CN109211687A - 用于高压实膨润土非饱和剪切性质研究的全自动直剪仪 - Google Patents

Abstract

本发明属于土木工程(岩土)及地质工程技术领域，公开了一种用于高压实膨润土非饱和剪切性质研究的全自动直剪仪，该仪器主要包括剪切系统、法向压力加载系统、量测系统、自动控制与数据采集系统、气相法吸力控制系统5个部分。剪切系统采用伺服电机实现剪切速率或剪力的连续加、卸载，法向压力加载系统采用空气压缩机和滚动隔膜气缸实现法向应力的连续加、卸载，量测系统采用高精度传感器测量法向位移、剪切位移和剪力，自动控制与数据采集系统通过计算机软件自动控制试验进程、数据采集和显示，气相法吸力控制系统通过饱和盐溶液和组合式密封罩控制剪切盒密封罩内的环境湿度。本发明实现了高压实膨润土非饱和剪切性质的自动化测试。

Description

用于高压实膨润土非饱和剪切性质研究的全自动直剪仪

技术领域

本发明涉及一种用于高压实膨润土非饱和剪切性质研究的全自动直剪仪，属于土木工程(岩土)及地质工程技术领域。

背景技术

高水平放射性废物(简称“高放废物”)具有放射性强、半衰期长、毒性大的特点。目前，国际上公认采用深地质处置法，将其封存在地下500-1000m的地层中。在深地质处置库概念中，缓冲回填材料应具备维持工程结构稳定、阻止地下水渗流、阻滞核素迁移等关键功能。经过对各种黏土矿物的比选研究，膨润土基材料由于具有强膨胀性、低渗透性和强吸附性，被各国优选作为深地质处置库缓冲回填材料。

深地质处置库中，工程屏障一般采用高压实膨润土块体拼接而成。在处置孔封闭后，围岩中的地下水不断渗入缓冲回填材料。由于超低的渗透系数(10^-12m/s)，缓冲回填材料将在很长时间内(可达10年)处于非饱和状态。另外，由于深埋地下，在处置库围岩变形过程中，加载在缓冲回填材料上的压力将逐渐达到很高的水平。一方面，膨润土块体拼接界面为优势渗流通道，渗流过程中界面将逐渐粘接愈合，不同愈合程度时具有不同的界面剪切性质。另一方面，膨润土块体也可能发生剪切变形，形成局部渗流通道，破坏工程结构的完整性、加速工程屏障的饱和进程。因此，研究缓冲回填材料饱和过程中的界面和块体剪切性质的演化，对评估工程屏障系统的饱和进程及其对核素迁移的影响至关重要。

针对土体剪切试验，既有的应变控制式直剪仪多为杠杆式，法向压力通过砝码加载，剪切速率采用手动或电动加载，多采用机械仪表测量位移和剪力，人工采集数据；一般地，可施加的最大法向压力为0.4MPa、最大剪应力为0.4MPa，剪切速率为固定分级。然而，非饱和状态时高压实膨润土的黏聚力可高达约2MPa，在低法向压力条件下无法测量其剪切强度参数。此外，高压实膨润土试样对环境湿度非常敏感，既有直剪仪无法满足非饱和剪切试验的要求。针对压实膨润土的剪切性质，现有研究工作主要是采用应变控制式直剪仪，对低干密度压实膨润土的饱和剪切强度进行试验研究；而针对高干密度、非饱和剪切强度、非饱和剪切蠕变性质的研究鲜有报道。

基于此，本发明设计了一种用于高压实膨润土非饱和剪切性质研究的全自动直剪仪，开展室内试验研究，为深地质处置库研究工作提供科学依据。

发明内容

技术问题：针对深地质处置库中缓冲回填材料承受围岩应力，且长期处于非饱和状态的情况，开发了一种全自动直剪仪，用于开展高压实膨润土非饱和剪切强度、剪切蠕变性质的试验研究。本发明总体可靠易行，成果可为高放废物处置库工程屏障系统的设计、施工及安全评估提供基础依据，具有重要工程意义和实践价值。

技术方案：本发明为一种用于高压实膨润土非饱和剪切性质研究的全自动直剪仪。该仪器主要包括剪切系统、法向压力加载系统、量测系统、自动控制与数据采集系统、气相法吸力控制系统。

其中，剪切系统采用伺服电机提供剪切速率或剪力的加、卸载；伺服电机可提供的剪切速率范围为0.002～2.4mm/min，且可无级变速；伺服电机可提供的最大剪力大于10KN，且可连续加、卸载；既可进行应变控制直剪试验，也可进行剪切(直剪)蠕变试验。

剪切系统中配置有剪切盒，剪切盒配置组合式密封罩，可通过气相法吸力控制系统(吸力范围4.2～309MPa)对密封罩内的环境湿度进行控制，避免剪切过程中试样湿度状态(吸力值)受环境湿度影响。

法向压力加载系统采用空气压缩机提供气源压力，并设置手动和自动调压阀；采用滚动隔膜气缸加载法向压力，可提供的法向压力范围为0～2MPa，且可连续加、卸载。

量测系统采用高精度位移传感器测量法向位移和剪切位移，可测量的位移范围为0～10mm；采用高精度力传感器测量剪力，可测量的剪力范围为0～10KN；各传感器接入数据采集系统，实时采集和显示试验数据(时间、变形和剪力)。

自动控制与数据采集系统通过集成控制箱，由计算机对试验进行自动化控制，包括试验类型、法向压力、剪切速率/剪力、数据采集方式和间隔、试验结束条件。

下面对本发明的各组成系统进行详细说明：

1)所述的剪切系统包括底座、推进机构、滚动导轨、剪切盒。底座包括底板、固定端、两根立柱、横梁。固定端、两根立柱分别固定于底板上，且固定端位于底板的右端，两根立柱分别位于底板的前后两端；横梁的一端为横梁固定端，其另一端为横梁转动端，横梁固定端与一根立柱转动连接，横梁转动端设置有上下贯穿的开口槽，可嵌入另一根立柱；横梁转动端可通过横梁固定端围绕一根立柱向外侧转动，以便放置剪切盒；剪切试验时，横梁转动端通过开口槽嵌入另一根立柱，且横梁的两端分别与前后两端的立柱使用盖型螺帽在立柱的顶部锁固。推进机构、滚动导轨分别固定于底板上，且推进机构位于底板的左端；滚动导轨位于横梁的下方，两根立柱之间。推进机构采用伺服电机，可施加特定剪切速率或剪力；本发明中，伺服电机可提供的剪切速率范围为0.002～2.4mm/min，且可无级变速；伺服电机可提供的最大剪力大于10KN，且可连接加、卸载。剪切盒采用常规剪切盒，分为下剪切盒、上剪切盒，上剪切盒位于下剪切盒的上方，下剪切盒滑动放置于滚动导轨上，滚动导轨上的两排滚轮分别嵌入下剪切盒底部的两道滑槽内；安装试样时，上、下剪切盒的左右两端之间分别采用销钉锁固连接；剪切试验开始前，旋转拧除销钉。本发明中，剪切盒上增设密封罩；密封罩安装于下剪切盒上，由外圈和顶盖组合而成，顶盖中间设置条形穿孔(可采用垫片封闭)。对应于销钉的上方位置，在密封罩顶盖的两侧分别安装第一气动快插接头和第二气动快插接头。试样放置于上、下剪切盒形成的空腔内，试样上、下各放置一块透水石，上方透水石顶部放置加载帽，加载帽顶部放置钢珠；透水石、加载帽均位于剪切盒及密封罩内部。下剪切盒的端头与推进机构的轴承端头相互卡接；剪切试验时，推进机构的轴承端头推动下剪切盒，在试样上施加剪切速率或剪力。

2)所述的法向压力加载系统包括空气压缩机、手动调压阀、滚动隔膜气缸。手动调压阀安装于空气压缩机上，滚动隔膜气缸采用螺钉固定于横梁上，空气压缩机、手动调压阀、滚动隔膜气缸三者依次通过导管连接。空气压缩机提供气源压力，手动调压阀用于手动控制空气压缩机的输出气压；滚动隔膜气缸通过压缩空气向下推动内部的隔膜和活塞，加载法向压力。本发明中，滚动隔膜气缸可加载的法向压力范围为0～2MPa，且可连续加、卸载。

3)所述的量测系统包括剪力传感器、法向位移传感器和剪切位移传感器。剪力传感器采用拉压力传感器，其一端采用螺栓固定于固定端，另一端与上剪切盒卡接，测量推进机构在试样上施加的剪力。法向位移传感器采用螺钉固定于滚动隔膜气缸上，测量滚动隔膜气缸活塞的法向位移。剪切位移传感器采用螺钉固定于推进机构上，测量下剪切盒的水平位移。

4)所述的自动控制与数据采集系统包括气源压力自动控制与显示单元、法向压力自动控制与显示单元、手动控制与显示单元、计算机，计算机中安装有自动控制软件。气源压力自动控制与显示单元、法向压力自动控制与显示单元、手动控制与显示单元集成为控制箱，连接至计算机。气源压力自动控制采用电气比例阀(集成于控制箱内部)，可设置最高、最低气压值，其中最高气压值应低于手动调压阀的设置气压值。当气压低于最低设置气压值时，空气压缩机自动启动，加压至最高设置气压值，从而使气源压力自动维持在设定范围内。法向压力、剪力的加卸载采用自动控制软件控制，恒定速率剪切(包括快进、快退)可通过自动控制软件或手动控制单元操作。剪力传感器、法向位移传感器和剪切位移传感器分别通过数据线接入控制箱，控制箱通过数据线接入计算机；试验过程中，由自动控制软件实时采集试验数据，并显示数据值和关系曲线。

5)所述的气相法吸力控制系统包括隔膜气泵、饱和盐溶液瓶、蒸汽净化瓶。隔膜气泵通过导管与第二气动快插接头连接，蒸汽净化瓶通过导管与第一气动快插接头连接，隔膜气泵、饱和盐溶液瓶、蒸汽净化瓶之间依次通过导管连接。饱和盐溶液瓶用于放置饱和盐溶液，隔膜气泵鼓动饱和盐溶液，产生对应湿度(吸力值)的蒸汽进入蒸汽净化瓶，蒸汽净化瓶过滤可能进入管路的液体。蒸气经第一气动快插接口进入剪切盒密封罩，经第二气动快插接口返回隔膜气泵，形成蒸汽循环路径，保证剪切盒密封罩内的空气湿度(吸力)与饱和盐溶液的蒸汽湿度(吸力)相同。本发明中，气相法吸力控制系统的吸力控制范围为4.2～309MPa。

与现有技术相比，本发明具有如下优势：

(1)法向压力加载采用滚动隔膜气缸，可加载的法向压力范围为0～2MPa，且可连续加、卸载；剪切速率加载采用伺服电机，可提供的剪切速率范围为0.002～2.4mm/min，且可无级变速；剪力加载采用伺服电机，可提供的最大剪力大于10KN，且可连续加、卸载。

(2)采用高精度位移传感器测量法向变形、剪切变形，采用高精度拉压力传感器测量剪力，实现了试验数据的实时量测、采集和显示。

(3)采用集成式控制箱和计算机自动控制软件，实现了法向压力、剪切速率、剪力的加、卸载，以及数据采集和显示的自动化控制。

(4)在常规剪切盒上增设组合式密封罩、气相法吸力控制系统，可控制的吸力范围为4.2～309MPa，防止剪切过程中外部环境(空气湿度)对试样吸力状态的影响。

(5)既可进行应变控制式直剪试验，也可进行剪切(直剪)蠕变试验。

(6)可实现吸力控制条件下高压实膨润土非饱和剪切性质、剪切蠕变性质的试验研究，总体可靠易行，可为高放废物处置库工程屏障系统的设计、施工及安全评估提供基础依据，具有重要工程意义和实践价值。

附图说明

图1为本发明实施例提供的剪切系统、法向压力加载系统、量测系统的正视图；

图2为本发明实施例提供的剪切系统、法向压力加载系统、量测系统的俯视图；

图3为本发明实施例提供的法向压力加载系统(气源压力控制部分)的示意图；

图4为本发明实施例提供的自动控制与数据采集系统的示意图；

图5为本发明实施例提供的气相法吸力控制系统的示意图。

其中：1为底板；2为固定端；3为立柱；4为横梁；5为推进机构；6为滚动导轨；7为下剪切盒；8为上剪切盒；9为销钉；10为密封罩；11a为第一气动快插接头；11b为第二气动快插接头；12为试样；13为透水石；14为试样帽；15为钢珠；16为空气压缩机；17为手动调压阀；18为滚动隔膜气缸；19为剪力传感器；20为法向位移传感器；21为剪切位移传感器；22为气源压力控制与显示单元；23为法向压力控制与显示单元；24为手动控制与显示单元；25为计算机；26为隔膜气泵；27为饱和盐溶液瓶；28为蒸汽净化瓶。

具体实施方式

以下结合实施案例对本发明予以详细说明。

如图1至图5所示，本发明提供一种用于高压实膨润土非饱和剪切性质研究的全自动直剪仪，包括剪切系统、法向压力加载系统、量测系统、自动控制与数据采集系统、气相法吸力控制系统。

所述的剪切系统包括底座、推进机构5、滚动导轨6、剪切盒。底座包括底板1、固定端2、两根立柱3、横梁4。固定端2、两根立柱3分别使用螺栓固定于底板1上，且固定端2位于底板1的右端，两根立柱3分别位于底板1的前后两端；横梁4的一端为横梁固定端，其另一端为横梁转动端，横梁固定端与一根立柱3转动连接，横梁转动端设置有上下贯穿的开口槽，可嵌入另一根立柱3；横梁转动端可通过横梁固定端围绕一根立柱3向外侧转动，以便放置剪切盒；剪切试验时，横梁转动端通过开口槽嵌入另一根立柱3，且横梁4的两端分别与前后两端的立柱3使用盖型螺帽在立柱3的顶部锁固。推进机构5、滚动导轨6分别使用螺栓固定于底板1上，且推进机构5位于底板1的左端；滚动导轨6位于横梁4的下方，两根立柱3之间。推进机构5采用伺服电机，可施加特定剪切速率或剪力；本发明中，伺服电机可提供的剪切速率范围为0.002～2.4mm/min，且可无级变速；伺服电机可提供的最大剪力大于10KN，且可连接加、卸载。剪切盒采用常规剪切盒，分为下剪切盒7、上剪切盒8，上剪切盒8位于下剪切盒7的上方，下剪切盒7滑动放置于滚动导轨6上，滚动导轨上的两排滚轮分别嵌入下剪切盒底部的两道滑槽内；安装试样时，上、下剪切盒的左右两端之间分别采用销钉9锁固连接。剪切试验开始前，旋转拧除销钉9。本发明中，在常规剪切盒上增设密封罩10，密封罩10安装于下剪切盒7上，由外圈和顶盖组合而成，顶盖中间设置条形穿孔(可采用垫片封闭)。对应于销钉9的上方位置，在密封罩10顶盖的两侧分别安装第一气动快插接头11a和第二气动快插接头11b。试样12放置于上、下剪切盒形成的空腔内，试样12的上、下各放置一块透水石13，上方透水石13顶部放置加载帽14，加载帽14顶部放置钢珠15；透水石13、加载帽14均位于剪切盒及密封罩10内部。下剪切盒7的端头与推进机构5的轴承端头相互卡接；剪切试验时，推进机构5的轴承端头推动下剪切盒7，在试样12上施加剪切速率或剪力。

所述的法向压力加载系统包括空气压缩机16、手动调压阀17、滚动隔膜气缸18。手动调压阀17安装于空气压缩机16上，滚动隔膜气缸18采用螺钉固定于横梁4上。空气压缩机16提供气源压力，手动调压阀17用于手动控制空气压缩机16的输出气压；滚动隔膜气缸18通过压缩空气向下推动内部的隔膜和活塞，加载法向压力。空气压缩机16、手动调压阀17、滚动隔膜气缸18依次通过导管连接。本发明中，滚动隔膜气缸18可加载的法向压力范围为0～2MPa，且可实现连续加、卸载。

所述的量测系统包括剪力传感器19、法向位移传感器20和剪切位移传感器21。剪力传感器19采用拉压力传感器，其一端采用螺栓固定于固定端2，另一端与上剪切盒8卡接，测量推进机构5在试样12上施加的剪力。法向位移传感器20采用螺钉固定于滚动隔膜气缸18上，测量滚动隔膜气缸18活塞的法向位移。剪切位移传感器21采用螺钉固定于推进机构5上，测量下剪切盒7的水平位移。

所述的自动控制与数据采集系统包括气源压力自动控制与显示单元22、法向压力自动控制与显示单元23、手动控制与显示单元24、计算机25，计算机25中安装有自动控制软件。气源压力自动控制与显示单元22、法向压力自动控制与显示单元23、手动控制与显示单元24集成为控制箱，连接至计算机。气源压力自动控制采用电气比例阀集成于控制箱内部，可设置最高、最低气压值，其中最高气压值应低于手动调压阀17的设置气压值。当气压低于最低设置气压值时，空气压缩机16自动启动，加压至最高设置气压值，从而使气源压力自动维持在设定范围内。法向压力、剪力的加卸载采用自动控制软件控制，恒定速率剪切(包括快进、快退)可通过自动控制软件或手动控制单元24操作。剪力传感器19、法向位移传感器20和剪切位移传感器21分别通过数据线接入控制箱，控制箱通过数据线接入计算机；试验过程中，由自动控制软件实时采集试验数据，并显示数据值和关系曲线。

所述的气相法吸力控制系统包括隔膜气泵26、饱和盐溶液瓶27、蒸汽净化瓶28。隔膜气泵26通过导管与第二气动快插接头11b连接，蒸汽净化瓶28通过导管与第一气动快插接头11a连接，隔膜气泵26、饱和盐溶液瓶27、蒸汽净化瓶28之间依次通过导管连接。饱和盐溶液瓶27用于放置饱和盐溶液，隔膜气泵26鼓动饱和盐溶液，产生对应湿度(吸力值)的蒸汽进入蒸汽净化瓶28，蒸汽净化瓶28过滤可能进入管路的液体。蒸气经第一气动快插接口11a进入剪切盒密封罩，经第二气动快插接口返回隔膜气泵26，形成蒸汽循环路径，保证剪切盒密封罩内的空气湿度(吸力)与饱和盐溶液的蒸汽湿度(吸力)相同。本发明中，气相法吸力控制系统的可控制吸力范围为4.2～309MPa。

本发明提供的用于高压实膨润土非饱和剪切性质研究的全自动直剪仪的工作方式如下：

1)试样准备：高压实膨润土试样尺寸为直径61.8mm、高度20mm，干密度1.7g/cm³。剪切试验前，试样采用气相法吸力控制、恒体积平衡达到质量稳定。同时，剪切盒内的透水石、滤纸在对应吸力下预先平衡。

2)试样安装：上、下剪切盒用销钉锁固，放入下部透水石、滤纸，压入试样，放入上部滤纸、透水石、试样帽和钢珠，安装密封罩外圈；滚动隔膜气缸转至外侧后，将剪切盒放入滚动导轨，旋转拧除销钉，装密封罩顶盖。将滚动隔膜气缸转回、横梁转动端嵌入一侧立柱，滚动隔膜气缸的活塞压头穿过密封罩顶盖和封闭垫片的开孔、接触钢珠，锁紧两侧立柱顶端的帽型螺母。最后，连接气相法吸力控制系统，启动隔膜气泵。

3)试验过程：将控制箱与计算机连接，启动自动控制软件，建立试验项目。施加法向压力10kPa、剪力30N，使试样与剪切盒充分接触；将法向位移、剪切位移、剪力清零，准备正式开展剪切试验。对于应变控制式直剪试验，输入法向压力、剪切速率、试验结束条件(如剪切变形3mm)以及数据采集间隔(如剪切变形每0.002mm)，依次启动法向压力和剪切速率，开始应变控制式直剪试验。对于剪切蠕变试验，输入法向压力、剪力、结束条件(如剪切变形3mm)以及数据采集间隔(如每6s)，依次启动法向压力和剪力，开始剪切蠕变试验。对于固结直剪试验，启动法向压力后固结24h，再启动剪切速率或剪力。

上述实施案例是为方便该技术领域的普通技术人员理解和应用本发明，实际参数设置应以试样性质和试验目的为准。本发明内容不限于所述的实施案例，本领域技术人员根据本发明的原理，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改应在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于高压实膨润土非饱和剪切性质研究的全自动直剪仪，其特征在于：包括剪切系统、法向压力加载系统、量测系统、自动控制与数据采集系统、气相法吸力控制系统；

所述剪切系统中配置普通剪切盒，用于放置试样；剪切盒上配置有组合式密封罩，密封罩与气相法吸力控制系统连接，通过气相法吸力控制系统对剪切盒密封罩内的环境湿度进行控制；

所述剪切系统采用伺服电机为剪切盒提供剪切速率或剪力，既可进行应变控制直剪试验，也可进行剪切(直剪)蠕变试验；所述法向压力加载系统采用空气压缩机提供气源压力，采用滚动隔膜气缸通过压缩空气为试样提供法向压力；

所述量测系统采用高精度位移、力传感器量测试样的法向位移、剪切位移和剪力，并接入自动控制与数据采集系统，实时采集、显示试验数据和关系曲线；

所述自动控制与数据采集系统通过集成式控制箱，由计算机对试验进行自动化控制。

2.根据权利要求1所述的用于高压实膨润土非饱和剪切性质研究的全自动直剪仪，其特征在于：

所述的剪切系统包括底座、推进机构(5)、滚动导轨(6)、剪切盒；

所述底座包括底板(1)、固定端(2)、两根立柱(3)、横梁(4)；所述固定端(2)、两根立柱(3)分别固定于底板(1)上，且固定端(2)位于底板(1)的右端，两根立柱(3)分别位于底板(1)的前后两端；横梁(4)的一端为横梁固定端，其另一端为横梁转动端，横梁固定端与一根立柱(3)转动连接，横梁转动端设置有上下贯穿的开口槽，可嵌入另一根立柱(3)；横梁转动端可通过横梁固定端围绕一根立柱(3)向外侧转动，以便放置剪切盒；剪切试验时，横梁转动端通过开口槽嵌入另一根立柱(3)，且横梁(4)的两端分别与两根立柱(3)在立柱(3)的顶部使用盖型螺帽锁固；

所述推进机构(5)采用伺服电机；所述推进机构(5)、滚动导轨(6)分别固定于底板(1)上，且推进机构(5)位于底板(1)的左端，滚动导轨(6)位于横梁(4)的下方，两根立柱(3)之间；

所述剪切盒分为下剪切盒(7)、上剪切盒(8)；上剪切盒(8)位于下剪切盒(7)的上方，下剪切盒(7)滑动放置于滚动导轨(6)上；安装试样时，上、下剪切盒的左右两端之间分别采用销钉(9)锁固连接；剪切试验开始前，旋转拧除销钉(9)；剪切盒上设置有密封罩(10)，密封罩(10)包括外圈和顶盖，外圈安装于下剪切盒(7)上，顶盖安装在外圈顶部，且顶盖中间设置有条形穿孔和封闭垫片；对应于销钉(9)的上方位置，在密封罩(10)顶盖上分别安装第一气动快插接头(11a)和第二气动快插接头(11b)；试样(12)放置于上、下剪切盒形成的空腔内，试样(12)的上、下各放置一块透水石(13)，上方透水石(13)顶部放置加载帽(14)，加载帽(14)顶部放置钢珠(15)；下剪切盒(7)的端头与推进机构(5)的轴承端头相互卡接；剪切试验时，推进机构(5)推动下剪切盒(7)，在试样(12)上施加剪切速率或剪力。

所述的法向压力加载系统包括空气压缩机(16)、手动调压阀(17)、滚动隔膜气缸(18)；空气压缩机(16)、手动调压阀(17)、滚动隔膜气缸(18)之间依次通过导管连接；手动调压阀(17)安装于空气压缩机(16)上，用于手动控制空气压缩机(16)的输出气压；滚动隔膜气缸(18)固定于横梁(4)上，通过压缩空气向下推动内部的隔膜和活塞，加载法向压力；

所述的量测系统包括剪力传感器(19)、法向位移传感器(20)和剪切位移传感器(21)；所述剪力传感器(19)采用拉压力传感器，其一端采用螺栓固定于固定端(2)，另一端与上剪切盒(8)卡接，测量推进机构(5)在试样(12)上施加的剪力；所述法向位移传感器(20)采用螺钉固定于滚动隔膜气缸(18)上，测量滚动隔膜气缸(18)活塞的法向位移；所述剪切位移传感器(21)采用螺钉固定于推进机构(5)上，测量下剪切盒(7)的水平位移；

所述的自动控制与数据采集系统包括气源压力自动控制与显示单元(22)、法向压力自动控制与显示单元(23)、手动控制与显示单元(24)、计算机(25)；所述计算机(25)中安装有自动控制软件；所述气源压力自动控制与显示单元(22)、法向压力自动控制与显示单元(23)、手动控制与显示单元(24)集成为控制箱，连接至计算机；所述剪力传感器(19)、法向位移传感器(20)和剪切位移传感器(21)分别接入控制箱，由自动控制软件实时采集试验数据，并显示数据值和关系曲线；法向压力、剪力的加卸载采用自动控制软件控制，恒定速率剪切(包括快进、快退)通过自动控制软件或手动控制与显示单元(24)操作；

所述的气相法吸力控制系统包括隔膜气泵(26)、饱和盐溶液瓶(27)、蒸汽净化瓶(28)；所述隔膜气泵(26)通过导管与第二气动快插接头(11b)连接，所述蒸汽净化瓶(28)通过导管与第一气动快插接头(11a)连接，所述隔膜气泵(26)、饱和盐溶液瓶(27)、蒸汽净化瓶(28)之间依次通过导管连接；所述饱和盐溶液瓶(27)用于放置饱和盐溶液；所述隔膜气泵(26)鼓动饱和盐溶液，产生对应湿度(吸力值)的蒸汽进入蒸汽净化瓶(28)，蒸汽净化瓶(28)过滤可能进入管路的液体；蒸气经第一气动快插接口(11a)进入剪切盒密封罩，经第二气动快插接口(11b)返回隔膜气泵(26)，形成蒸汽循环路径，保证剪切盒密封罩内的空气湿度(吸力)与饱和盐溶液的蒸汽湿度(吸力)相同。

3.根据权利要求2所述的用于高压实膨润土非饱和剪切性质研究的全自动直剪仪，其特征在于：所述推进机构(5)采用伺服电机，其可提供的剪切速率范围为0.002～2.4mm/min，且可无级变速；其可提供的最大剪力大于10KN，且可连续加、卸载。

4.根据权利要求2所述的用于高压实膨润土非饱和剪切性质研究的全自动直剪仪，其特征在于：所述滚动隔膜气缸(18)可加载的法向压力范围为0～2MPa，且可连续加、卸载。

5.根据权利要求2所述的用于高压实膨润土非饱和剪切性质研究的全自动直剪仪，其特征在于：所述剪力传感器(19)的测量范围为0～10KN；所述法向位移传感器(20)、剪切位移传感器(21)的测量范围为0～10mm。

6.根据权利要求2所述的用于高压实膨润土非饱和剪切性质研究的全自动直剪仪，其特征在于：气源压力自动控制采用电气比例阀，可设置最高、最低气压值，其中最高气压值应低于手动调压阀(17)设置的气压值；气压低于最低设置气压值时，空气压缩机(16)自动启动，加压至最高设置气压值，从而使气源压力自动维持在设定范围内。

7.根据权利要求2所述的用于高压实膨润土非饱和剪切性质研究的全自动直剪仪，其特征在于：所述气相法吸力控制系统的可控制的吸力范围为4.2～309MPa。

8.根据权利要求2所述的用于高压实膨润土非饱和剪切性质研究的全自动直剪仪，其特征在于：所述计算机对试验进行自动化控制包括试验类型、法向压力、剪切速率/剪力、数据采集方式和间隔、试验结束条件。