CN112067467B - 研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法 - Google Patents

研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法，试验开始前，在低温环境试验间内，组装反力框架组件、滑动组件和驱动加载单元；利用起重工具将剪切工作单元吊装并固定在滑动组件上，在剪切工作单元所围成的剪切土箱内填入试验用土，将装填就绪剪切工作单元推入主框架剪切工作区，安装抗剪梁，安装并连接测量传感设备，调整并使得驱动加载单元的动力输出端抵顶在剪切工作单元相应的位置上；试验开始，开启低温环境试验机制冷风机和低温循环冷浴至设定温度，保持恒温36‑48小时，启动控制系统和驱动加载单元；控制系统控制驱动加载单元为剪切土箱施加竖向和横向荷载，并通过测量采集系统传输给控制系统。通过双向负荷传感器及位移传感器的动态反馈，实现变形控制或力控制的冻土剪切加载，可精确再现管间冻土平面应变状态下剪切滑移的发展演变。

Description

研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法
技术领域
本发明涉及冻结管幕管间冻土剪切滑移测量方法技术领域。具体地说是研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法。
背景技术
传统冻结技术中冻结壁的作用在于封水和承载，而管幕冻结技术中承载主体为管幕(小间距排列的大直径钢管)，冻结壁的作用重点在于封水，其承载功能被弱化和转移，管幕冻结目的在于减少工冻土体积，减轻土体冻融给环境造成的不利影响。冻土具有较强的流变性，管幕冻结工程中冻结壁相对较薄，开挖后管间冻土受周边环境温度影响显著，在地层荷载的作用下，管间冻土会呈现沿管壁一定程度的滑移变形，滑移面为空间曲面，滑移路径复杂。传统冻土直剪仪剪切面为平面，无法满足这类问题的研究需要。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法，包括冻土常规直剪试验、管间冻土剪切滑移强度试验、管壁冻土冻结附着强度试验、管间冻土的剪切滑移蠕变试验；用于研究沿不同管径、不同高度圆弧曲面、不同粗糙度圆弧表面、不同冷板布置位置等多因素影响下管间冻土在法向力和切向力共同作用下的剪切破坏规律的试验方法。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法，包括如下步骤：
(A)试验开始前，在低温环境试验间内，组装反力框架组件、滑动组件和驱动加载单元，滑动组件和驱动加载单元安装在反力框架组件上；
(B)利用起重工具将剪切工作单元吊装并固定在滑动组件上，并在剪切工作单元所围成的剪切土箱内填入试验用土，并按设计密度压实，直至到达设计土体厚度；并将装入试验用土的剪切工作单元推入主框架剪切工作区，并使其与反力框架组件充分抵顶接触；
(C)调整反力框架组件上的驱动加载单元的动力输出端的伸出长度，使得驱动加载单元的动力输出端接触并抵顶在剪切工作单元相应位置上，便于对剪切工作单元进行横向和竖向驱动力加载；
(D)在反力框架组件上布置测量采集系统，测量采集系统与布置在低温环境试验间外的控制系统通信连接；测量采集系统采集剪切工作单元内冻土的剪切滑移过程中的负荷、位移及温度信息，并将采集的数据传输给控制系统；
(E)试验开始，启动控制系统和驱动加载单元，控制系统控制驱动加载单元为剪切土箱施加一定的竖向荷载，然后控制低温环境试验间内的环境温度并保持恒温36-48小时和通过低温循环冷浴系统对剪切工作单元的试验用土进行低温冻结；
(F)控制系统控制驱动加载单元为剪切土箱施加竖向和横向荷载，并通过测量采集系统传输给控制系统。
本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：
1、该试验装置在不安装钢管情况下可进行冻土常规直剪试验，安装钢管后既可进行管间冻土剪切滑移强度试验，又可进行管壁冻土冻结附着强度试验，同时也可以进行管幕管间冻土的剪切滑移蠕变试验。
2、通过调整两个楔形托架间的相对位置,变更不同直径钢管及配套尺寸的土箱活动底板管,可以模拟不同管径圆弧曲面上冻土的剪切滑移破坏的规律。
3、通过升降板高度调节螺栓并根据刻度尺和水平气泡管调整钢管突出土箱活动底板的弧段高度，进而可以模拟不同高度圆弧曲面上冻土的剪切滑移破坏的规律。
4、通过钢管外表面滚花或堆焊处理可以在钢管外表面加工出不同深浅的条纹,进而可以模拟不同粗糙度圆弧曲面上冻土的剪切滑移破坏的规律。
5、通过调整弧形冷板在钢管内壁的不同布置方位和冷板温度，可以模拟实际管幕冻结工程中不同冻结管布置位置对管间冻土剪切滑移的影响规律。
6、本申请设置横向加载单元，并通过位于上剪切板的土箱上剪切板横向负荷传感器和位于下剪切板的下土箱横向负荷传感器，按照变形控制或力控制进行横向剪切加载，使得所测量的剪切滑移数据更加精确。
7、本申请设置了高分辨率CCD照相，透过亚克力板对冻土的动态变形过程进行拍照，利用相关软件通过数字图像与变形进行分析，再现冻土滑移演变过程。
8、本申请在竖向加载板设置了加载板限位滚轮，在倒U形剪切框上设置了倒U形剪切框侧板减摩滚轮，可视土箱侧板单元上设置土箱上口侧向限位滚轮，从而减少了竖向加载板、倒U形剪切框和可视土箱侧板单元之间的摩擦，减少剪切过程的干扰因素，从而使得测量采集系统的测量数据更加准确。设置双向加载单元，通过双向负荷传感器及位移传感器的动态反馈，实现变形控制或力控制的冻土剪切加载，可精确再现管间冻土平面应变状态下剪切滑移的发展演变。
9、通过设置试验准备区和剪切工作区，使得安装过程更加方便和快速。
10、在竖向加载单元设置了带有凸球面的压杆和带有凹球面的加载杆，可以防止在横向剪切过程中，竖向加载单元与竖向加载板的滑脱。
11、为保证土箱内冻土温度边界稳定，实验装置需置于低温环境内，本申请中实验装置置于低温环境试验间内，采用制冷风机为该试验间提供持续冷量，低温环境试验间温度波动±1℃。
12、本申请中的低温循环冷浴的制冷液输出泵采用变频泵，变频泵通过变频器控制，变频器连接温控仪表，仪表采用温差控制方式通过变频器控制变频泵转速，进而控制低温循环冷浴的冷量输出，使得U形制冷管的温度更加准确。
附图说明
图1本发明研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法的不同圆弧曲面高度剪切试验示意图；
图2本发明研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法的系统示意图；
图3本发明研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法正视结构示意图；
图4本发明研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法的侧视结构示意图；
图5本发明研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法的剖视结构示意图；
图6本发明研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法的另一个剖视结构示意图；
图7本发明研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法的竖向加载板结构示意图；
图8本发明研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法的倒U形剪切框正视结构示意图及局部剖面结构示意图；
图9本发明研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法的倒U形剪切框俯视结构示意图；
图10本发明研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法的倒U形剪切框侧视结构示意图；
图11本发明研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法的上土箱横向负荷传感器及抗剪梁位置关系示意图；
图12本发明研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法的土箱侧板组装俯视结构示意图及局部剖面结构示意图；
图13本发明研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法的倒U形剪切框与土箱侧板组装俯视结构示意图；
图14本发明研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法的钢管支座箱正视剖面结构示意图；
图15本发明研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法的另一幅钢管支座箱正视剖面结构示意图；
图16本发明研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法的钢管支座箱俯视剖面示意图；
图17a本发明研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法的升降板与托架板位置关系俯视结构示意图；
图17b本发明研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法的升降板与托架板位置关系侧视结构示意图；
图18a本发明研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法的楔形托架正面结构示意图；
图18b本发明研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法的楔形托架侧面结构示意图；
图19本发明研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法的土箱侧板上口水平限位关系示意图；
图20本发明研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法的钢管支座箱侧板与升降板托架板位置关系示意图；
图21本发明研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法的安装弧面制冷板后的钢管的结构示意图；
图22本发明研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法的弧形冷板平面示意图。
图23本发明研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法的冻土直剪试验示意图；
图24本发明研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法的管壁冻土冻结附着强度试验全断面试验方案示意图；
图25本发明研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法的管壁冻土冻结附着强度试验部分断面试验方案示意图；
图26本发明研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法的管壁冻土冻结附着强度试验非管壁冻土减阻结构示意图；
图27a本发明研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法的不同弧形冷板布置方式示意图在钢管12时-2时布置；
图27b本发明研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法的不同弧形冷板布置方式示意图，在钢管的11时-13时布置。
图中附图标记表示为：
100-反力框架组件；200-滑动组件；300-竖向加载单元；400- 横向加载单元；500-剪切工作单元；600-测量采集系统；700-控制系统；800-驱动器箱；900-低温环境试验间；1000-低温循环冷浴系统；
1-1-主框架立柱；1-2-主框架顶横梁；1-3-主框架中横梁；1-4- 主框架中连梁；1-5-主框架限位连梁；1-6-主框架顶连梁；1-7-侧框架顶横梁；1-8-侧框架立柱；1-9-侧框架斜支撑；1-10-框架底盘主横梁；1-11-框架底盘次梁；1-12-横向荷载支撑支座；1-13-框架底盘面板；1-14-水平限位挡板；1-15-水平限位挡板调整螺栓
2-1-滑轨；2-2-滑块；2-3-滑台；2-4-限位挡板；2-7-滑台靠山； 2-8-尾顶支座；2-9-倒L形夹具；
3-1-竖向伺服电机；3-2-竖向减速机；3-3-竖向作动缸；
4-1-横向伺服电机；4-2-横向减速机；4-3-横向作动缸；
51-竖向加载板；52-倒U形剪切框；53-可视土箱侧板单元；54- 钢管支座箱；
51-0-加载杆；51-1-加载杆支座；51-2-加劲肋板；51-3-传压板； 51-4-加载板限位滚轮支架；51-5-限位滚轮支架固定框；51-6-竖向加载板起重吊环；
52-1-上剪切板；52-1-1-限位销钉插孔，52-1-2-限位销钉，52-2- 倒U形剪切框侧板；52-3-上剪切板趾板；52-4-倒U形剪切框侧板减摩滚轮；52-5-倒U形剪切框侧板起重吊环；
53-1-土箱侧板框架；53-2-土箱侧板；53-3-土箱侧板拉结条； 53-4-土箱上口侧向限位滚轮；53-5-土箱上口侧向限位滚轮安装板； 53-6-角钢方框
54-1-下剪切板；54-2-钢管支座箱底板；54-3-支撑箱侧板竖向加劲肋板；54-4-土箱活动底板支撑台阶；54-5-钢管支座箱侧板； 54-6-高度调节螺栓上部固定板；54-7-下剪切板起重吊环；54-8-土箱下剪切板檐板；54-9-托架板；54-10-升降板；54-11-楔形托架；54-12-支座箱限位挡板；54-13-托架板限位滚轮支架；54-14-土箱活动底板；54-15-钢管；54-16-托架板T形槽；54-17托架板螺栓紧固孔；54-18-X向限位滚轮；54-19-Y向限位滚轮；54-20-升降板角点突出部；54-21-升降板高度调节螺栓；54-22-高度调节A螺母；54-23- 高度调节B螺母；54-24-水平气泡管；54-25-升降托架连接板；54-26- 托架斜板；54-27-支撑肋板；54-28-托架底板；54-29-托架底板T形滑条；54-30-圆孔斜滑槽；54-31-倾角圆柱滑块；54-32-活动底板顶推螺栓；54-33-遮缝角钢；54-34-顶杆；54-35-刻度尺；54-36-钢管支座箱侧板趾板；54-37-钢管支座箱侧板檐板；54-38-尼龙垫块； 54-39-双层塑料薄膜；54-40-硅油；
61-竖向负荷传感器；61-1-压杆；62-竖向位移传感器；63-下土箱横向负荷传感器；63-1-压杆横轴；63-2-横轴支架；63-3-横向加载压块；63-4-横轴支架板；64-上土箱横向负荷传感器；64-1-上剪切板负荷传感器托板；64-2-挂钩板；64-3-横杆；64-4-短横轴；64-5- 圆螺母；64-6-销钉插孔；64-7-抗剪梁；64-8-短横轴固定螺栓；64-9- 抗剪梁支座；65-横向位移传感器；66-钢管内温度传感器；66-1-弧面制冷板；66-2-U形制冷管；66-3-冷板进液口；66-4-冷板出液口； 66-5-磁性螺钉；66-6-进液总管；66-7-出液总管；
71-数据采集器；72-操作台；73-温控仪表；80-CCD相机；91- 制冷风机。
具体实施方式
研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法，包括如下步骤，如图1所示：
(A)试验开始前，在低温环境试验间900内，组装反力框架组件100、滑动组件200和驱动加载单元，滑动组件200和驱动加载单元安装在反力框架组件100上；低温环境试验间900为室温状态，
(B)利用起重工具将剪切工作单元500吊装并固定在滑动组件200上，并在剪切工作单元500所围成的剪切土箱内填入试验用土，并按设计密度压实，直至到达设计土体厚度；并将装入试验用土的剪切工作单元500推入主框架剪切工作区，并使其与反力框架组件100充分抵顶接触；
(C)调整反力框架组件100上的驱动加载单元的动力输出端的伸出长度，使得驱动加载单元的动力输出端接触并抵顶在剪切工作单元500相应位置上，便于对剪切工作单元500进行横向和竖向驱动力加载；
(D)在反力框架组件100上布置测量采集系统600，测量采集系统600与布置在低温环境试验间900外的控制系统700通信连接；测量采集系统600采集剪切工作单元500内冻土的剪切滑移过程中的负荷、位移及温度信息，并将采集的数据传输给控制系统700；
(E)试验开始，启动控制系统700和驱动加载单元，控制系统700控制驱动加载单元为剪切土箱施加一定的竖向荷载，然后控制低温环境试验间900内的环境温度并保持和通过低温循环冷浴系统1000对剪切工作单元500的试验用土进行低温冻结；
(F)控制系统700控制驱动加载单元为剪切土箱施加横向荷载，并通过测量采集系统600传输给控制系统700。
一、步骤A；
在步骤(A)中，如图1-图4所示，反力框架组件100包括主框架组件、侧框架组件和框架底盘组件；主框架组件和侧框架组件固定安装在框架底盘组件；
如图2所示，主框架组件包括主框架立柱1-1、主框架顶横梁 1-2、主框架中横梁1-3、主框架中连梁1-4和主框架限位连梁1-5 和主框架顶连梁1-6，主框架立柱1-1、主框架顶连梁1-6和主框架顶横梁1-2为H型钢；主框架限位连梁1-5和主框架中连梁1-4为槽钢；侧框架组件包括侧框架顶横梁1-7、侧框架立柱1-8、侧框架斜支撑1-9和侧框架连梁；侧框架顶横梁1-7、侧框架立柱1-8、侧框架斜支撑1-9和侧框架连梁均为槽钢；框架底盘组件包括框架底盘主横梁1-10和框架底盘次梁1-11，框架底盘主横梁1-10为H型钢，框架底盘次梁1-11为槽钢；
组装过程中，
A-1、先将框架底盘次梁1-11与框架底盘主横梁1-10固定连接，框架底盘次梁1-11的两端与两个框架底盘主横梁1-10的固定连接，框架底盘次梁1-11与框架底盘主横梁1-10相互垂直；
A-2、再将4根主框架立柱1-1的下端和2根侧框架立柱1-8 下端固定安装在框架底盘主横梁1-10上；位于主框架立柱1-1之间的框架底盘主横梁1-10和框架底盘次梁1-11组成的区域为剪切工作区，远离主框架立柱1-1的框架底盘主横梁1-10和框架底盘次梁1-11组成的区域为试验准备区；
A-3、然后安装主框架顶横梁1-2、主框架顶连梁1-6、侧框架顶横梁1-7以及主框架中横梁1-3、主框架中连梁1-4、主框架限位连梁1-5和侧框架连梁；
如图2和图4所示，两根主框架顶横梁1-2和两根主框架顶连梁1-6位于相连两个主框架立柱1-1的顶部，主框架顶横梁1-2 的两端分别与相邻两个主框架顶连梁1-6固定连接，主框架顶连梁 1-6分别与相邻两个主框架立柱1-1固定连接；两根主框架顶横梁 1-2相互平行，两根主框架顶连梁1-6相互平行，主框架顶横梁1-2 与主框架顶连梁1-6相互垂直；
两根主框架中横梁1-3位于相连两个主框架立柱1-1的中部，且主框架中横梁1-3的两端分别与相连两个主框架立柱1-1固定连接，两根主框架中横梁1-3相互平行；
主框架中连梁1-4位于远离侧框架组件一侧的两个主框架立柱1-1之间，并与两个主框架立柱1-1固定连接；主框架中连梁1-4 与主框架中横梁1-3相互垂直；
主框架限位连梁1-5位于靠近侧框架组件一侧的两个主框架立柱1-1之间，并与两个主框架立柱1-1固定连接；主框架限位连梁1-5与主框架中连梁1-4相互平行；
主框架中连梁1-4位于主框架中横梁1-3上部，主框架限位连梁1-5位于主框架中横梁1-3下部；
如图2所示，侧框架组件包括侧框架顶横梁1-7、侧框架立柱 1-8、侧框架斜支撑1-9和侧框架连梁；侧框架顶横梁1-7与主框架中横梁1-3在同一个水平面上，侧框架顶横梁1-7的一端与侧框架立柱1-8的顶部固定连接，侧框架顶横梁1-7的另一端与靠近侧框架组件一侧的主框架立柱1-1固定连接；侧框架连梁的两端与侧框架立柱1-8固定连接，且侧框架连梁与侧框架顶横梁1-7相互垂直；侧框架顶横梁1-7、侧框架立柱1-8、侧框架斜支撑1-9和侧框架连梁均为槽钢；
框架底盘组件包括框架底盘主横梁1-10和框架底盘次梁1-11，框架底盘主横梁1-10为H型钢，框架底盘次梁1-11为槽钢；框架底盘次梁1-11的两端与两个框架底盘主横梁1-10的固定连接，框架底盘次梁1-11与框架底盘主横梁1-10相互垂直；主框架立柱1-1 和侧框架立柱1-8下端固定安装在框架底盘主横梁1-10上；位于主框架立柱1-1之间的框架底盘主横梁1-10和框架底盘次梁1-11组成的区域为剪切工作区，远离主框架立柱1-1的框架底盘主横梁 1-10和框架底盘次梁1-11组成的区域为试验准备区；侧框架斜支撑 1-9一端与侧框架顶横梁1-7和侧框架立柱1-8的交叉点固定连接，侧框架斜支撑1-9另一端与靠近侧框架立柱1-8的主框架立柱1-1 与框架底盘主横梁1-10的交叉点固定连接；
A-4、最后安装主框架限位连梁1-5和侧框架斜支撑1-9；
主框架限位连梁1-5位于靠近侧框架组件一侧的两个主框架立柱1-1之间，并与两个主框架立柱1-1固定连接；主框架限位连梁1-5与主框架中连梁1-4相互平行；侧框架斜支撑1-9一端与侧框架顶横梁1-7和侧框架立柱1-8的交叉点固定连接，侧框架斜支撑1-9另一端与靠近侧框架立柱1-8的主框架立柱1-1与框架底盘主横梁1-10的交叉点固定连接。
主框架组件主要承受竖向荷载，侧框架组件与主框架中横梁 1-3及主框架立柱1-1组合共同承受水平横向荷载。
A-5、在框架底盘主横梁1-10上表面的框架底盘面板1-13上螺栓固定滑动组件200；
如图4所示，滑动组件200包括滑轨2-1、滑块2-2和滑台2-3，便于试验土箱的安装和调试；
安装剪切工作单元500时，滑台2-3位于试验准备区，开始剪切试验时，滑台2-3位于剪切工作区；
滑轨2-1通过螺栓固定在框架底盘主横梁1-10上表面的框架底盘面板1-13上，且滑轨2-1的一端位于靠近侧框架立柱1-8的主框架立柱1-1之间的框架底盘面板1-13上，滑轨2-1的另一端位于远离侧框架立柱1-8的框架底盘面板1-13上，且在滑轨2-1上表面的两端分别设有限位挡板2-4，滑台2-3下表面安装有滑块2-2，滑块2-2安装在滑轨2-1上，滑轨2-1的横截面为“工”字型，滑轨2-1 的“工”字型腰部设有凹槽，滑块2-2的侧翼紧密贴合并卡在滑轨2-1 的凹槽内；
滑台2-3上表面设有滑台T形槽，相邻的两个滑台T形槽之间设有带内螺纹的滑台螺栓紧固孔，在滑台2-3靠近侧框架立柱1-8 一侧安装有滑台靠山2-7，在滑台2-3远离侧框架立柱1-8一侧为滑出侧，滑台2-3的滑出侧安装有尾顶支座2-8，滑台靠山2-7和尾顶支座2-8的底部安装有滑台T形滑条，滑台靠山2-7和尾顶支座2-8 通过滑台T形滑条在滑台2-3的滑台T形槽内滑动，滑台2-3上安装有剪切工作单元500。
如图4-图6所示驱动加载单元包括竖向加载单元300、横向加载单元400和驱动器箱800；竖向加载单元300包括竖向伺服电机 3-1、竖向减速机3-2和竖向作动缸3-3，横向加载单元400包括横向伺服电机4-1、横向减速机4-2和横向作动缸4-3，竖向伺服电机 3-1、竖向减速机3-2和竖向作动缸3-3通过螺栓吊挂固定在主框架顶横梁1-2上，横向伺服电机4-1、横向减速机4-2和横向作动缸 4-3通过螺栓吊挂固定在横向荷载支撑支座1-12上，横向荷载支撑支座1-12安装在侧框架立柱1-8上；驱动器箱800固定安装在靠近侧框架立柱1-8的主框架立柱1-1上。
二、在步骤B中，
如图5和图6所示，剪切工作单元500包括竖向加载板51、倒U形剪切框52、可视土箱侧板单元53和钢管支座箱54；钢管支座箱54固定安装在滑台2-3上；
钢管支座箱内部组件包括托架板54-9、升降板54-10、楔形托架54-11、支座箱限位挡板54-12、托架板限位滚轮支架54-13、升降托架连接板54-25、土箱活动底板54-14和钢管54-15，
钢管支座箱箱体由两块钢管支座箱侧板54-5、两块下剪切板 54-1和钢管支座箱底板54-2连接组成；
钢管支座箱54上方依次安装可视土箱侧板单元53、倒U形剪切框51，并填入试验用土，最后盖上竖向加载板51；
B-1、先组装钢管支座箱箱体，并将钢管支座箱固定在滑台2-3 上：
如图14至图16所示，钢管支座箱箱体由两块钢管支座箱侧板54-5、两块下剪切板54-1和钢管支座箱底板54-2连接组成，两块钢管支座箱侧板54-5相对且平行，两块下剪切板54-1相对且平行，下剪切板54-1通过螺栓与钢管支座箱侧板54-5和钢管支座箱底板54-2固定连接；
土箱下剪切板檐板54-8与上剪切板趾板52-3光滑接触，土箱下剪切板檐板54-8设有限位销钉插孔，土箱下剪切板檐板54-8的限位销钉插孔与上剪切板52-1的限位销钉插孔52-1-1同心，限位销钉52-1-2可插入限位销钉插孔52-1-1内，土箱下剪切板檐板54-8 根部的中心位置开有螺孔，可旋入下剪切板起重吊环54-7；
如图20所示，钢管支座箱侧板54-5上部设有钢管支座箱侧板檐板54-37，钢管支座箱侧板54-5外侧壁面上设有支撑箱侧板竖向加劲肋板54-3，钢管支座箱侧板54-5下部设有钢管支座箱侧板趾板54-36、钢管支座箱侧板54-5上部的内侧壁上设有土箱活动底板支撑台阶54-4、钢管支座箱侧板54-5外侧壁面表面设有高度调节螺栓上部固定板54-6；
钢管支座箱侧板54-5左右两端的内表面设有槽口，槽口深度与下剪切板54-1的厚度相同，下剪切板54-1抵顶在钢管支座箱侧板54-5左右两端的槽口内，并通过螺栓与钢管支座箱侧板54-5固定连接；
如图5所示，钢管支座箱底板54-2的下底面设有支座箱底板槽口，支座箱底板槽口的宽度与滑台2-3的宽度相同，钢管支座箱底板 54-2的第一端延伸至下剪切板54-1外形成延伸台阶，延伸台阶与滑台靠山2-7底部的槽口深度相同，延伸台阶推入到滑台靠山2-7底部的槽口内，使得下剪切板54-1抵顶在滑台靠山2-7上，钢管支座箱底板54-2的第二端伸入倒L形夹具2-9长边与滑台3-2所构成的槽内，并通过贯穿倒L形夹具2-9长边的螺栓与滑台3-2固定连接；远离侧框架立柱1-8的滑台2-3的一端固定有尾顶支座2-8，顶杆54-34外表面有螺纹，穿过尾顶支座2-8的竖板的螺孔抵顶到下剪切板54-1；
利用尾顶支座2-8的顶杆54-34和倒L形夹具2-9将钢管支座箱54固定在滑台2-3上，使滑台靠山2-7与钢管支座箱54的下剪切板54-1平面充分接触。
B-2、如图21和图22所示，在钢管支座箱内部组件的钢管54-15 内布置低温循环循环系统：在钢管54-15内安装有弧面制冷板66-1，弧面制冷板66-1沿钢管54-15轴向方向通过磁性螺钉66-5与钢管 54-15内壁贴合且固定连接，弧面制冷板66-1为铝合金材质,弧面制冷板66-1上沿钢管54-15轴向方向嵌入多组U形制冷管66-2，U 形制冷管66-2的开口端分别为冷板进液口66-3和冷板出液口66-4，冷板进液口66-3和冷板出液口66-4位于钢管54-15的第一端，U 形制冷管66-2的U形底端位于钢管54-15的第二端；钢管内温度传感器66安装在U形制冷管66-2的U形两侧壁之间的弧面制冷板 66-1的孔内；冷板进液口66-3和冷板出液口66-4通过硅胶软管分别与位于钢管54-15内的进液总管66-6和出液总管66-7流体导通；钢管54-15内的进液总管66-6和出液总管66-7由钢管支座箱侧板 54-5的中间孔洞引出；
通过钢管外表面滚花或堆焊处理可以在钢管外表面加工出不同深浅的条纹，进而可以模拟不同粗糙度圆弧曲面上冻土的剪切滑移破坏的规律。
通过调整弧形冷板在钢管内壁的不同布置方位如图27a和图27b和冷板温度，可以模拟实际管幕冻结工程中不同冻结管布置位置对管间冻土剪切滑移的影响规律。
B-3、如图14和图15所示，将组装好的钢管54-15置于楔形托架54-11上；然后将楔形托架54-11置于托架板54-9的上表面，在将托架板54-9固定在升降板54-10的上表面，再将土箱活动底板 54-14抵顶在突出的钢管54-15弧面上；
如图16、图18a和18b所示，楔形托架54-11位于托架板54-9 的上表面，楔形托架54-11为对称的两组，包括托架斜板54-26、支撑肋板54-27、托架底板54-28和倾角圆柱滑块54-31；托架底板 54-28的下表面安装有托架底板T形滑条54-29，托架底板T形滑条 54-29在托架板T形槽54-16内滑动，托架底板54-28上设有托架底板螺栓孔，通过同心的托架底板螺栓孔与托架板螺栓紧固孔54-17 螺栓固定托架板54-9和托架底板54-28；支撑肋板54-27位于托架斜板54-26与托架底板54-28之间的夹角处；托架斜板54-26沿斜面开设有圆孔斜滑槽54-30，倾角圆柱滑块54-31在圆孔斜滑槽 54-30滑动，钢管54-15置于对称布置的托架斜板54-26上，钢管 54-15的管壁上开设有钻孔，通过钻孔与倾角圆柱滑块54-31螺栓固定连接，钢管54-15的管壁底部居中位置开有底壁钻孔，螺栓通过底壁钻孔与托架板T形槽54-16内的滑块紧固连接；
如图17a所示，托架板54-9位于升降板54-10的上表面，托架板54-9上表面开有托架板T形槽54-16，相邻两组托架板T形槽 54-16之间设有托架板螺栓紧固孔54-17，托架板54-9的四个角点有方形缺口，在托架板54-9的方形缺口处安装有托架板限位滚轮支架54-13，在托架板限位滚轮支架54-13安装有X向限位滚轮54-18 和Y向限位滚轮54-19，X向限位滚轮54-18与支座箱限位挡板54-12 光滑接触，Y向限位滚轮54-19与钢管支座箱侧板54-5的内侧壁光滑接触；支座箱限位挡板54-12位于钢管支座箱底板54-2与土箱活动底板54-14之间，且两块支座箱限位挡板54-12平行；靠近钢管支座箱侧板54-5中部位置的托架板54-9上表面镶嵌有水平气泡管 54-24，升降托架连接板54-25将托架板54-9和升降板54-10侧壁面螺栓固定连接；
如图17b所示升降板54-10为凹形，位于钢管支座箱54的底部，在升降板54-10的四个角部有耳状的升降板角点突出部54-20，升降板角点突出部54-20从钢管支座箱侧板54-5上的方孔伸出，升降板高度调节螺栓54-21贯穿升降板角点突出部54-20，如图19所示，升降板高度调节螺栓54-21的顶端与高度调节螺栓上部固定板 54-6固定连接，降板高度调节螺栓54-21的底端与钢管支座箱底板54-2固定连接，在升降板高度调节螺栓54-21中部设有高度调节A 螺母54-22和高度调节B螺母54-23，高度调节A螺母54-22抵顶在升降板角点突出部54-20的上表面，高度调节B螺母54-23抵顶在升降板角点突出部54-20的下表面；
如图15所示，土箱活动底板54-14位于土箱活动底板支撑台阶54-4之上，下剪切板54-1外表面对应土箱活动底板54-14的位置开设有顶推螺孔，顶推螺孔内安装有活动底板顶推螺栓54-32，通过活动底板顶推螺栓54-32可将土箱活动底板54-14抵紧在钢管 54-15的弧面上；下剪切板54-1与土箱活动底板54-14接触位置上表面安装有遮缝角钢54-33，遮缝角钢54-33与下剪切板54-1螺栓固定连接；
B-4、在钢管支座箱54上依次组装可视土箱侧板单元53 和倒U形剪切框52：
如图12和图13所示，可视土箱侧板单元53包括土箱侧板框架53-1、土箱侧板53-2、土箱侧板拉结条53-3和土箱上口侧向限位滚轮53-4，两个土箱侧板框架53-1平行且相对设置；土箱侧板53-2为两块，材质为透明亚克力板，土箱侧板框架53-1位于倒U形剪切框侧板52-2的下方，土箱侧板53-2嵌入土箱侧板框架 53-1内，外表面盖压角钢方框53-6，通过螺栓紧固，土箱侧板框架 53-1底部设有突台，与钢管支座箱54上部设有的钢管支座箱侧板檐板54-37上表面的槽口吻合；土箱侧板框架53-1上表面通过螺栓固定有土箱上口侧向限位滚轮安装板53-5，在土箱上口侧向限位滚轮安装板53-5上安装有土箱上口侧向限位滚轮53-4；两个土箱侧板框架53-1之间的上部两端与土箱侧板拉结条53-3的两端固定连接，进一步拉结固定两块土箱侧板框架53-1；
如图8和图9所示，倒U形剪切框52由两块上剪切板52-1 和两块倒U形剪切框侧板52-2通过螺栓紧固组成，上剪切板52-1 的高度大于倒U形剪切框侧板52-2的高度，上剪切板52-1的上端与倒U形剪切框侧板52-2的上端平齐，两块上剪切板52-1相对应且平行，两块倒U形剪切框侧板52-2相对应且平行；上剪切板左右52-1带有翼缘，上剪切板52-1远离倒U形剪切框侧板52-2的一端设有上剪切板趾板52-3，在倒U形剪切框侧板52-2的外侧下部安装有倒U形剪切框侧板减摩滚轮52-4，上剪切板52-1的上表面中部有起重吊环安装孔，用于安装倒U形剪切框侧板起重吊环52-5；
B-5、如图20所示通过升降板高度调节螺栓54-21并根据刻度尺54-35和水平气泡管54-24调整钢管54-15突出土箱活动底板54-14的弧段高度，通过活动底板顶推螺栓54-32调整土箱活动底板54-14与钢管54-15的抵紧程度，将剪切板限位销钉52-1-2插入土箱下剪切板檐板54-8与上剪切板趾板52-3的限位销钉插孔 52-1-1内；
B-6、试验用土逐层填入由上剪切板52-1、可视的土箱侧板 53-2、下剪切板54-1、土箱活动底板54-14及钢管54-15曲面围合组成剪切土箱内，并按设计密度压实，直至到达设计土体厚度，用起重工具将竖向加载板51放入剪切土箱内：
如图7所示，竖向加载板51包括加载杆51-0、加载杆支座 51-1、加劲肋板51-2、传压板51-3、加载板限位滚轮支架51-4、限位滚轮支架固定框51-5和竖向加载板起重吊环51-6；传压板51-3 上表面固定安装有加劲肋板51-2，加劲肋板51-2的上表面上固定安装有加载杆支座51-1，加载杆支座51-1上安装有顶端为凹球面的加载杆51-0；加劲肋板51-2的四周安装有加载板限位滚轮支架 51-4且加载板限位滚轮支架51-4通过螺栓固定在传压板51-3上，加载板限位滚轮支架51-4通过螺栓固定在限位滚轮支架固定框 51-5外表面上，加载板限位滚轮支架51-4上的加载板限位滚轮与倒U形剪切框52的内表面接触，加载杆支座51-1上表面有起重吊环安装孔，用于安装竖向加载板起重吊环51-6；
B-7、将载有剪切工作单元500的滑台2-3推入主框架内的剪切工作区，直至土箱侧板拉结条53-3与主框架限位连梁1-5接触。调节水平限位挡板调整螺栓1-15，土箱上口侧向限位滚轮53-4与固定在主框架中横梁1-3上的水平限位挡板1-14的一端抵顶接触，水平限位挡板调整螺栓1-15穿过主框架中横梁1-3旋入水平限位挡板 1-14的另一端；
三、在步骤C中：
如图5所示，驱动器箱800的竖向驱动器的信号输出端与竖向伺服电机3-1信号输入端通信连接，竖向伺服电机3-1的动力输出端与竖向减速机3-2驱动连接，竖向减速机3-2与竖向作动缸3-3 驱动连接；竖向作动缸3-3的动力输出端通过测量采集系统600的竖向负荷传感器61抵顶在竖向加载板51上；
驱动器箱800的横向驱动器的信号输出端与横向伺服电机4-1 信号输入端通信连接，横向伺服电机4-1的动力输出端与横向减速机4-2驱动连接，横向减速机4-2与横向作动缸4-3驱动连接，横向作动缸4-3的动力输出端通过测量采集系统600的下土箱横向负荷传感器63抵顶在滑台靠山2-7的外侧面上。
调整主框架中横梁1-3上的水平限位挡板1-14调节螺栓，使水平限位挡板1-14与土箱上口侧向限位滚轮53-4充分接触图18。
四、在步骤D中，
如图5、图10、图11所示，测量采集系统600包括竖向负荷传感器61、竖向位移传感器62、下土箱横向负荷传感器63、上土箱横向负荷传感器64、横向位移传感器65、钢管内温度传感器66 和CCD相机80；
控制系统700包括数据采集器71、操作台72和温控仪表73，数据采集器71采集的数据传输给操作台72；温控仪表73的信号输出端与数据采集器71通信连接；
D-1、如图5所示，竖向负荷传感器61、竖向位移传感器62 的安装和调试：调整竖向作动缸3-3活塞伸出的长度，竖向作动缸 3-3的动力输出端与竖向负荷传感器61驱动连接，竖向负荷传感器 61下端同轴安装有下表面为凸球面的压杆61-1，使得压杆61-1的凸球面与加载杆51-0凹球面凹凸配合连接，竖向负荷传感器61的信号输出端与数据采集器71通信连接；
竖向位移传感器62通过磁性表座固定在主框架中横梁1-3上，调整竖向位移传感器62位置，使得竖向位移传感器62的探测杆抵在加载杆支座51-1上，竖向位移传感器62的信号输出端与数据采集器71通信连接；
D-2、如图5所示，下土箱横向负荷传感器63、上土箱横向负荷传感器64、横向位移传感器65的安装和调试：
下土箱横向负荷传感器63：调整横向作动缸4-3活塞伸出的长度，横向作动缸4-3的动力输出端与下土箱横向负荷传感器63 驱动连接，下土箱横向负荷传感器63同轴安装有压杆横轴63-1，压杆横轴63-1的另外一端穿过位于主框架立柱1-1的横轴支架63-2 抵顶在横向加载压块63-3上，横向加载压块63-3与滑台靠山2-7 的外侧面接触，并通过螺栓将横向加载压块63-3与滑台靠山2-7固定连接；下土箱横向负荷传感器63的信号输出端与数据采集器71 通信连接；
如图10和图11所示，上土箱横向负荷传感器64：上土箱横向负荷传感器64通过螺栓安装在上剪切板负荷传感器托板64-1内，上剪切板负荷传感器托板64-1侧表面设有挂钩板64-2，挂钩板64-2 悬挂在上剪切板52-1翼缘之间的横杆64-3上，远离上剪切板52-1 的上土箱横向负荷传感器64一侧设有短横轴64-4，短横轴64-4两端均有外螺纹，短横轴64-4的一端穿过上剪切板负荷传感器托板 64-1与上土箱横向负荷传感器64螺纹配合连接，短横轴64-4的另一端螺纹连接在圆螺母64-5上，圆螺母64-5的外壁带有销钉插孔 64-6，圆螺母64-5抵紧在抗剪梁64-7上，抗剪梁64-7由抗剪梁支座64-9支撑，抗剪梁支座64-9固定安装在主框架立柱1-1上，抗剪梁64-7通过短横轴固定螺栓64-8与短横轴64-4固定连接；将安装有上土箱横向负荷传感器64的上剪切板负荷传感器托板64-1，通过挂钩板64-2安装到上剪切板52-1的横杆64-3上，将抗剪梁64-7 侧面插入并放置在抗剪梁支座64-9上，找正并拧紧短横轴固定螺栓 64-8，利用销钉逆时针拨动圆螺母64-5直至圆螺母64-5与抗剪梁 64-7充分抵紧；上土箱横向负荷传感器64的信号输出端与数据采集器71通信连接；
横向位移传感器65通过磁性表座固定在主框架立柱1-1上，横向位移传感器65的探测杆抵在下剪切板54-1上；横向位移传感器65的信号输出端与数据采集器71通信连接；
D-3、如图21所示，钢管54-15内温度采集：钢管内温度传感器66安装在钢管54-15内的弧面制冷板66-1上，钢管内温度传感器66的测试电缆穿过钢管支座箱侧板54-5中间的方孔与控制系统700的温控仪表73连接；温控仪表73与数据采集器71通信连接；
D-4、CCD相机80的镜头正对着土箱侧板53-2的中心位置， CCD相机80的信号输入输出端与操作台72通信连接。
五、在步骤E中
启动控制系统700及数据采集器71。启动竖向加载单元300，先通过竖向加载板51对剪切土箱内土体施加一定大小的竖向荷载；
低温环境试验间900采用制冷风机91为低温环境试验间900 提供持续冷量，降至设定温度，保持恒温36-48小时，低温环境试验间900内的温度波动为±1℃；
低温循环冷浴系统1000用于维持钢管54-15表面的恒定温度，将钢管支座箱54内引出的进液总管66-6和出液总管66-7分别与低温循环冷浴系统1000的进液口和出液口流体导通；低温循环冷浴系统1000内设有制冷液输出泵，制冷液输出泵为变频泵，变频泵的信号输入端与变频器连接，变频器与温控仪表73通信连接，温控仪表73采用温差控制方式通过变频器控制变频泵转速，控制低温循环冷浴的冷量输出。
六、在步骤F中，
F-1、将土箱下剪切板檐板54-8与上剪切板趾板52-3之间的限位销钉52-1-2拔出；
F-2、按照变形控制或力控制进行横向剪切加载：启动横向加载单元400，并通过控制系统700控制下土箱横向负荷传感器63对下剪切板54-1施加横向向右的荷载，下土箱横向负荷传感器63、上土箱横向负荷传感器64、竖向位移传感器62、竖向负荷传感器 61和横向位移传感器65的所测量的荷载数据和位移数据传输给数据采集器71；
在不安装钢管情况下可进行冻土常规直剪试验，如图23所示；
在安装钢管后既可进行管间冻土剪切滑移强度试验，又可进行管壁冻土冻结附着强度试验，管壁冻土冻结附着强度试验可采取全断面或部分断面两种试验方案进行。如图24的管壁冻土冻结附着强度试验全断面试验方案和图25的管壁冻土冻结附着强度试验部分断面试验方案；同时也可以进行管幕管间冻土的剪切滑移蠕变试验。
加载方式：在进行管间冻土剪切滑移强度试验时，竖向加载采用力控制，横向加载采用位移控制；在进行管间冻土剪切滑移蠕变试验时，竖向加载采用力控制，横向加载采用力控制；
F-3采用CCD照相80变形测量方法，利用高分辨率CCD照相透过亚克力板对冻土的动态变形过程进行拍照，利用相关软件通过数字图像与变形进行分析，再现冻土滑移演变过程。
本实施例中，剪切土箱内尺寸为：长度600mm、宽度450mm、高度300mm，下土箱深110mm，上土箱深度190mm，土箱内可对 273mm、325mm等管径钢管进行冻土剪切滑移试验。
为适应不同管径钢管需要，本申请中的上下剪切板及支座箱尺寸均可适当调整。
在进行管壁冻土冻结附着强度试验时，下土箱中不再充填试验土体，而是特别加工的尼龙垫块54-38代替，尼龙垫块54-38能完全嵌入钢管54-15、土箱侧板54-2与下剪切板54-1所围成的空间，尼龙垫块54-38上表面与上下剪切板的接触面在同一水平面上，在尼龙垫块54-38上表面铺双层塑料薄膜54-39，塑料薄膜之间充填少量硅油 54-40，保证双层塑料薄膜54-39间可自由滑动，然后在双层塑料薄膜54-39上再填入试验土体。图26为管壁冻土冻结附着强度试验非管壁冻土减阻方案，在尼龙垫块54-38上表面铺双层塑料薄膜54-39，塑料薄膜之间充填少量硅油54-40，保证双层塑料薄膜54-39间可自由滑动，然后在双层塑料薄膜54-39上再填入试验土体。
减少阻力措施：试验开始前，在滑台2-3下的滑轨2-1表面涂刷一道润滑油，使得滑轨表面形成油膜，减少滑块运动过程中的滑动摩擦阻力；用海绵蘸取二甲基硅油土箱侧板53-2内表面均匀涂抹一遍，以减少试验中因土箱内冻土与土箱侧板53-2内壁冻结所产生的摩擦阻力；在进行管壁冻土冻结附着强度试验时，如图26所示，下土箱尼龙垫块54-38上表面铺设双层塑料薄膜54-39做隔离，双层塑料薄膜54-39之间充填少量硅油54-40，以减少冻土与尼龙垫块54-38间的滑动摩擦阻力。

Claims (7)

1.研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：
(A)试验开始前，在低温环境试验间(900)内，组装反力框架组件(100)、滑动组件(200)和驱动加载单元，滑动组件(200)和驱动加载单元安装在反力框架组件(100)上；
(B)利用起重工具将剪切工作单元(500)吊装并固定在滑动组件(200)上，并在剪切工作单元(500)所围成的剪切土箱内填入试验用土，并按设计密度压实，直至到达设计土体厚度；并将装入试验用土的剪切工作单元(500)推入主框架剪切工作区，并使其与反力框架组件(100)充分抵顶接触；
(C)调整反力框架组件(100)上的驱动加载单元的动力输出端的伸出长度，使得驱动加载单元的动力输出端接触并抵顶在剪切工作单元(500)相应位置上，便于对剪切工作单元(500)进行横向和竖向驱动力加载；
(D)在反力框架组件(100)上布置测量采集系统(600)，测量采集系统(600)与布置在低温环境试验间(900)外的控制系统(700)通信连接；测量采集系统(600)采集剪切工作单元(500)内冻土的剪切滑移过程中的负荷、位移及温度信息，并将采集的数据传输给控制系统(700)；
(E)试验开始，启动控制系统(700)和驱动加载单元，控制系统(700)控制驱动加载单元为剪切土箱施加一定的竖向荷载，然后控制低温环境试验间(900)内的环境温度并保持恒温36-48小时和通过低温循环冷浴系统(1000)对剪切工作单元(500)的试验用土进行低温冻结；
(F)控制系统(700)控制驱动加载单元为剪切土箱施加竖向和横向荷载，并通过测量采集系统(600)传输给控制系统(700)；
在步骤(A)中，反力框架组件(100)包括主框架组件、侧框架组件和框架底盘组件；主框架组件和侧框架组件固定安装在框架底盘组件；
主框架组件包括主框架立柱(1-1)、主框架顶横梁(1-2)、主框架中横梁(1-3)、主框架中连梁(1-4)和主框架限位连梁(1-5)和主框架顶连梁(1-6)，主框架立柱(1-1)、主框架顶连梁(1-6)和主框架顶横梁(1-2)为H型钢；主框架限位连梁(1-5)和主框架中连梁(1-4)为槽钢；侧框架组件包括侧框架顶横梁(1-7)、侧框架立柱(1-8)、侧框架斜支撑(1-9)和侧框架连梁；侧框架顶横梁(1-7)、侧框架立柱(1-8)、侧框架斜支撑(1-9)和侧框架连梁均为槽钢；框架底盘组件包括框架底盘主横梁(1-10)和框架底盘次梁(1-11)，框架底盘主横梁(1-10)为H型钢，框架底盘次梁(1-11)为槽钢；
组装过程中，
(A-1)先将框架底盘次梁(1-11)与框架底盘主横梁(1-10)固定连接，框架底盘次梁(1-11)的两端与两个框架底盘主横梁(1-10)的固定连接，框架底盘次梁(1-11)与框架底盘主横梁(1-10)相互垂直；
(A-2)再将4根主框架立柱(1-1)的下端和2根侧框架立柱(1-8)下端固定安装在框架底盘主横梁(1-10)上；位于主框架立柱(1-1)之间的框架底盘主横梁(1-10)和框架底盘次梁(1-11)组成的区域为主框架剪切工作区，远离主框架立柱(1-1)的框架底盘主横梁(1-10)和框架底盘次梁(1-11)组成的区域为试验准备区；
(A-3)然后安装主框架顶横梁(1-2)、主框架顶连梁(1-6)、侧框架顶横梁(1-7)以及主框架中横梁(1-3)、主框架中连梁(1-4)、主框架限位连梁(1-5)和侧框架连梁；
两根主框架顶横梁(1-2)和两根主框架顶连梁(1-6)位于相连两个主框架立柱(1-1)的顶部，主框架顶横梁(1-2)的两端分别与相邻两个主框架顶连梁(1-6)固定连接，主框架顶连梁(1-6)分别与相邻两个主框架立柱(1-1)固定连接；两根主框架顶横梁(1-2)相互平行，两根主框架顶连梁(1-6)相互平行，主框架顶横梁(1-2)与主框架顶连梁(1-6)相互垂直；
两根主框架中横梁(1-3)位于相连两个主框架立柱(1-1)的中部，且主框架中横梁(1-3)的两端分别与相连两个主框架立柱(1-1)固定连接，两根主框架中横梁(1-3)相互平行；
主框架中连梁(1-4)位于远离侧框架组件一侧的两个主框架立柱(1-1)之间，并与两个主框架立柱(1-1)固定连接；主框架中连梁(1-4)与主框架中横梁(1-3)相互垂直；
主框架限位连梁(1-5)位于靠近侧框架组件一侧的两个主框架立柱(1-1)之间，并与两个主框架立柱(1-1)固定连接；主框架限位连梁(1-5)与主框架中连梁(1-4)相互平行；
主框架中连梁(1-4)位于主框架中横梁(1-3)上部，主框架限位连梁(1-5)位于主框架中横梁(1-3)下部；
侧框架组件包括侧框架顶横梁(1-7)、侧框架立柱(1-8)、侧框架斜支撑(1-9)和侧框架连梁；侧框架顶横梁(1-7)与主框架中横梁(1-3)在同一个水平面上，侧框架顶横梁(1-7)的一端与侧框架立柱(1-8)的顶部固定连接，侧框架顶横梁(1-7)的另一端与靠近侧框架组件一侧的主框架立柱(1-1)固定连接；侧框架连梁的两端与侧框架立柱(1-8)固定连接，且侧框架连梁与侧框架顶横梁(1-7)相互垂直；侧框架顶横梁(1-7)、侧框架立柱(1-8)、侧框架斜支撑(1-9)和侧框架连梁均为槽钢；
框架底盘组件包括框架底盘主横梁(1-10)和框架底盘次梁(1-11)，框架底盘主横梁(1-10)为H型钢，框架底盘次梁(1-11)为槽钢；框架底盘次梁(1-11)的两端与两个框架底盘主横梁(1-10)的固定连接，框架底盘次梁(1-11)与框架底盘主横梁(1-10)相互垂直；主框架立柱(1-1)和侧框架立柱(1-8)下端固定安装在框架底盘主横梁(1-10)上；位于主框架立柱(1-1)之间的框架底盘主横梁(1-10)和框架底盘次梁(1-11)组成的区域为剪切工作区，远离主框架立柱(1-1)的框架底盘主横梁(1-10)和框架底盘次梁(1-11)组成的区域为试验准备区；侧框架斜支撑(1-9)一端与侧框架顶横梁(1-7)和侧框架立柱(1-8)的交叉点固定连接，侧框架斜支撑(1-9)另一端与靠近侧框架立柱(1-8)的主框架立柱(1-1)与框架底盘主横梁(1-10)的交叉点固定连接；
(A-4)最后安装主框架限位连梁(1-5)和侧框架斜支撑(1-9)；
主框架限位连梁(1-5)位于靠近侧框架组件一侧的两个主框架立柱(1-1)之间，并与两个主框架立柱(1-1)固定连接；主框架限位连梁(1-5)与主框架中连梁(1-4)相互平行；侧框架斜支撑(1-9)一端与侧框架顶横梁(1-7)和侧框架立柱(1-8)的交叉点固定连接，侧框架斜支撑(1-9)另一端与靠近侧框架立柱(1-8)的主框架立柱(1-1)与框架底盘主横梁(1-10)的交叉点固定连接；
在框架底盘主横梁(1-10)上表面的框架底盘面板(1-13)上螺栓固定滑动组件(200)；
滑动组件(200)包括滑轨(2-1)、滑块(2-2)和滑台(2-3)，
安装剪切工作单元(500)时，滑台(2-3)位于试验准备区，开始剪切试验时，滑台(2-3)位于剪切工作区；
滑轨(2-1)通过螺栓固定在框架底盘主横梁(1-10)上表面的框架底盘面板(1-13)上，且滑轨(2-1)的一端位于靠近侧框架立柱(1-8)的主框架立柱(1-1)之间的框架底盘面板(1-13)上，滑轨(2-1)的另一端位于远离侧框架立柱(1-8)的框架底盘面板(1-13)上，且在滑轨(2-1)上表面的两端分别设有限位挡板(2-4)，滑台(2-3)下表面安装有滑块(2-2)，滑块(2-2)安装在滑轨(2-1)上，滑轨(2-1)的横截面为“工”字型，滑轨(2-1)的“工”字型腰部设有凹槽，滑块(2-2)的侧翼紧密贴合并卡在滑轨(2-1)的凹槽内；
滑台(2-3)上表面设有滑台T形槽，相邻的两个滑台T形槽之间设有带内螺纹的滑台螺栓紧固孔，在滑台(2-3)靠近侧框架立柱(1-8)一侧安装有滑台靠山(2-7)，在滑台(2-3)远离侧框架立柱(1-8)一侧为滑出侧，滑台(2-3)的滑出侧安装有尾顶支座(2-8)，滑台靠山(2-7)和尾顶支座(2-8)的底部安装有滑台T形滑条，滑台靠山(2-7)和尾顶支座(2-8)通过滑台T形滑条在滑台(2-3)的滑台T形槽内滑动，滑台(2-3)上安装有剪切工作单元(500)；
在步骤(A)中：驱动加载单元包括竖向加载单元(300)、横向加载单元(400)和驱动器箱(800)；竖向加载单元(300)包括竖向伺服电机(3-1)、竖向减速机(3-2)和竖向作动缸(3-3)，横向加载单元(400)包括横向伺服电机(4-1)、横向减速机(4-2)和横向作动缸(4-3)，竖向伺服电机(3-1)、竖向减速机(3-2)和竖向作动缸(3-3)通过螺栓吊挂固定在主框架顶横梁(1-2)上，横向伺服电机(4-1)、横向减速机(4-2)和横向作动缸(4-3)通过螺栓吊挂固定在横向荷载支撑支座(1-12)上，横向荷载支撑支座(1-12)安装在侧框架立柱(1-8)上；驱动器箱(800)固定安装在靠近侧框架立柱(1-8)的主框架立柱(1-1)上；
在步骤(B)中，
剪切工作单元(500)包括竖向加载板(51)、倒U形剪切框(52)、可视土箱侧板单元(53)和钢管支座箱(54)；钢管支座箱(54)固定安装在滑台(2-3)上；
钢管支座箱内部组件包括托架板(54-9)、升降板(54-10)、楔形托架(54-11)、支座箱限位挡板(54-12)、托架板限位滚轮支架(54-13)、升降托架连接板(54-25)、土箱活动底板(54-14)和钢管(54-15)，
钢管支座箱箱体由两块钢管支座箱侧板(54-5)、两块下剪切板(54-1)和钢管支座箱底板(54-2)连接组成；
钢管支座箱(54)上方依次安装可视土箱侧板单元(53)、倒U形剪切框(51)，并填入试验用土，最后盖上竖向加载板(51)；
(B-1)先组装钢管支座箱箱体，并将钢管支座箱固定在滑台(2-3)上：
钢管支座箱箱体由两块钢管支座箱侧板(54-5)、两块下剪切板(54-1)和钢管支座箱底板(54-2)连接组成，两块钢管支座箱侧板(54-5)相对且平行，两块下剪切板(54-1)相对且平行，下剪切板(54-1)通过螺栓与钢管支座箱侧板(54-5)和钢管支座箱底板(54-2)固定连接；
土箱下剪切板檐板(54-8)与上剪切板趾板(52-3)光滑接触，土箱下剪切板檐板(54-8)设有限位销钉插孔，土箱下剪切板檐板(54-8)的限位销钉插孔与上剪切板(52-1)的限位销钉插孔(52-1-1)同心，限位销钉(52-1-2)可插入限位销钉插孔(52-1-1)内，土箱下剪切板檐板(54-8)根部的中心位置开有螺孔，可旋入下剪切板起重吊环(54-7)；
钢管支座箱侧板(54-5)上部设有钢管支座箱侧板檐板(54-37)，钢管支座箱侧板(54-5)外侧壁面上设有支撑箱侧板竖向加劲肋板(54-3)，钢管支座箱侧板(54-5)下部设有钢管支座箱侧板趾板(54-36)、钢管支座箱侧板(54-5)上部的内侧壁上设有土箱活动底板支撑台阶(54-4)、钢管支座箱侧板(54-5)外侧壁面表面设有高度调节螺栓上部固定板(54-6)；
钢管支座箱侧板(54-5)左右两端的内表面设有槽口，槽口深度与下剪切板(54-1)的厚度相同，下剪切板(54-1)抵顶在钢管支座箱侧板(54-5)左右两端的槽口内，并通过螺栓与钢管支座箱侧板(54-5)固定连接；
钢管支座箱底板(54-2)的下底面设有支座箱底板槽口，支座箱底板槽口的宽度与滑台(2-3)的宽度相同，钢管支座箱底板(54-2)的第一端延伸至下剪切板(54-1)外形成延伸台阶，延伸台阶与滑台靠山(2-7)底部的槽口深度相同，延伸台阶推入到滑台靠山(2-7)底部的槽口内，使得下剪切板(54-1)抵顶在滑台靠山(2-7)上，钢管支座箱底板(54-2)的第二端伸入倒L形夹具(2-9)长边与滑台(3-2)所构成的槽内，并通过贯穿倒L形夹具(2-9)长边的螺栓与滑台(3-2)固定连接；远离侧框架立柱(1-8)的滑台(2-3)的一端固定有尾顶支座(2-8)，顶杆(54-34)外表面有螺纹，穿过尾顶支座(2-8)的竖板的螺孔抵顶到下剪切板(54-1)；
(B-2)在钢管支座箱内部组件的钢管(54-15)内布置低温循环循环系统：在钢管(54-15)内安装有弧面制冷板(66-1)，弧面制冷板(66-1)沿钢管(54-15)轴向方向通过磁性螺钉(66-5)与钢管(54-15)内壁贴合且固定连接，弧面制冷板(66-1)为铝合金材质,弧面制冷板(66-1)上沿钢管(54-15)轴向方向嵌入多组U形制冷管(66-2)，U形制冷管(66-2)的开口端分别为冷板进液口(66-3)和冷板出液口(66-4)，冷板进液口(66-3)和冷板出液口(66-4)位于钢管(54-15)的第一端，U形制冷管(66-2)的U形底端位于钢管(54-15)的第二端；钢管内温度传感器(66)安装在U形制冷管(66-2)的U形两侧壁之间的弧面制冷板(66-1)的孔内；冷板进液口(66-3)和冷板出液口(66-4)通过硅胶软管分别与位于钢管(54-15)内的进液总管(66-6)和出液总管(66-7)流体导通；钢管(54-15)内的进液总管(66-6)和出液总管(66-7)由钢管支座箱侧板(54-5)的中间孔洞引出；
(B-3)将组装好的钢管(54-15)置于楔形托架(54-11)上；然后将楔形托架(54-11)置于托架板(54-9)的上表面，将托架板(54-9)固定在升降板(54-10)的上表面，再将土箱活动底板(54-14)抵顶在突出的钢管(54-15)弧面上；
楔形托架(54-11)位于托架板(54-9)的上表面，楔形托架(54-11)为对称的两组，包括托架斜板(54-26)、支撑肋板(54-27)、托架底板(54-28)和倾角圆柱滑块(54-31)；托架底板(54-28)的下表面安装有托架底板T形滑条(54-29)，托架底板T形滑条(54-29)在托架板T形槽(54-16)内滑动，托架底板(54-28)上设有托架底板螺栓孔，通过同心的托架底板螺栓孔与托架板螺栓紧固孔(54-17)螺栓固定托架板(54-9)和托架底板(54-28)；支撑肋板(54-27)位于托架斜板(54-26)与托架底板(54-28)之间的夹角处；托架斜板(54-26)沿斜面开设有圆孔斜滑槽(54-30)，倾角圆柱滑块(54-31)在圆孔斜滑槽(54-30)滑动，钢管(54-15)置于对称布置的托架斜板(54-26)上，钢管(54-15)的管壁上开设有钻孔，通过钻孔与倾角圆柱滑块(54-31)螺栓固定连接，钢管(54-15)的管壁底部居中位置开有底壁钻孔，螺栓通过底壁钻孔与托架板T形槽(54-16)内的滑块紧固连接；
托架板(54-9)位于升降板(54-10)的上表面，托架板(54-9)上表面开有托架板T形槽(54-16)，相邻两组托架板T形槽(54-16)之间设有托架板螺栓紧固孔(54-17)，托架板(54-9)的四个角点有方形缺口，在托架板(54-9)的方形缺口处安装有托架板限位滚轮支架(54-13)，在托架板限位滚轮支架(54-13)安装有X向限位滚轮(54-18)和Y向限位滚轮(54-19)，X向限位滚轮(54-18)与支座箱限位挡板(54-12)光滑接触，Y向限位滚轮(54-19)与钢管支座箱侧板(54-5)的内侧壁光滑接触；支座箱限位挡板(54-12)位于钢管支座箱底板(54-2)与土箱活动底板(54-14)之间，且两块支座箱限位挡板(54-12)平行；靠近钢管支座箱侧板(54-5)中部位置的托架板(54-9)上表面镶嵌有水平气泡管(54-24)，升降托架连接板(54-25)将托架板(54-9)和升降板(54-10)侧壁面螺栓固定连接；
升降板(54-10)为凹形，位于钢管支座箱(54)的底部，在升降板(54-10)的四个角部有耳状的升降板角点突出部(54-20)，升降板角点突出部(54-20)从钢管支座箱侧板(54-5)上的方孔伸出，升降板高度调节螺栓(54-21)贯穿升降板角点突出部(54-20)，升降板高度调节螺栓(54-21)的顶端与高度调节螺栓上部固定板(54-6)固定连接，降板高度调节螺栓(54-21)的底端与钢管支座箱底板(54-2)固定连接，在升降板高度调节螺栓(54-21)中部设有高度调节A螺母(54-22)和高度调节B螺母(54-23)，高度调节A螺母(54-22)抵顶在升降板角点突出部(54-20)的上表面，高度调节B螺母(54-23)抵顶在升降板角点突出部(54-20)的下表面；
土箱活动底板(54-14)位于土箱活动底板支撑台阶(54-4)之上，下剪切板(54-1)外表面对应土箱活动底板(54-14)的位置开设有顶推螺孔，顶推螺孔内安装有活动底板顶推螺栓(54-32)，通过活动底板顶推螺栓(54-32)可将土箱活动底板(54-14)抵紧在钢管(54-15)的弧面上；下剪切板(54-1)与土箱活动底板(54-14)接触位置上表面安装有遮缝角钢(54-33)，遮缝角钢(54-33)与下剪切板(54-1)螺栓固定连接；
(B-4)在钢管支座箱(54)上依次组装可视土箱侧板单元(53)和倒U形剪切框(52)：
可视土箱侧板单元(53)包括土箱侧板框架(53-1)、土箱侧板(53-2)、土箱侧板拉结条(53-3)和土箱上口侧向限位滚轮(53-4)，两个土箱侧板框架(53-1)平行且相对设置；土箱侧板(53-2)为两块，材质为透明亚克力板，土箱侧板框架(53-1)位于倒U形剪切框侧板(52-2)的下方，土箱侧板(53-2)嵌入土箱侧板框架(53-1)内，外表面盖压角钢方框(53-6)，通过螺栓紧固，土箱侧板框架(53-1)底部设有突台，与钢管支座箱(54)上部设有的钢管支座箱侧板檐板(54-37)上表面的槽口吻合；土箱侧板框架(53-1)上表面通过螺栓固定有土箱上口侧向限位滚轮安装板(53-5)，在土箱上口侧向限位滚轮安装板(53-5)上安装有土箱上口侧向限位滚轮(53-4)；两个土箱侧板框架(53-1)之间的上部两端与土箱侧板拉结条(53-3)的两端固定连接，进一步拉结固定两块土箱侧板框架(53-1)；
倒U形剪切框(52)由两块上剪切板(52-1)和两块倒U形剪切框侧板(52-2)通过螺栓紧固组成，上剪切板(52-1)的高度大于倒U形剪切框侧板(52-2)的高度，上剪切板(52-1)的上端与倒U形剪切框侧板(52-2)的上端平齐，两块上剪切板(52-1)相对应且平行，两块倒U形剪切框侧板(52-2)相对应且平行；上剪切板左右(52-1)带有翼缘，上剪切板(52-1)远离倒U形剪切框侧板(52-2)的一端设有上剪切板趾板(52-3)，在倒U形剪切框侧板(52-2)的外侧下部安装有倒U形剪切框侧板减摩滚轮(52-4)，上剪切板(52-1)的上表面中部有起重吊环安装孔，用于安装倒U形剪切框侧板起重吊环(52-5)；
(B-5)通过升降板高度调节螺栓(54-21)并根据刻度尺(54-35)和水平气泡管(54-24)调整钢管(54-15)突出土箱活动底板(54-14)的弧段高度，通过活动底板顶推螺栓(54-32)调整土箱活动底板(54-14)与钢管(54-15)的抵紧程度，将剪切板限位销钉(52-1-2)插入土箱下剪切板檐板(54-8)与上剪切板趾板(52-3)的限位销钉插孔(52-1-1)内；
(B-6)试验用土逐层填入由上剪切板(52-1)、可视的土箱侧板(53-2)、下剪切板(54-1)、土箱活动底板(54-14)及钢管(54-15)曲面围合组成剪切土箱内，并按设计密度压实，直至到达设计土体厚度，用起重工具将竖向加载板(51)放入剪切土箱内：
竖向加载板(51)包括加载杆(51-0)、加载杆支座(51-1)、加劲肋板(51-2)、传压板(51-3)、加载板限位滚轮支架(51-4)、限位滚轮支架固定框(51-5)和竖向加载板起重吊环(51-6)；传压板(51-3)上表面固定安装有加劲肋板(51-2)，加劲肋板(51-2)的上表面上固定安装有加载杆支座(51-1)，加载杆支座(51-1)上安装有顶端为凹球面的加载杆(51-0)；加劲肋板(51-2)的四周安装有加载板限位滚轮支架(51-4)且加载板限位滚轮支架(51-4)通过螺栓固定在传压板(51-3)上，加载板限位滚轮支架(51-4)通过螺栓固定在限位滚轮支架固定框(51-5)外表面上，加载板限位滚轮支架(51-4)上的加载板限位滚轮与倒U形剪切框(52)的内表面接触，加载杆支座(51-1)上表面有起重吊环安装孔，用于安装竖向加载板起重吊环(51-6)；
(B-7)将载有剪切工作单元(500)的滑台(2-3)推入主框架内的剪切工作区，直至土箱侧板拉结条(53-3)与主框架限位连梁(1-5)接触；调节水平限位挡板调整螺栓(1-15)，土箱上口侧向限位滚轮(53-4)与固定在主框架中横梁(1-3)上的水平限位挡板(1-14)的一端抵顶接触，水平限位挡板调整螺栓(1-15)穿过主框架中横梁(1-3)旋入水平限位挡板(1-14)的另一端。
2.根据权利要求1的的研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法，其特征在于，在步骤(C)中，驱动器箱(800)的竖向驱动器的信号输出端与竖向伺服电机(3-1)信号输入端通信连接，竖向伺服电机(3-1)的动力输出端与竖向减速机(3-2)驱动连接，竖向减速机(3-2)与竖向作动缸(3-3)驱动连接；竖向作动缸(3-3)的动力输出端通过测量采集系统(600)的竖向负荷传感器(61)抵顶在竖向加载板(51)上；
驱动器箱(800)的横向驱动器的信号输出端与横向伺服电机(4-1)信号输入端通信连接，横向伺服电机(4-1)的动力输出端与横向减速机(4-2)驱动连接，横向减速机(4-2)与横向作动缸(4-3)驱动连接，横向作动缸(4-3)的动力输出端通过测量采集系统(600)的下土箱横向负荷传感器(63)抵顶在滑台靠山(2-7)的外侧面上。
3.根据权利要求2的研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法，其特征在于，在步骤(D)中，
测量采集系统(600)包括竖向负荷传感器(61)、竖向位移传感器(62)、下土箱横向负荷传感器(63)、上土箱横向负荷传感器(64)、横向位移传感器(65)、钢管内温度传感器(66)和CCD相机(80)；
控制系统(700)包括数据采集器(71)、操作台(72)和温控仪表(73)，数据采集器(71)采集的数据传输给操作台(72)；温控仪表(73)的信号输出端与数据采集器(71)通信连接；
(D-1)竖向负荷传感器(61)、竖向位移传感器(62)的安装和调试：调整竖向作动缸(3-3)活塞伸出的长度，竖向作动缸(3-3)的动力输出端与竖向负荷传感器(61)驱动连接，竖向负荷传感器(61)下端同轴安装有下表面为凸球面的压杆(61-1)，使得压杆(61-1)的凸球面与加载杆(51-0)凹球面凹凸配合连接，竖向负荷传感器(61)的信号输出端与数据采集器(71)通信连接；
竖向位移传感器(62)通过磁性表座固定在主框架中横梁(1-3)上，调整竖向位移传感器(62)位置，使得竖向位移传感器(62)的探测杆抵在加载杆支座(51-1)上，竖向位移传感器(62)的信号输出端与数据采集器(71)通信连接；
(D-2)下土箱横向负荷传感器(63)、上土箱横向负荷传感器(64)、横向位移传感器(65)的安装和调试：
下土箱横向负荷传感器(63)：调整横向作动缸(4-3)活塞伸出的长度，横向作动缸(4-3)的动力输出端与下土箱横向负荷传感器(63)驱动连接，下土箱横向负荷传感器(63)同轴安装有压杆横轴(63-1)，压杆横轴(63-1)的另外一端穿过位于主框架立柱(1-1)的横轴支架(63-2)抵顶在横向加载压块(63-3)上，横向加载压块(63-3)与滑台靠山(2-7)的外侧面接触，并通过螺栓将横向加载压块(63-3)与滑台靠山(2-7)固定连接；下土箱横向负荷传感器(63)的信号输出端与数据采集器(71)通信连接；
上土箱横向负荷传感器(64)：上土箱横向负荷传感器(64)通过螺栓安装在上剪切板负荷传感器托板(64-1)内，上剪切板负荷传感器托板(64-1)侧表面设有挂钩板(64-2)，挂钩板(64-2)悬挂在上剪切板(52-1)翼缘之间的横杆(64-3)上，远离上剪切板(52-1)的上土箱横向负荷传感器(64)一侧设有短横轴(64-4)，短横轴(64-4)两端均有外螺纹，短横轴(64-4)的一端穿过上剪切板负荷传感器托板(64-1)与上土箱横向负荷传感器(64)螺纹配合连接，短横轴(64-4)的另一端螺纹连接在圆螺母(64-5)上，圆螺母(64-5)的外壁带有销钉插孔(64-6)，圆螺母(64-5)抵紧在抗剪梁(64-7)上，抗剪梁(64-7)由抗剪梁支座(64-9)支撑，抗剪梁支座(64-9)固定安装在主框架立柱(1-1)上，抗剪梁(64-7)通过短横轴固定螺栓(64-8)与短横轴(64-4)固定连接；将安装有上土箱横向负荷传感器(64)的上剪切板负荷传感器托板(64-1)，通过挂钩板(64-2)安装到上剪切板(52-1)的横杆(64-3)上，将抗剪梁(64-7)侧面插入并放置在抗剪梁支座(64-9)上，找正并拧紧短横轴固定螺栓(64-8)，利用销钉逆时针拨动圆螺母(64-5)直至圆螺母(64-5)与抗剪梁(64-7)充分抵紧；上土箱横向负荷传感器(64)的信号输出端与数据采集器(71)通信连接；
横向位移传感器(65)通过磁性表座固定在主框架立柱(1-1)上，横向位移传感器(65)的探测杆抵在下剪切板(54-1)上；横向位移传感器(65)的信号输出端与数据采集器(71)通信连接；
(D-3)钢管(54-15)内温度采集：钢管内温度传感器(66)安装在钢管(54-15)内的弧面制冷板(66-1)上，钢管内温度传感器(66)的测试电缆穿过钢管支座箱侧板(54-5)中间的方孔与控制系统(700)的温控仪表(73)连接；温控仪表(73)与数据采集器(71)通信连接；
(D-4)CCD相机(80)的镜头正对着土箱侧板(53-2)的中心位置，CCD相机(80)的信号输入输出端与操作台(72)通信连接。
4.根据权利要求3的研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法，其特征在于，在步骤(E)中，启动控制系统(700)及数据采集器(71)；启动竖向加载单元(300)，先通过竖向加载板(51)对剪切土箱内土体施加一定大小的竖向荷载；
低温环境试验间(900)采用制冷风机(91)为低温环境试验间(900)提供持续冷量，降至设定温度，保持恒温36～48小时，低温环境试验间(900)内的温度波动为±1℃；
低温循环冷浴系统(1000)用于维持钢管(54-15)表面的恒定温度，进液总管(66-6)和出液总管(66-7)分别与低温循环冷浴系统(1000)的进液口和出液口流体导通；低温循环冷浴系统(1000)内设有制冷液输出泵，制冷液输出泵为变频泵，变频泵的信号输入端与变频器连接，变频器与温控仪表(73)通信连接，温控仪表(73)采用温差控制方式通过变频器控制变频泵转速，控制低温循环冷浴的冷量输出。
5.根据权利要求4的研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法，其特征在于，在步骤(F)中，
(F-1)将土箱下剪切板檐板(54-8)与上剪切板趾板(52-3)之间的限位销钉(52-1-2)拔出，
(F-2)按照变形控制或力控制进行横向剪切加载：启动横向加载单元(400)，并通过控制系统(700)控制下土箱横向负荷传感器(63)对下剪切板(54-1)施加横向向右的荷载，下土箱横向负荷传感器(63)、上土箱横向负荷传感器(64)、竖向位移传感器(62)、竖向负荷传感器(61)和横向位移传感器(65)的所测量的荷载数据和位移数据传输给数据采集器(71)；
(F-3)采用CCD照相(80)变形测量方法，利用高分辨率CCD照相透过亚克力板对冻土的动态变形过程进行拍照，利用相关软件通过数字图像与变形进行分析，再现冻土滑移演变过程。
6.根据权利要求5的研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法，其特征在于，
在不安装钢管(54-15)情况下可进行冻土常规直剪试验；
在安装钢管(54-15)后：可进行管间冻土剪切滑移强度试验、管壁冻土冻结附着强度试验和管幕管间冻土的剪切滑移蠕变试验；
在进行管间冻土剪切滑移强度试验时，竖向加载采用力控制，横向加载采用位移控制；在进行管间冻土剪切滑移蠕变试验时，竖向加载采用力控制，横向加载采用力控制。
7.根据权利要求6的研究冻结管幕管间冻土剪切滑移力学特性的试验方法，其特征在于，试验过程中，采用如下方法减少阻力：
(1)试验开始前，在滑台(2-3)下的滑轨(2-1)表面涂刷一道润滑油，使得滑轨(2-1)表面形成油膜，减少滑块运动过程中的滑动摩擦阻力；
(2)用海绵蘸取二甲基硅油在土箱侧板(53-2)内表面均匀涂抹一遍，以减少试验中因土箱内冻土与土箱侧板(53-2)内壁冻结所产生的摩擦阻力；
(3)在进行管壁冻土冻结附着强度试验时，下土箱中不再充填试验土体，而是用尼龙垫块(54-38)代替，尼龙垫块(54-38)能完全嵌入钢管(54-15)、土箱侧板(53-2)与下剪切板(54-1)所围成的空间，下土箱尼龙垫块(54-38)上表面铺设双层塑料薄膜(54-39)做隔离，双层塑料薄膜(54-39)之间充填硅油(54-40)，以减少冻土与尼龙垫块(54-38)间的滑动摩擦阻力，然后在塑料薄膜上再填入试验土体。
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