剪切盒(7)内，良好且均匀接触，所述发热电阻(21)的功率为5W。

7.根据权利要求6所述的非饱和土蒸发脱湿直剪仪，其特征在于，所述导热金属板(22)与待测试样(24)底部无缝隙接触。

8.根据权利要求1所述的非饱和土蒸发脱湿直剪仪，其特征在于，所述垂直加载装置(2)包括载荷气缸(9)、压力传感器(10)，所述压力传感器(10)设置于载荷气缸(9)的端部，所述载荷气缸(9)的顶部设有横梁(36)，横梁(36)两端固定有立柱(37)，所述横梁(36)中部设有轴压杆(34)。

9.根据权利要求1所述的非饱和土蒸发脱湿直剪仪，其特征在于，所述水平加载装置(3)包括推进器(11)、量力环(12)、水平位移计(13)和固定挡板(14)，所述推进器(11)与剪切盒(1)的下剪切盒(7)一侧固定连接，所述量力环(12)与剪切盒(1)的上剪切盒(6)一侧固定连接，水平位移计(13)连接量力环(12)与固定挡板(14)，所述固定挡板(14)与底座(33)固定连接。

10.基于权利要求1-9任一权利要求项所述的非饱和土蒸发脱湿直剪仪的使用方法，其特征在于，所述非饱和土蒸发脱湿直剪仪的操作步骤为：

步骤一：将发热电阻(21)和导热金属板(22)依次放入下剪切盒(7)内，上剪切盒(6)和下剪切盒(7)叠放对齐后通过销钉(26)连接，下剪切盒(7)一侧与水平加载装置(3)的推进器(11)连接，上剪切盒(6)一侧与量力环(12)端部连接；

步骤二：用与剪切盒(1)界面尺寸相同的环刀制取待测试样(24)，待测试样(24)中心根据需要钻取待测试样孔，钻孔深度最大为1/2待测试样高度，钻孔直径与快速反应张力计(15)的外侧直径相同；

步骤三：将环刀内的待测试样(24)置于上剪切盒(6)上，用脱模器将待测试样(24)压入到上剪切盒(6)和下剪切盒(7)内，使待测试样(24)底部与导热金属板(22)无缝隙接触，待测试样(24)上部依次放置多孔有机玻璃板(28)和传压板(25)，将快速反应张力计(15)放入传压板(25)中间的连通孔中，放置弹簧(23)，将剪切盒顶盖(8)放置在传压板(25)上部并用销钉(26)连接紧固，使快速反应张力计(15)底端的陶土板(31)与待测试样(24)紧密接触，此时数显表(16)会显示读数，所述数显表(16)测量试样基质吸力；

步骤四：缓慢转动水平加载装置(3)的推进器(11)，通过推进杆推动下剪切盒(7)，通过移动副缓慢平行滑动，使水平位移计(13)指针微动时停止，所述水平位移计(13)测量试样的水平剪切位移，将连接上剪切盒(6)与下剪切盒(7)的插销从插销孔(27)中拔出后，使剪切盒(1)内的待测试样(24)处于剪切初始状态，即上剪切盒(6)和下剪切盒(7)处于相对移动的初始状态；

步骤五：将横梁(36)中部的轴压杆(34)对准剪切盒顶盖(8)中心，并调节竖向荷载，传载杆推动剪切盒顶盖(8)向下运动，对待测试样(24)施加预定的垂直压力；

步骤六：打开USB电源开关，调节速率控制器，启动伺服电机，水平推进器带动推进杆，推动下剪切盒(7)水平沿滚珠导轨(32)水平移动，水平位移计(13)测量下剪切盒(7)的水平位移距离，即和待测试样(24)剪切面的水平剪切位移相同；

步骤七：提前对待测试样24发热电阻作用下的蒸发速率进行标定，标定时将饱和待测试样24放入剪切盒1内，按照步骤1-3的操作，将各部件连接牢固，放到电子天平上确定水分减少量与时间的关系，电子天平分度值为0.01g；

步骤八：试验过程中，通过记录试验时间、水平剪切位移、基质吸力、含水量变化和竖直压力，计算待测试样的抗剪强度。