CN112525723A - 冻土拉剪试验仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冻土拉剪试验仪，涉及土木工程技术领域，包括低温试验罩及内部的加载装置，加载装置上设有拉拔夹具和剪切夹具；试样一及试样二均包括面接触的冻土样和混凝土结构块，通过加载装置对拉拔夹具内的试样一施加垂直于冻土样与混凝土结构块接触面的水平拉力，来完成测量冻土‑结构物界面区抗拉强度的拉拔试验；通过加载装置对剪切夹具内的试样二施加垂直于冻土样与混凝土结构块接触面的压力及平行于冻土样与混凝土结构块接触面的水平剪切力，来完成测量冻土‑结构物界面区抗剪强度的剪切试验。本发明通过低温试验罩提供低温环境，能够在较小的操作空间内完成抗拉及抗剪试验，能够准确模拟冻土与结构物接触面的力学行为。

Description

冻土拉剪试验仪

技术领域

本发明涉及土木工程试验技术领域，尤其涉及一种冻土拉剪试验仪。

背景技术

常温下土体抗拉试验及抗剪试验研究的是土的抗拉强度及抗剪强度，而冻土与结构物接触面上的力学特性非常复杂，其中抗拉和抗剪强度是冻土地区影响结构物基础冻拔与倾覆的主要原因。

目前，常规的土工实验装置，在低温环境下并不适用，现有抗拉强度试验装置大多采用竖向拉伸，受试样自重存在一定的抗拉强度偏差。而且，土样层抗拉实验装置，都是由其它实验装置改造而成，若在低温环境中使用，常面临操作空间受限、造价高昂、精度难以控制等问题，极大地限制了试验的可操作范围；再者，抗拉强度和抗剪强度试验均是利用不同的试验设备来实现的，试验设备资金投入大，占用空间大，操作繁琐。因此，亟待研发一种适用于低温环境下土与结构物抗拉与抗剪强度一体的试验装置，能够提高抗拉强度试验精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种冻土拉剪试验仪，既可测量冻土样与结构物接触面抗拉强度，又可以测量冻土样与结构物接触面抗剪强度，且造价低，在较小的操作空间内即可完成抗拉强度及抗剪强度试验。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种冻土拉剪试验仪，包括低温试验罩及其内部的加载装置，所述加载装置上设有用于夹持试样一的拉拔夹具和用于夹持试样二的剪切夹具；所述试样一及试样二均包括面接触的冻土样和混凝土结构块，通过加载装置对拉拔夹具内的试样一施加水平拉力，施加的拉力垂直于冻土样与混凝土结构块的接触面，来完成测量冻土-结构物界面区抗拉强度的拉拔试验；通过加载装置对剪切夹具内的试样二施加垂直压力及水平剪切力，施加的压力垂直于冻土样与混凝土结构块的接触面，施加的剪切力平行于冻土样与混凝土结构块的接触面，来完成测量冻土-结构物界面区抗剪强度的剪切试验。

优选的，所述低温试验罩包括底座、中空壳体和内衬，所述壳体设置于底座上，所述壳体的一端与底座的一端转动连接，用于打开壳体安装试样一及试样二；所述内衬设置于壳体的内壁，所述壳体内设有与制冷设备相连的制冷管。

优选的，所述加载装置包括水平反力架、垂直反力架、垂直加载机构和水平加载机构，所述水平加载机构、拉拔夹具及剪切夹具均设置于水平反力架上，所述垂直反力架设置于剪切夹具的外部，所述垂直加载机构设置于垂直反力架上，用于对剪切夹具内的试样二施加压力；所述水平加载机构的施力端设有位移传感器及水平负荷传感器，所述水平加载机构通过施力架与拉拔夹具及剪切夹具相连，所述垂直加载机构的施力端通过垂直负荷传感器与剪切夹具相连。

优选的，所述底座上设有直线导轨，所述水平反力架、拉拔夹具及剪切夹具均通过滑块与直线导轨配合；所述水平反力架包括前反力梁、施力架、后反力梁和拉杆，所述施力架包括固定卡块、移动卡块、推杆、拉拔推板和剪切推板，所述前反力梁、后反力梁、固定卡块、移动卡块及剪切夹具均设置于滑块上；所述拉杆为两根以上，所述拉杆的两端分别与前反力梁及后反力梁相连，所述固定卡块与移动卡块并列设置，两根以上的拉杆对称设置于移动卡块的两侧，所述固定卡块贯穿拉杆、且能够固定于拉杆上；所述拉拔夹具设置于固定卡块及移动卡块的中部；所述水平加载机构固定于前反力梁上，所述水平加载机构的加载端通过位移传感器与拉拔推板相连，所述推杆为两根，两根推杆分别贯穿固定卡块的两侧，所述推杆的一端与拉拔推板相连、另一端贯穿移动卡块与剪切推板相连，所述推杆与移动卡块固连，用于对拉拔夹具内的试样一施加水平拉力；所述剪切推板通过水平顶杆与剪切夹具相连，用于对剪切夹具内的试样二施加水平剪切力。

优选的，所述拉拔夹具为分体式结构，包括固定部及其顶部的活动部，所述固定卡块及移动卡块均为左右对称的分体式结构，所述固定部的两侧分别与固定卡块及移动卡块的左半部及右半部固连，所述活动部的两侧分别与固定卡块及移动卡块的左半部及右半部滑动相连；所述固定部及活动部的中部设有水平贯通的通孔，用于容纳试样一；所述试样一为两端大中间小的哑铃式结构，所述试样一的冻土样与混凝土结构块的配合面为其中部的垂直面。其中，用于制作试样一的制样器包括两个半圆抱箍，两个半圆抱箍的配合面通过螺栓连接，两个半圆抱箍的内孔中间设有凸棱，所述凸棱两侧为对称的锥度孔。

进一步地，所述固定部及活动部的两侧均设有竖向卡槽，所述固定卡块及移动卡块的左半部及右半部内侧面上设有与卡槽配合的凸起。

优选的，所述剪切夹具包括下剪切盒和上剪切盒，所述下剪切盒与上剪切盒围拢的内腔容纳试样二，所述试样二的冻土样与混凝土结构块的配合面处于下剪切盒与上剪切盒的间隙处，所述水平加载机构的施力端与下剪切盒的侧面抵接；所述上剪切盒内试样二的顶部设有压板，所述垂直加载机构的施力端通过轴向压杆与压板抵接。

优选的，所述下剪切盒及其内部试样二设置于与气压系统相连的压力室内，所述下剪切盒设置于剪切底板上，所述压力室的侧壁上设有与顶杆配合的过孔，所述顶杆与过孔密封配合；所述上剪切盒的侧壁设有与压力室的侧壁顶部密封连接的凸檐，所述凸檐的边缘突出于压力室的侧壁，且凸檐的四角部位通过立柱与压力室底板的四角部位相连；所述上剪切盒的顶部与上盖密封连接，所述轴向压杆贯穿上盖中部设置，所述轴向压杆与上盖密封配合。

优选的，所述剪切底板与压力室底板之间设有滚子板，所述压力室为圆柱状，所述上剪切盒、下剪切盒及其内部试样二均为长方体结构；与顶杆相邻的下剪切盒的两侧外壁与压力室的侧壁之间设有限位轴承。

优选的，所述气压系统包括与压力室连通的进气管，所述进气管与缓冲罐相连，所述进气管上设有减压阀和电磁阀；所述缓冲罐设置于低温室内，所述空压机通过出气管与缓冲罐相连。

优选的，所述底座的底部设有滚轮，所述壳体的侧壁上设有观察窗，用于观察拉剪试验时的运动状态。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：与现有技术相比，本发明通过低温试验罩为其内部试样一及试样二提供低温环境，利用加载装置对拉拔夹具内的试样一施加水平拉力，完成测量冻土-结构物界面区抗拉强度的拉拔试验；对剪切夹具内的试样二施加垂直压力及水平剪切力，来完成测量冻土-结构物界面区抗剪强度的剪切试验。本发明具有结构简单、造价低、精度高的优点，在较小的操作空间内即可完成抗拉及抗剪强度试验，能够准确模拟冻土与结构物接触面的力学行为。利用本发明对冻土地区结构物基础的冻拔研究提供了数据支持。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种冻土拉剪试验仪的结构示意图；

图2是图1中加载装置的俯视图；

图3是图2中拉拔夹具及剪切夹具在水平反力架上的布置示意图；

图4是图3中固定卡块的左视图；

图5是图4中的B-B断面图；

图6是本发明中拉拔夹具的结构示意图；

图7是制作试样一的制样器的分解示意图；

图8是图1中剪切夹具的结构示意图；

图9是图8中的A-A剖视图；

图10是本发明另一实施例提供的冻土拉剪试验仪的外形图：

图中：001-混凝土结构块，002-冻土样，003-半圆抱箍，004-凸棱；01-试样一，02-试样二；

1-低温试验罩，11-底座，12-壳体，13-制冷管，14-直线导轨，15-滑块，16-滚轮，17-观察窗，18-支腿，19-提手，20-内衬；

2-拉拔夹具，21-固定部，22-活动部，23-卡槽；

3-剪切夹具，30-凸檐，31-下剪切盒，32-上剪切盒，33-压板，34-轴向压杆，35-剪切底板，36-立柱，37-施力块，38-顶块；

4-水平反力架，41-前反力梁，42-后反力梁，43-拉杆，44-固定卡块，45-移动卡块，46-推杆，47-拉拔推板，48-剪切推板，49-顶杆；

5-垂直反力架，51-支柱，52横梁；

6-垂直加载机构；7-水平加载机构，70-水平负荷传感器；8-位移传感器；9-垂直负荷传感器；

10-压力室，101-压力室底板，102-上盖，103-滚子板，104-限位轴承。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1、2所示，本发明实施例提供的一种冻土拉剪试验仪，包括低温试验罩1及其内部的加载装置，所述加载装置上设有用于夹持试样一01的拉拔夹具2和用于夹持试样二02的剪切夹具3；所述试样一01及试样二02均包括面接触的冻土样002和混凝土结构块001，通过加载装置对拉拔夹具2内的试样一01施加水平拉力，施加的拉力垂直于冻土样002与混凝土结构块001的接触面，来完成测量冻土-结构物界面区抗拉强度的拉拔试验；通过加载装置对剪切夹具3内的试样二02施加垂直压力及水平剪切力，施加的压力垂直于冻土样002与混凝土结构块001的接触面，施加的剪切力平行于冻土样002与混凝土结构块001的接触面，来完成测量冻土-结构物界面区抗剪强度的剪切试验。借助低温试验罩提供低温环境,并通过加载装置实现低温环境下冻土-结构物界面区抗拉强度的拉拔试验及抗剪强度的剪切试验，对冻土地区结构物基础的冻拔研究提供了数据支持。

在本发明的一个具体实施例中，如图1、2所示，所述低温试验罩1包括底座11、中空壳体12和内衬，所述壳体12设置于底座11上，所述壳体12的一端与底座11的一端转动连接，用于打开壳体12安装试样一01及试样二02；所述内衬设置于壳体12的内壁，所述壳体12内设有与制冷设备相连的制冷管13。

在本发明的一个具体实施例中，如图1、2所示，所述加载装置包括水平反力架4、垂直反力架5、垂直加载机构6和水平加载机构7，所述水平加载机构7、拉拔夹具2及剪切夹具3均设置于水平反力架4上，所述垂直反力架5设置于剪切夹具3的外部，所述垂直加载机构6设置于垂直反力架5上，用于对剪切夹具3内的试样二02施加压力；所述水平加载机构7的施力端设有位移传感器8及水平负荷传感器70，所述水平加载机构7通过施力架与拉拔夹具2及剪切夹具3相连，所述垂直加载机构6的施力端通过垂直负荷传感器9与剪切夹具3相连。其中，垂直反力架包括剪切夹具两侧的支柱及两个支柱顶部的横梁，两侧支柱相对剪切夹具倾斜设置，方便安装试样二。通过水平反力架提供拉拔试验时的水平反力，借助水平负荷传感器来控制对试样一施加的水平拉力及对试样二施加的水平剪切力；通过垂直反力架来承受直剪试验时的垂直反力，借助垂直负荷传感器来控制对试样二施加的垂直压力。

在本发明的一个具体实施例中，如图1-3所示，所述底座11上设有直线导轨14，所述水平反力架4、拉拔夹具2及剪切夹具3均通过滑块15与直线导轨14配合；所述水平反力架4包括前反力梁41、施力架、后反力梁42和拉杆43，所述施力架包括固定卡块44、移动卡块45、推杆46、拉拔推板47和剪切推板48，所述前反力梁41、后反力梁42、固定卡块44、移动卡块45及剪切夹具3均设置于滑块15上；所述拉杆43为两根以上，所述拉杆43的两端分别与前反力梁41及后反力梁42相连，所述固定卡块44与移动卡块45并列设置，两根以上的拉杆43对称设置于移动卡块45的两侧，所述固定卡块44贯穿拉杆43、且能够固定于拉杆43上；所述拉拔夹具2设置于固定卡块44及移动卡块45的中部；所述水平加载机构7固定于前反力梁41上，所述水平加载机构7的加载端通过位移传感器8与拉拔推板47相连，所述推杆46为两根，两根推杆46分别贯穿固定卡块44的两侧，所述推杆46的一端与拉拔推板47相连、另一端贯穿移动卡块45与剪切推板48相连，所述推杆46与移动卡块45固连，用于对拉拔夹具2内的试样一01施加水平拉力；所述剪切推板48通过水平顶杆49与剪切夹具3相连，用于对剪切夹具3内的试样二02施加水平剪切力。

其中，直线导轨14为两根，并列设置在底座11上。剪切夹具3通过两个滑块15与两根直线导轨14配合，垂直加载时由这两个滑块15承受加载力。其余滑块15用于安装固定前反力梁41、后反力梁42及拉拔夹具2，单个滑块15可承受最大16.97KN的载荷，两个滑块15组合最大承载能力可达约34KN。剪切夹具3、前反力梁41、后反力梁42均采用螺丝与直线导轨14上的滑块15固定，水平反力架4可在直线导轨14上自由移动，调整好位置后用螺丝固定。

具体制作时，拉杆43为分体式结构，包括前拉杆431和后拉杆432，如图2所示，前拉杆431的一端与前反力梁41相连、另一端与固定卡块44相连，后拉杆432的一端与固定卡块44相连、另一端与后反力梁42相连。

进一步优化上述技术方案，如图4-6所示，所述拉拔夹具2为分体式结构，包括固定部21及其顶部的活动部22，所述固定卡块44及移动卡块45均为左右对称的分体式结构，所述固定部21的两侧分别与固定卡块44及移动卡块45的左半部及右半部固连，所述活动部22的两侧分别与固定卡块44及移动卡块45的左半部及右半部滑动相连；所述固定部21及活动部22的中部设有水平贯通的通孔，用于容纳试样一01；所述试样一01为两端大中间小的哑铃式结构，所述试样一01的冻土样002与混凝土结构块001的配合面为其中部的垂直面。其中，所述固定部21及活动部22的两侧均设有竖向卡槽23，所述固定卡块44及移动卡块45的左半部及右半部内侧面上设有与卡槽配合的凸起。拉拔夹具2采用内圆外方的剖分式结构，采用螺丝将固定部21及活动部22的两个半环连接成一个整体。两侧的卡槽23与螺纹孔用于与固定卡块和滑动卡块连接。固定部21作为下模同时与直线导轨14上的滑块15连接，保证拉拔试验过程中不发生偏摆现象，安装试样一01时只取出作为上模的活动部22即可，下模可固定不动。

如图7所示，用于制作试样一01的制样器包括两个半圆抱箍003，两个半圆抱箍003的配合面通过螺栓连接，两个半圆抱箍003的内孔中间设有凸棱004，所述凸棱004两侧为对称的锥度孔。

拉拔试验时，拉拔夹具2两端卡槽23，分别卡在固定卡块44和移动卡块45上，在水平加载机构7的推动下，拉拔推板47、推杆46和移动卡块45沿直线导轨14运动，固定卡块44和移动卡块45距离增加，在拉拔夹具2的作用下，试样一01向两端拉伸直至破坏。此时前反力梁41、前拉杆421和固定卡块44承受试样一01拉拔时的反力。

剪切推板48与移动卡块45连接在一起，剪切试验时，剪切推板48对下剪切盒31施加水平剪切力。此时前反力梁41、前后拉杆43、后反力梁42承受剪切反力。固定卡块44的两侧设有螺纹孔，通过螺纹连接将前拉杆431后拉杆432连接成一整体。

在本发明的一个具体实施例中，如图1、8、9所示，所述剪切夹具3包括下剪切盒31和上剪切盒32，所述下剪切盒31与上剪切盒32围拢的内腔容纳试样二02，所述试样二02的冻土样002与混凝土结构块001的配合面处于下剪切盒31与上剪切盒32的间隙处，所述水平加载机构7的施力端与下剪切盒31的侧面抵接；所述上剪切盒32内试样二02的顶部设有压板33，所述垂直加载机构6的施力端通过轴向压杆34与压板33抵接。下剪切盒31的边缘设有凸出的施力块37，用于与顶杆49端部抵接。下剪切盒31的另一侧设有与施力块37相对应的顶块38，以便对剪切夹具3进行限位。下剪切盒31与上剪切盒32间的缝隙为10mm,两侧无遮挡物，便于观察和记录图像，顶杆49施加的水平推力理论中心线与试样二02的剪切缝中心线重合。上部压板33尺寸略小于试样二02的尺寸，垂直法向力直接加载在试样二02的表面上，为了防止上剪切盒32掉落，顶块38的侧面可加工出螺丝孔，方便与后反力梁42连接。安装试样二02时需要将后反力架42向一端拖出；直线导轨14的两端分别有限位块，用于定位和防止滑块15滑出。

进一步优化上述技术方案，如图8所示，所述下剪切盒31及其内部试样二02设置于与气压系统相连的压力室10内，所述下剪切盒31设置于剪切底板35上，所述压力室10的侧壁上设有与顶杆49配合的过孔，所述顶杆49与过孔密封配合；所述上剪切盒32的侧壁设有与压力室10的侧壁顶部密封连接的凸檐30，所述凸檐30的边缘突出于压力室10的侧壁，且凸檐30的四角部位通过立柱36与压力室底板101的四角部位相连；所述上剪切盒32的顶部与上盖102密封连接，所述轴向压杆34贯穿上盖102中部设置，所述轴向压杆34与上盖102密封配合。借助立柱36对剪切底板35起到限位作用，防止下剪切盒31发生扭转现象。下剪切盒31与上剪切盒32内的试样二02的冻土样002与混凝土结构块001配合面处于二者之间的间隙，这就导致一部分土体处于自由外露状态，目前进行存在出露部分土体的剪切试验，出露的自由土体都是不受力的。和普通的土体整体处于剪切盒中的直剪试验有很大区别，所以采用压力室可提供围压系统，可以让这部分外露的自由土体受力而且可变，更符合实际情况，而且可以满足更多需求。

在本发明的一个具体实施例中，如图8所示，所述剪切底板35与压力室底板101之间设有滚子板103，所述压力室10为圆柱状，所述上剪切盒32、下剪切盒31及其内部试样二02均为长方体结构；用于制作试样二02的制样盒采用拼装式结构，侧板采用螺栓连接，方便拆卸组合。与顶杆49相邻的下剪切盒31的两侧外壁与压力室10的侧壁之间设有限位轴承104。借助限位轴承104进一步对剪切底板31起到限位作用，滚子板103放置在下剪切盒31与压力室底板101中间，减小摩擦阻力。

在本发明的一个具体实施例中，所述气压系统包括与压力室10连通的进气管（图中未画出），所述进气管与缓冲罐（图中未画出）相连，所述进气管上设有减压阀和电磁阀；所述缓冲罐设置于低温室（图中未画出）内，所述空压机通过出气管与缓冲罐相连。压力室10采用透明结构的有机玻璃筒，内部可充入高压气体，额定工作压力1MPa，充气口位于压力室底板的一侧。常温的空压机安装在低温室外部，缓冲罐放置在低温环境下，缓冲罐的压力与空压机内压缩空气的压力相等，如压力下降可通过空压机自动补压。缓冲罐内的低温高压气体通过减压阀、电磁阀后充入压力室内。在进气管上安装数显压力表，能够实时测量压力室内的气体压力，当压力低于设置的下限时，电磁阀打开，缓冲罐内高压气体注入到压力室内；当压力室内的气压高于设置上限时，电磁阀关闭，维持气压；如果气压下降，实际气压值位于上、下限中间时，电磁阀不动作，当降低到下限值时电磁阀又会打开，对压力室增压。如此反复循环维持压力室内的气压在一定范围内波动。采用该结构提供可控制的围压系统，在满足直剪试验要求的同时，也可以进行改变围压的剪切试验。

如图10所示，所述底座11的底部设有滚轮16，方便将设备移至任意工作地点。在壳体12的侧壁上设有观察窗17，用于观察拉剪试验时的运动状态。观察窗为长方形，与试样二对应设置。另外，在底座11的底部安装升降式结构的支腿18，可在移动就位后，利用支腿固定牢固。

本发明的设计参数如下：

水平加载机构及垂直加载机构均选用丝杆加载机构，伺服电机通过减速机驱动丝杆转动，进而带动丝杆上的螺母移动，与螺母相连的推力筒实现加载。水平加载及垂直加载的荷载控制在4kN；水平位移传感器的测量量程为25.4mm，精度0.1%FS。

用于检测轴向负荷的水平负荷传感器及垂直负荷传感器均采用S型负荷传感器，这种传感器内部电路结构为应变式全桥结构，测量精度高，稳定性好，是目前广泛使用的测量用传感器。

位移传感器采用LVDT位移传感器，因传感器长期在低温下工作，凝霜、凝露、结冰均会对传感器产生影响。常规一体式的位移传感器，电子器件与机械器件集成在一起，此种工况对电子元器件工作可靠性产生较大影响，故选用MEAS分体式传感器。

试样一的规格为：两端锥体为100mm x 50mm x5°（小端x高度x锥度）；试样二的规格为100x100x90 mm。

低温试验罩内的温度控制范围为：常温到零下30℃。

具体制作时，低温试验罩采用304不锈钢制作，内衬采用保温材料进行隔热保温，顶部安装的制冷管为铜管，铜管采用盘管结构平铺在低温试验罩的内壁顶部；制冷液通过铜管后对低温试验罩内部的空气进行制冷。低温试验罩短边的一端与底座通过铰链连接，试验时可将其翻转约90°，便于安装试样一及试样二。同时，低温试验罩内部自带自动恒温系统，能够保证设备在-60℃低温环境下长期稳定工作。监控摄像机前端采用耐低温石英镜片阻隔热传导的同时该请透光保证摄像机的透光性，内部采用200万高清微焦摄像机保证设备在30-150mm视距范围内采集高超高清晰度的图像画面（比常规200万高清监控摄像机图像清晰）。

观察窗采用透明有机玻璃制作，厚度约40mm（厚度如影响拍摄可采用双层6mm左右，但会稍微降低保温性能）。通过观察窗观察剪切试验时的运动状态，也可将摄像设备通过观察窗记录试验过程。监控摄像机采用隔热保温设计后，可在低温环境下使用。由于摄像机处于低温试验箱的超低温环境下，所以需要对摄像机外壳做低温隔热保温处理，有效减少热量的传导和热交换的速度，同时设备内部需要加装自动恒温系统（通过传感器控制低于5℃开启恒温加热，高于10℃是加热关闭，同时考虑局部温度过高问题需讲加热装置温度控制在60℃），保证设备在低温环境下长期稳定工作。

由于低温试验罩内部空间有限所以需要对监控摄像机的外形尺寸做到尽可能的小巧。试验箱内部没有光线并且离监控摄像机的距离很近摄像机需要安装低功率可调节漫反射补光照明来满足实验的要求。采用黑白色图像，提高对比度。

水平负荷传感器、垂直负荷传感器、水平位移传感器、压力表、监控摄像机及低温试验罩内的温度传感器均与计算机连接，用于数据采集及数据分析。

综上所述，本发明具有结构简单、造价低、精度高的优点，在较小的操作空间内，能够准确模拟冻土与结构物接触面的力学行为。通过水平负荷传感器及垂直负荷传感器提高了加载精度，借助水平位移传感器来实时检测。利用低温试验罩提供低温环境，对试验温度控制更严格；将测量冻土-结构物界面区抗拉强度和抗剪强度两种功能合二为一；通过压力室来模拟围压系统，使其可以满足直剪试验要求的同时，也可以进行改变围压的剪切试验；相比一般的竖向抗拉强度试验装置，该仪器可以实现横向的直接拉伸试验，可以有效避免竖向拉伸时由于试样自重引起的测得抗拉强度的偏差。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种冻土拉剪试验仪，其特征在于：包括低温试验罩及其内部的加载装置，所述加载装置上设有用于夹持试样一的拉拔夹具和用于夹持试样二的剪切夹具；所述试样一及试样二均包括面接触的冻土样和混凝土结构块，通过加载装置对拉拔夹具内的试样一施加水平拉力，施加的拉力垂直于冻土样与混凝土结构块的接触面，来完成测量冻土-结构物界面区抗拉强度的拉拔试验；通过加载装置对剪切夹具内的试样二施加垂直压力及水平剪切力，施加的压力垂直于冻土样与混凝土结构块的接触面，施加的剪切力平行于冻土样与混凝土结构块的接触面，来完成测量冻土-结构物界面区抗剪强度的剪切试验。

2.根据权利要求1所述的冻土拉剪试验仪，其特征在于：所述低温试验罩包括底座、中空壳体和内衬，所述壳体设置于底座上，所述壳体的一端与底座的一端转动连接，用于打开壳体安装试样一及试样二；所述内衬设置于壳体的内壁，所述壳体内设有与制冷设备相连的制冷管。

3.根据权利要求2所述的冻土拉剪试验仪，其特征在于：所述加载装置包括水平反力架、垂直反力架、垂直加载机构和水平加载机构，所述水平加载机构、拉拔夹具及剪切夹具均设置于水平反力架上，所述垂直反力架设置于剪切夹具的外部，所述垂直加载机构设置于垂直反力架上，用于对剪切夹具内的试样二施加压力；所述水平加载机构的施力端设有位移传感器及水平负荷传感器，所述水平加载机构通过施力架与拉拔夹具及剪切夹具相连，所述垂直加载机构的施力端通过垂直负荷传感器与剪切夹具相连。

4.根据权利要求3所述的冻土拉剪试验仪，其特征在于：所述底座上设有直线导轨，所述水平反力架、拉拔夹具及剪切夹具均通过滑块与直线导轨配合；所述水平反力架包括前反力梁、施力架、后反力梁和拉杆，所述施力架包括固定卡块、移动卡块、推杆、拉拔推板和剪切推板，所述前反力梁、后反力梁、固定卡块、移动卡块及剪切夹具均设置于滑块上；所述拉杆为两根以上，所述拉杆的两端分别与前反力梁及后反力梁相连，所述固定卡块与移动卡块并列设置，两根以上的拉杆对称设置于移动卡块的两侧，所述固定卡块贯穿拉杆、且能够固定于拉杆上；所述拉拔夹具设置于固定卡块及移动卡块的中部；所述水平加载机构固定于前反力梁上，所述水平加载机构的加载端通过位移传感器与拉拔推板相连，所述推杆为两根，两根推杆分别贯穿固定卡块的两侧，所述推杆的一端与拉拔推板相连、另一端贯穿移动卡块与剪切推板相连，所述推杆与移动卡块固连，用于对拉拔夹具内的试样一施加水平拉力；所述剪切推板通过水平顶杆与剪切夹具相连，用于对剪切夹具内的试样二施加水平剪切力。

5.根据权利要求4所述的冻土拉剪试验仪，其特征在于：所述拉拔夹具为分体式结构，包括固定部及其顶部的活动部，所述固定卡块及移动卡块均为左右对称的分体式结构，所述固定部的两侧分别与固定卡块及移动卡块的左半部及右半部固连，所述活动部的两侧分别与固定卡块及移动卡块的左半部及右半部滑动相连；所述固定部及活动部的中部设有水平贯通的通孔，用于容纳试样一；所述试样一为两端大中间小的哑铃式结构，所述试样一的冻土样与混凝土结构块的配合面为其中部的垂直面。

6.根据权利要求4所述的冻土拉剪试验仪，其特征在于：所述剪切夹具包括下剪切盒和上剪切盒，所述下剪切盒与上剪切盒围拢的内腔容纳试样二，所述试样二的冻土样与混凝土结构块的配合面处于下剪切盒与上剪切盒的间隙处，所述水平加载机构的施力端与下剪切盒的侧面抵接；所述上剪切盒内试样二的顶部设有压板，所述垂直加载机构的施力端通过轴向压杆与压板抵接。

7.根据权利要求6所述的冻土拉剪试验仪，其特征在于：所述下剪切盒及其内部试样二设置于与气压系统相连的压力室内，所述下剪切盒设置于剪切底板上，所述压力室的侧壁上设有与顶杆配合的过孔，所述顶杆与过孔密封配合；所述上剪切盒的侧壁设有与压力室的侧壁顶部密封连接的凸檐，所述凸檐的边缘突出于压力室的侧壁，且凸檐的四角部位通过立柱与压力室底板的四角部位相连；所述上剪切盒的顶部与上盖密封连接，所述轴向压杆贯穿上盖中部设置，所述轴向压杆与上盖密封配合。

8.根据权利要求7所述的冻土拉剪试验仪，其特征在于：所述剪切底板与压力室底板之间设有滚子板，所述压力室为圆柱状，所述上剪切盒、下剪切盒及其内部试样二均为长方体结构；与顶杆相邻的下剪切盒的两侧外壁与压力室的侧壁之间设有限位轴承。

9.根据权利要求7所述的冻土拉剪试验仪，其特征在于：所述气压系统包括与压力室连通的进气管，所述进气管与缓冲罐相连，所述进气管上设有减压阀和电磁阀；所述缓冲罐设置于低温室内，所述空压机通过出气管与缓冲罐相连。

10.根据权利要求2-9任一项所述的冻土拉剪试验仪，其特征在于：所述底座的底部设有滚轮，所述壳体的侧壁上设有观察窗，用于观察拉剪试验时的运动状态。

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