CN112748023B - 一种土工合成材料温度控制斜剪试验装置及试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于土工室内剪切试验技术领域，具体为公开了一种土工合成材料温度控制斜剪试验装置及试验方法，所述试验装置包括试验平台、试验土盒、水平加载系统、竖向加载系统、温度控制系统、数据采集系统、加压气缸角度调整推杆和调节控制室。调节控制室内设有计算机控制系统，水平加载系统、竖向加载系统、数据采集系统和加压气缸角度调整推杆均与计算机控制系统相连接，实现了荷载的施加、试验数据的监测记录以及加压气缸角度调整推杆的控制等工作环节。本发明没有大范围旋转的沉重部件，避免了安全隐患，且整体连接稳固、操作容易，可研究竖向荷载作用角度、温度对土工合成材料剪切特性的影响规律。

Description

一种土工合成材料温度控制斜剪试验装置及试验方法
【技术领域】
本发明涉及土工室内剪切试验技术领域，具体涉及一种土工合成材料温度控制斜剪试验装置及试验方法。
【背景技术】
自土工合成材料发明以来，整个岩土工程领域发生了巨大的变化，土工合成材料作为一种新型的岩土工程材料，将其置于土体内部、表面或各种土体之间，可发挥加强土体强度或维持土体稳定的作用，能够有效减小土体变形，目前已被广泛应用于水利、建筑、交通、港口等各个领域。但是在外部荷载作用下，土工合成材料会发生不同形式的剪切破坏，影响加筋土结构的稳定性，缩短加筋土结构的使用寿命。
目前关于土工合成材料的剪切特性的研究主要集中在土工合成材料直剪试验的研究当中，即土工合成材料与土体间的界面剪切特性是基于土体和土工合成材料水平放置状态下的界面剪切特性。但随着实际工程条件的日益复杂，在外部荷载的长期作用下，加筋土结构会形成潜在的破裂面，此时土体与土工合成材料的剪切面之间会呈现一定的角度，使两者处于受剪状态，因此对土工合成材料不同角度的剪切特性进行研究是很有必要的，它可为实际工程的设计与施工提供必要的理论依据。此外，传统的室内剪切试验未考虑温度的变化，但在实际工程中，不同地区及季节对应着不同的地表温度，且土工合成材料与土体直接接触，因此应考虑温度对土工合成材料剪切特性的影响程度，它对土工合成材料实际剪切特性的研究十分重要。
【发明内容】
本发明针对上述问题，提供一种土工合成材料温度控制斜剪试验装置及试验方法，该试验装置没有大范围旋转的沉重部件，避免了安全隐患，且整体连接稳固、操作容易，可研究竖向荷载作用角度、温度对土工合成材料剪切特性的影响规律。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种土工合成材料温度控制斜剪试验装置，包括试验平台、试验土盒、水平加载系统、竖向加载系统、温度控制系统、数据采集系统、调节控制室和加压气缸角度调整推杆，所述试验土盒、水平加载系统、温度控制系统和调节控制室均设置于所述试验平台上，所述试验土盒设于所述温度控制系统内且与所述水平加载系统连接，所述竖向加载系统固设于试验平台上且可竖向加载于试验土盒上；所述加压气缸角度调整推杆的一端设于所述试验平台上，另一端与所述竖向加载系统连接；所述水平加载系统、竖向加载系统、数据采集系统和加压气缸角度调整推杆均与调节控制室连接。
进一步地，所述温度控制系统包括温度控制台、保温箱、温度控制元件及温度监测元件，所述温度控制台和保温箱间隔设于试验平台上，所述试验土盒设于保温箱内，所述温度控制元件置于保温箱内壁并与温度控制台连接，用于改变与调节试验土盒内部温度，所述温度监测元件置于试验土盒内壁并与温度控制台连接，用于监测试验土盒的内部温度，并及时将温度信息反映到温度控制台。
进一步地，所述保温箱由相连通的上保温箱、下保温箱两部分组成，所述上保温箱可拆卸地设于下保温箱上，所述下保温箱固定设于试验平台上，且下保温箱的内壁与试验下土盒外壁之间的距离为10～20cm；所述上保温箱的形状有多种，以适应不同角度剪切试验。
进一步地，所述试验土盒包括试验下土盒和设于试验下土盒上且相连通的试验上土盒，所述试验上土盒设于上保温箱内，所述试验下土盒设于下保温箱内，下保温箱的内壁与试验下土盒外壁之间的距离为10～20cm；所述试验下土盒的底部通过移动滑轮Ⅰ设于下保温箱的底部以便试验剪切过程中减小试验下土盒移动时与下保温箱之间的摩擦阻力，且所述试验下土盒的长度大于试验上土盒的长度；所述温度监测元件置于试验下土盒的内壁；与所述上保温箱相对应，试验上土盒的形状也有多种；所述试验下土盒顶部一侧还设有夹具，夹具包括通过螺栓依次连接的上层夹板、中层夹板、下层夹板，土工合成材料放置在中层夹板和下层夹板之间，中层夹板下表面和下层夹板上表面均设计成锯齿状，形成锯齿状的咬合槽以增加土工合成材料与其表面的摩擦力，所述咬合槽内放置有橡皮垫。
进一步地，所述调节控制室内设有计算机控制系统，所述水平加载系统、竖向加载系统、数据采集系统和加压气缸角度调整推杆均与计算机控制系统连接。
进一步地，所述水平加载系统包括施加水平荷载的动力装置、水平滑移伸缩杆以及用以支撑水平滑移伸缩杆水平移动的支架装置，所述施加水平荷载的动力装置设于调节控制室内并与计算机控制系统连接，所述水平滑移伸缩杆的一端与所述动力装置连接，另一端穿过下保温箱与试验下土盒连接。
进一步地，所述竖向加载系统包括反力架、气缸、万向头和加载板，所述反力架一端固定气缸上，另一端通过铰支座固定于试验平台上，所述万向头与气缸的活塞杆伸出气缸的一端连接；所述加载板的上表面与万向头连接，底面可设于试验上土盒上，且加载板的底面面积小于试验上土盒的上表面面积；所述加压气缸角度调整推杆远离试验平台的一端固定于气缸上。
进一步地，所述数据采集系统包括压力传感器Ⅰ、压力传感器Ⅱ和位移传感器，所述压力传感器Ⅰ设于水平滑移伸缩杆上，所述压力传感器Ⅱ设于所述气缸的活塞杆的端部并与万向头连接，所述位移传感器通过钢绞线穿过试验上土盒底部的孔洞Ⅰ与土工合成材料上的位移测试点相连，并通过位移传感器支座固定于试验平台上；所述压力传感器Ⅰ、压力传感器Ⅱ和位移传感器均与计算机控制系统连接。
进一步地，所述支架装置包括支撑构件，所述支撑构件上开设有贯穿支撑构件侧面的孔洞Ⅳ，所述支撑构件的顶部穿设有上部螺栓，所述支撑构件的底部连接有连接支杆，所述连接支杆的底部设有移动滑轮Ⅱ；水平滑移伸缩杆穿过孔洞Ⅳ，并通过拧紧上部螺栓将水平滑移伸缩杆固定于支架装置上。
本发明还提供一种土工合成材料温度控制斜剪试验装置的试验方法，包括以下步骤：
B1：试验准备工作：根据不同角度的斜剪试验选择相应角度及尺寸的试验上土盒和与之对应的上保温箱，将加压气缸角度调整推杆及反力架调整至对应角度以支撑气缸；准备包括试验土样、土工合成材料、钢绞线的试验所需材料，确定土工合成材料上的位移测试点的数量及位置，并调试试验仪器；
B2：装样：打开计算机控制系统和气缸的开关，利用计算机控制系统调节加压气缸角度调整推杆，将加压气缸角度调整推杆升至最高点，安装试验不同角度斜剪试验所对应的试验上土盒及上保温箱，其中竖向荷载作用方向与竖直方向的角度定义为α，α的取值范围为0～45°之间，装样时，将上保温箱打开，分层填入土样并进行击实，其中每层填土不得超过10cm，土体填筑至试验下土盒顶部时放入土工合成材料，将土工合成材料右端固定在试验下土盒)顶部一侧的夹具上，将与土工合成材料上的位移测试点连接的钢绞线和位移传感器进行连接，安装完成后，分层填入试验上土盒的土体；全部土体填筑完成后，利用计算机控制系统调节加压气缸角度调整推杆，使得与气缸连接的加载板与安装完成后的土体表面平整接触；然后将上保温箱进行封闭，并打开温度控制台的开关，设置目标温度；
B3：试验加载环节：待试验土盒内部温度达到预设目标值静置一段时间后，可进行试验加载环节；首先打开上保温箱，通过调节加压气缸角度调整推杆，使得与气缸连接的加载板与试验上土盒的土体表面平整接触，通过计算机控制系统控制气缸对试验土样施加竖向荷载，荷载范围为0～300kPa；利用施加水平荷载的动力装置通过水平滑移伸缩杆推动试验下土盒移动，通过计算机控制系统对剪切过程中的剪切力与剪切位移之间的关系进行实时记录，当出现剪应力峰值或峰值后曲线趋于平稳时方可终止试验；位移传感器采集的土工合成材料上不同测试点的位移值，可通过计算机控制系统中的计算机导出；
B4：重复步骤B1～B3至少1-2次。
通过采用上述技术方案，本发明的有益效果为：
(1)本发明相比于传统直剪仪，通过增加了加压气缸角度调整推杆，将加压气缸角度调整推杆与竖向加载系统连接，使得土工合成材料温度控制斜剪试验装置可进行不同角度土工合成材料的斜剪试验，对研究土工合成材料不同角度的剪切特性具有十分重要的意义。
(2)本发明通过增加了包括温度控制台、保温箱、温度控制元件及温度监测元件的温度控制系统，通过将试验土盒设于保温箱内，将温度控制元件设于保温箱内壁并与温度控制台连接，将温度监测元件设于试验土盒内壁并与温度控制台连接，再通过温度控制台设置与调节试验土盒的内部温度，可研究温度对试验土样(即土体)与土工合成材料剪切特性的影响机理和变化规律，对土体与土工合成材料剪切特性研究具有重要意义。
(3)本发明没有大范围旋转的沉重部件，避免了安全隐患，且整体连接稳固、操作容易，可研究竖向荷载作用角度、温度对土工合成材料剪切特性的影响规律。
【附图说明】
图1为土工合成材料温度控制斜剪试验装置竖向荷载垂直加压状态的主视图；
图2为土工合成材料温度控制斜剪试验装置竖向荷载30度加压状态的主视图；
图3为土工合成材料温度控制斜剪试验装置竖向荷载45度加压状态的主视图；
图4为土工合成材料温度控制斜剪试验装置竖向荷载垂直加压状态的俯视图；
图5为土工合成材料温度控制斜剪试验装置竖向荷载垂直加压状态时试验土盒的主视图；
图6为土工合成材料温度控制斜剪试验装置竖向荷载垂直加压状态时试验土盒的左侧视图；
图7为土工合成材料温度控制斜剪试验装置中夹具的主视图；
图8为土工合成材料温度控制斜剪试验装置中夹具的俯视图；
图9为土工合成材料温度控制斜剪试验装置中夹具的右侧视图；
图10为土工合成材料温度控制斜剪试验装置竖向荷载垂直加压状态时保温箱的左侧视图；
图11为土工合成材料温度控制斜剪试验装置竖向荷载垂直加压状态时保温箱的右侧视图；
图12为土工合成材料温度控制斜剪试验装置中保证滑移伸缩杆水平移动的支架装置的侧视图。
图中，1-温度控制台；2-调节脚；3-试验平台；4-固定支座；5-位移传感器支座；6-位移传感器；7-夹具；7-1-上层夹板；7-2-中层夹板；7-3-下层夹板；8-钢绞线；9-土工合成材料；10-移动滑轮Ⅰ；11-支架装置；11-1-上部螺栓；11-2-孔洞；11-3-支撑构件；11-4-连接支杆；11-5-移动滑轮Ⅱ；12-水平滑移伸缩杆；13-压力传感器Ⅰ；14-调节控制室；15-计算机控制系统；16-试验土样；17-保温箱；17-1-上保温箱、17-2-下保温箱；18-土工合成材料位移测试点；19-加载板；20-万向头；21-压力传感器Ⅱ；22-气缸；23-加压气缸角度调整推杆；24-试验土盒；24-1-试验上土盒；24-2-试验下土盒；25-孔洞Ⅰ；26-孔洞Ⅱ；27-孔洞Ⅲ；28-反力架。
【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。
如图1-图12，一种土工合成材料温度控制斜剪试验装置，包括试验平台3、试验土盒24、水平加载系统、竖向加载系统、温度控制系统、数据采集系统、调节控制室14和加压气缸角度调整推杆23，所述试验土盒24、水平加载系统、温度控制系统和调节控制室14均设置于所述试验平台3上，所述试验平台3通过调节脚2设于地面上，且调节脚2配置有滑轮。所述试验土盒24设于所述温度控制系统内且与所述水平加载系统连接，所述竖向加载系统固设于试验平台3上且可竖向加载于试验土盒24上。所述加压气缸角度调整推杆23的一端通过固定支座4设于试验平台3上，另一端与所述竖向加载系统连接，且所述加压气缸角度调整推杆23的底部与固定支座4通过螺栓相连。所述水平加载系统、竖向加载系统、数据采集系统和加压气缸角度调整推杆23均与调节控制室14连接。
进一步地，如图5-图9，所述试验土盒24包括试验下土盒24-2和设于试验下土盒24-2上且相连通的试验上土盒24-1，试验上土盒24-1和试验下土盒24-2的连接方式为螺栓连接，所述试验下土盒24-2的底部通过移动滑轮Ⅰ10设于温度控制系统中的保温箱17内以便试验剪切过程中减小试验下土盒24-2移动时与保温箱17的底部之间的摩擦阻力，且所述试验下土24-2的长度大于试验上土盒24-1的长度。试验上土盒24-1的左侧面开设有孔洞Ⅰ25，试验上土盒24-1右侧面为一个完整的整体，无孔洞。由于不同角度的斜剪试验须更换对应角度的试验上土盒24-1，因此试验上土盒24-1的形状有多种(如图1-3所示)。所述试验下土盒24-2顶部一侧还设有夹具7，夹具7包括通过螺栓依次连接的上层夹板7-1、中层夹板7-2、下层夹板7-3，土工合成材料9放置在中层夹板7-2和下层夹板7-3之间，中层夹板7-2下表面和下层夹板7-3上表面均设计成锯齿状，形成锯齿状的咬合槽以增加土工合成材料9与夹具7的摩擦力，所述咬合槽内放置有橡皮垫，以避免在夹持的过程中造成土工合成材料9的损坏，通过调整螺栓可实现对土工合成材料9的固定。其中，设置上层夹板7-1是为了更好地固定土工合成材料，若设计成两层夹具，由于夹板之间要放置土工合成材料9，那么夹具7上能够设置的固定螺栓的数量较少，试验过程中可能会发生土工合成材料9的脱落，而增加一个上层夹板7-1，就可增加用于固定的螺栓的数量，能够更好地固定土工合成材料，避免试验过程中出现的土工合成材料脱落现象。
进一步地，所述调节控制室14内设有计算机控制系统15，所述水平加载系统、竖向加载系统和加压气缸角度调整推杆23均与计算机控制系统15连接。所述计算机控制系统15可对水平荷载、竖向荷载的大小进行设置，对加压气缸角度调整推杆进行控制，对试验数据进行记录保存等，实现了荷载的施加、试验数据的监测记录以及加压气缸角度调整推杆的控制等工作环节。
进一步地，所述水平加载系统包括施加水平荷载的动力装置、水平滑移伸缩杆12以及用以支撑水平滑移伸缩杆12水平移动的支架装置11，所述施加水平荷载的动力装置设于调节控制室14内并通过集成线路板与计算机控制系统15连接，所述水平滑移伸缩杆12的一端与所述动力装置连接，另一端穿过温度控制系统中的下保温箱17-2与试验下土盒24-2连接。所述动力装置为现有技术，可选用液压缸或气缸。该水平加载系统对水平方向作用力的施加和剪切速率的大小起到控制作用。
进一步地，如图1和图4，所述竖向加载系统包括反力架28、气缸22、万向头20和加载板19，所述反力架28一端固定气缸上22，另外一端通过铰支座固定于试验平台3上。加压气缸角度调整推杆23远离固定支座4一端与气缸22固定连接。气缸22为竖向荷载动力来源，反力架28随加压气缸角度调整推杆23变化而变化，反力架28和加压气缸角度调整推杆23两者共同作为气缸22的支撑装置，以确保气缸22位置的稳定及竖向荷载的平稳施加。万向头20与所述气缸22的活塞杆伸出气缸的一端(即气缸22的底部)连接，加载板19的上表面与万向头20连接，底面可设于试验上土盒24-1上，且加载板19的底面面积略小于试验上土盒24-1的上表面面积。加载板19与气缸22底部通过万向头20相连，其主要作用是为了避免加载板19与试验上土盒24-1卡死。气缸22的气路上还设有稳压阀，气缸22与计算机控制系统15连接，以通过计算机控制系统15控制气缸的伸缩，即竖向荷载的大小。加压气缸角度调整推杆23及其固定支座4主要用于斜剪试验所需角度的调节以及气缸22的支撑。
进一步地，所述温度控制系统包括温度控制台1、保温箱17、温度控制元件及温度监测元件，所述温度控制台1和保温箱17间隔设于试验平台3上，且试验土盒24设于所述保温箱17内。所述温度控制元件置于保温箱17内壁并与温度控制台1连接，用于改变与调节试验土盒24内部温度，所述温度监测元件置于试验土盒24内壁并与温度控制台1连接，用于监测试验土盒24的内部温度，并及时将温度信息反映到温度控制台1。两者的相互作用可使试验土盒24内部温度始终处于恒定状态。其中，温度控制元件即为温控器，温度监测元件即为温度传感器。温度监测元件可设于试验上土盒24-1内壁也可设于试验下土盒24-2内壁，本实施例中设于试验下土盒24-2内壁。此外，与现有技术相同，温度控制台1包括：壳体、开关、显控器、开关电源等，由于此为现有技术，在此不再赘。
进一步地，如图10-图11，所述保温箱17由相连通的上保温箱17-1、下保温箱17-2两部分组成，所述上保温箱17-1可拆卸地设于下保温箱17-2上，所述下保温箱17-2固定设于试验平台3上。其中，试验下土盒24-2位于下保温箱17-2内，试验上土盒24-1位于上保温箱17-1内。与试验上土盒24-1对应，所述上保温箱17-1的形状也有多种，以适应不同角度剪切试验。如图1至图3所示，开展不同角度的斜剪试验时，须更换对应角度的试验上土盒24-1以及上保温箱17-1，而试验下土盒24-2与下保温箱17-2则无须更换。更换好对应角度的试验上土盒24-1以及上保温箱17-1后，由于本发明是通过试验上土盒24-1保持不变，移动试验下土盒24-2来进行斜剪试验，所以下保温箱17-2内壁与试验下土盒24-2外壁之间应预留出足够的距离保证试验的正常开展。如下保温箱17-2的内壁与试验下土盒24-2外壁之间的距离可以为10～20cm，本实施例中具体为15cm。上述的温度控制元件可设于上保温箱17-1内壁也可设于下保温箱17-2内壁，本实施例中设于下保温箱17-2内壁。且从图10和图11中可以看出，下保温箱17-2为一个整体；而上保温箱17-1以其左右侧面中线部位划分成两部分，装样时将其拆卸。
进一步地，所述数据采集系统包括压力传感器Ⅰ13、压力传感器Ⅱ21和位移传感器6，所述压力传感器Ⅰ13设于水平滑移伸缩杆12上，所述压力传感器Ⅱ21设于所述气缸22的底部并与万向头20连接，以便监测和控制竖向荷载。在进行土工合成材料斜剪试验时，所述位移传感器6通过钢绞线8穿过试验上土盒24-1左侧面底部的孔洞Ⅰ25与土工合成材料9上的位移测试点18相连，并通过位移传感器支座5固定于试验平台3上，以实现对位移的监测和记录，土工合成材料9上位移测试点18的位置、数量可根据具体试验条件及目的进行设置，但测试点的个数最好选择2个以上。所述压力传感器Ⅰ13、压力传感器Ⅱ21和位移传感器6均与计算机控制系统15连接。压力传感器Ⅰ13、压力传感器Ⅱ21分别用于对水平、竖向作用力的大小进行监测控制以及数据记录。位移传感器6用于监测土工合成材料9上不同位移测试点18的剪切位移并进行数据采集。
此外，上保温箱17-1左侧面底部的中间位置开设有孔洞Ⅱ26，其作用是使与位移传感器相连6的钢绞线8可通过孔洞Ⅱ26进入上保温箱17-1及试验上土盒24-1内保证其与土工合成材料9上的位移测试点18进行连接，下保温箱17-2的右侧面中心位置开设有孔洞Ⅲ27，设置的目的是为了水平滑移伸缩杆12能够通过孔洞Ⅲ27穿过下保温箱17-2与试验下土盒24-2接触并对试验下土盒24-2进行水平荷载的施加。
进一步地，如图12，所述支架装置11包括支撑构件11-3，所述支撑构件11-3上开设有贯穿支撑构件11-3侧面的孔洞Ⅳ11-2，所述支撑构件11-3的顶部穿设有上部螺栓11-1，所述支撑构件11-3的底部连接有连接支杆11-4，所述连接支杆11-4的底部设有移动滑轮Ⅱ11-5；水平滑移伸缩杆12穿过孔洞Ⅳ11-2，并通过拧紧上部螺栓11-1将水平滑移伸缩杆12固定于支架装置11上。移动滑轮Ⅱ11-5的作用主要是减小支架装置11与试验平台3的摩擦阻力以及保证滑移伸缩杆12的水平移动。
本发明的一种土工合成材料温度控制斜剪试验装置的试验方法，包括以下步骤：
B1：试验准备工作：根据不同角度的斜剪试验选择相应角度及尺寸(即相应形状)的试验上土盒24-1和与之对应的上保温箱17-1，将加压气缸角度调整推杆23及反力架28调整至对应角度以支撑气缸22；准备包括试验土样16、土工合成材料9、钢绞线8的试验所需材料，确定土工合成材料9上的位移测试点18的数量及位置，并调试试验仪器；
B2：装样：打开计算机控制系统15和气缸22等设备的开关，利用计算机控制系统15调节加压气缸角度调整推杆23，将其升至最高点，安装试验不同角度斜剪试验所对应的试验上土盒24-1及上保温箱17-1，其中竖向荷载作用方向与竖直方向的角度定义为α，α的取值范围为0～45°之间，装样时，将上保温箱17-1打开，分层填入土样并进行击实，其中每层填土不得超过10cm，土体填筑至试验下土盒24-2顶部时放入土工合成材料9，将土工合成材料9右端固定在试验下土盒25-2顶部一侧的夹具7上，将与土工合成材料9上的位移测试点18连接的钢绞线8与位移传感器6进行连接，安装完成后，分层填入试验上土盒24-1的土体；全部土体填筑完成后，利用计算机控制系统15调节加压气缸角度调整推杆23，使得与气缸22连接的加载板19与安装完成后的土体表面平整接触；然后将上保温箱17-1进行封闭，并打开温度控制台1的开关，设置目标温度；
B3：试验加载环节：待试验土盒24内部温度达到预设目标值静置一段时间后，可进行试验加载环节；首先打开上保温箱17-1，通过调节加压气缸角度调整推杆23，使得与气缸22连接的加载板19与试验上土盒24-1的土体表面平整接触，通过计算机控制系统15控制气缸22对试样施加竖向荷载，荷载范围为0～300kPa；利用施加水平荷载的动力装置通过水平滑移伸缩杆12以一定的剪切速率(剪切速率范围0.5mm/min～15mm/min)推动试验下土盒24-2移动，通过计算机控制系统15对剪切过程中的剪切力与剪切位移之间的关系进行实时记录，当出现剪应力峰值或峰值后曲线趋于平稳时方可终止试验；位移传感器6采集的土工合成材料9上不同测试点的位移值，可通过计算机控制系统15中的计算机导出；
B4：重复步骤B1～B3至少1-2次。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (5)

1.一种土工合成材料温度控制斜剪试验装置，其特征在于，包括试验平台（3）、试验土盒（24）、水平加载系统、竖向加载系统、温度控制系统、数据采集系统、调节控制室（14）和加压气缸角度调整推杆（23），所述水平加载系统、温度控制系统和调节控制室（14）均设置于试验平台（3）上，所述试验土盒（24）设于所述温度控制系统内且与所述水平加载系统连接，所述竖向加载系统固设于试验平台（3）上且可竖向加载于试验土盒（24）上；所述加压气缸角度调整推杆（23）的一端设于所述试验平台（3）上，另一端与所述竖向加载系统连接；所述水平加载系统、竖向加载系统、数据采集系统和加压气缸角度调整推杆（23）均与调节控制室（14）连接；
所述温度控制系统包括温度控制台（1）、保温箱（17）、温度控制元件及温度监测元件，所述温度控制台（1）和保温箱（17）间隔设于试验平台（3）上，所述试验土盒（24）设于保温箱（17）内，所述温度控制元件置于保温箱（17）内壁并与温度控制台（1）连接，用于改变与调节试验土盒（24）内部温度，所述温度监测元件置于试验土盒（24）内壁并与温度控制台（1）连接，用于监测试验土盒（24）的内部温度，并及时将温度信息反映到温度控制台（1）；
所述保温箱（17）由相连通的上保温箱（17-1）、下保温箱（17-2）两部分组成，所述上保温箱（17-1）可拆卸地设于下保温箱（17-2）上，所述下保温箱（17-2）固定设于试验平台（3）上，且下保温箱（17-2）的内壁与试验土盒（24）外壁之间的距离为10~20cm；所述上保温箱（17-1）的形状有多种，以适应不同角度剪切试验；
所述试验土盒（24）包括试验下土盒（24-2）和设于试验下土盒（24-2）上且相连通的试验上土盒（24-1），所述试验上土盒（24-1）设于上保温箱（17-1）内，所述试验下土盒（24-2）设于下保温箱（17-2）内，下保温箱（17-2）的内壁与试验下土盒（24-2）外壁之间的距离为10~20cm；所述试验下土盒（24-2）的底部通过移动滑轮Ⅰ（10）设于下保温箱（17-2）的底部以便试验剪切过程中减小试验下土盒（24-2）移动时与下保温箱（17-2）之间的摩擦阻力，且所述试验下土盒（24-2）的长度大于试验上土盒（24-1）的长度；所述温度监测元件置于试验下土盒（24-2）的内壁；与所述上保温箱（17-1）相对应，试验上土盒（24-1）的形状也有多种；
所述竖向加载系统包括反力架（28）、气缸（22）、万向头（20）和加载板（19），所述反力架（28）一端固定气缸上（22），另一端通过铰支座固定于试验平台（3）上，所述万向头（20）与气缸（22）的活塞杆伸出气缸（22）的一端连接；所述加载板（19）的上表面与万向头（20）连接，底面可设于试验上土盒（24-1）上，且加载板（19）的底面面积小于试验上土盒（24-1）的上表面面积；所述加压气缸角度调整推杆（23）远离试验平台（3）的一端固定于气缸（22）上；
所述土工合成材料温度控制斜剪试验装置的试验方法，包括以下步骤：
B1：试验准备工作：根据不同角度的斜剪试验选择相应角度及尺寸的试验上土盒（24-1）和与之对应的上保温箱（17-1），将加压气缸角度调整推杆（23）及反力架（28）调整至对应角度以支撑气缸（22）；准备包括试验土样（16）、土工合成材料（9）、钢绞线（8）的试验所需材料，确定土工合成材料（9）上的位移测试点（18）的数量及位置，并调试试验仪器；
B2：装样：打开计算机控制系统（15）和气缸（22）的开关，利用计算机控制系统（15）调节加压气缸角度调整推杆（23），将加压气缸角度调整推杆（23）升至最高点，安装试验不同角度斜剪试验所对应的试验上土盒（24-1）及上保温箱（17-1），其中竖向荷载作用方向与竖直方向的角度定义为α，α的取值范围为0~45°之间，装样时，将上保温箱（17-1）打开，分层填入土样并进行击实，其中每层填土不得超过10cm，土体填筑至试验下土盒（24-2）顶部时放入土工合成材料（9），将土工合成材料（9）右端固定在试验下土盒（24-2）顶部一侧的夹具（7）上，将与土工合成材料（9）上的位移测试点（18）连接的钢绞线（8）和位移传感器（6）进行连接，安装完成后，分层填入试验上土盒（24-1）的土体；全部土体填筑完成后，利用计算机控制系统（15）调节加压气缸角度调整推杆（23），使得与气缸（22）连接的加载板（19）与安装完成后的土体表面平整接触；然后将上保温箱（17-1）进行封闭，并打开温度控制台的开关，设置目标温度；
B3：试验加载环节：待试验土盒（24）内部温度达到预设目标值静置一段时间后，可进行试验加载环节；首先打开上保温箱（17-1），通过调节加压气缸角度调整推杆（23），使得与气缸（22）连接的加载板（19）与试验上土盒（24-1）的土体表面平整接触，通过计算机控制系统（15）控制气缸（22）对试验土样（16）施加竖向荷载，荷载范围为0~300kPa；利用施加水平荷载的动力装置通过水平滑移伸缩杆（12）推动试验下土盒（24-2）移动，通过计算机控制系统（15）对剪切过程中的剪切力与剪切位移之间的关系进行实时记录，当出现剪应力峰值或峰值后曲线趋于平稳时方可终止试验；位移传感器（6）采集的土工合成材料（9）上不同测试点的位移值，可通过计算机控制系统（15）中的计算机导出；
B4：重复步骤B1~B3至少1-2次。
2.根据权利要求1所述的土工合成材料温度控制斜剪试验装置，其特征在于，所述试验下土盒（24-2）顶部一侧还设有夹具（7），夹具（7）包括通过螺栓依次连接的上层夹板（7-1）、中层夹板（7-2）、下层夹板（7-3），土工合成材料（9）放置在中层夹板（7-2）和下层夹板（7-3）之间，中层夹板（7-2）下表面和下层夹板（7-3）上表面均设计成锯齿状，形成锯齿状的咬合槽以增加土工合成材料（9）与其表面的摩擦力，所述咬合槽内放置有橡皮垫。
3.根据权利要求1所述的土工合成材料温度控制斜剪试验装置，其特征在于，所述调节控制室（14）内设有计算机控制系统（15），所述水平加载系统、竖向加载系统、数据采集系统和加压气缸角度调整推杆（23）均与计算机控制系统（15）连接。
4.根据权利要求3所述的土工合成材料温度控制斜剪试验装置，其特征在于，所述水平加载系统包括施加水平荷载的动力装置、水平滑移伸缩杆（12）以及用以支撑水平滑移伸缩杆（12）水平移动的支架装置（11），所述施加水平荷载的动力装置设于调节控制室（14）内并与计算机控制系统（15）连接，所述水平滑移伸缩杆（12）的一端与所述动力装置连接，另一端穿过下保温箱（17-2）与试验下土盒（24-2）连接。
5.根据权利要求4所述的土工合成材料温度控制斜剪试验装置，其特征在于，所述数据采集系统包括压力传感器Ⅰ（13）、压力传感器Ⅱ（21）和位移传感器（6），所述压力传感器Ⅰ（13）设于水平滑移伸缩杆（12）上，所述压力传感器Ⅱ（21）设于所述气缸（22）的活塞杆的端部并与万向头（20）连接，所述位移传感器（6）通过钢绞线（8）穿过试验上土盒（24-1）底部的孔洞Ⅰ（25）与土工合成材料（9）上的位移测试点（18）相连，并通过位移传感器支座（5）固定于试验平台（3）上；所述压力传感器Ⅰ（13）、压力传感器Ⅱ（21）和位移传感器（6）均与计算机控制系统（15）连接。
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