CN115290450A - 加载装置、三轴仪压力室及冻土三轴仪 - Google Patents

加载装置、三轴仪压力室及冻土三轴仪 Download PDF

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CN115290450A CN202211225250.6A CN202211225250A CN115290450A CN 115290450 A CN115290450 A CN 115290450A CN 202211225250 A CN202211225250 A CN 202211225250A CN 115290450 A CN115290450 A CN 115290450A
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齐吉琳
孔令明
彭丽云
王冬勇
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Abstract

本发明涉及土木工程技术领域，提供一种加载装置、三轴仪压力室及冻土三轴仪，其中，加载装置用于对试样进行加载，包括压头，内部设置有超声波发射器；底座，内部设置有超声波接收器；且压头和底座分别设置于试样的顶部和底部；通过超声波发射器和超声波接收器实时获取超声波P波、S波在试样内的传播速度，能够根据传播速度获得试样的弹性模量和剪切模量。本发明提供的加载装置、三轴仪压力室及冻土三轴仪，通过在压头和底座的内部分别设置超声波发射器和超声波接收器，超声波发射器实时发射超声波信号，超声波接收器对穿过试样的超声波信号进行实时接收，根据超声波P波、S波在试样内的传播速度，实时计算获得试样的弹性模量和剪切模量。

Description

加载装置、三轴仪压力室及冻土三轴仪
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域，尤其涉及一种加载装置、三轴仪压力室及冻土三轴仪。
背景技术
在广大寒区开展土木工程建设以及在城市地下空间开发中应用人工冻结法施工均涉及冻土，研究和揭示冻土力学特性演化规律是保障寒区土木工程和冻结法施工安全稳定、可靠运行的重要基础。
冻土三轴仪能够在不同温度下对冻土开展三轴剪切试验，获得冻土在不同温度下的应力应变关系，从而得到冻土强度、刚度、变形等力学参数随温度、荷载的变化规律，加之冻土三轴仪所施加的应力路径明确、试验结果可靠，冻土三轴仪已成为研究冻土力学特性的重要仪器设备。
弹性模量是单向应力状态下应力与应变的比值，剪切模量是剪切应力与应变的比值。弹性模量和剪切模量是描述冻土变形特性、计算工程中冻土体变形量以及基于损伤力学描述冻土结构损伤程度的重要参数。现有冻土三轴仪无法直接实时测量试样弹性模量和剪切模量，而是近似采用应力应变曲线割线模量代替弹性模量和剪切模量，所获得的弹性模量和剪切模量不准确。
发明内容
本发明提供一种加载装置、三轴仪压力室及冻土三轴仪，用以解决现有技术中冻土三轴仪无法实时准确测量弹性模量和剪切模量的缺陷，实现通过实时获取超声波P波、S波在试样内的传播速度，计算获得弹性模量和剪切模量。
本发明提供一种加载装置，用于对试样进行加载，包括：
压头，内部设置有超声波发射器；
底座，内部设置有超声波接收器；且所述压头和所述底座分别设置于试样的顶部和底部；
通过所述超声波发射器和所述超声波接收器实时获取超声波P波、S波在试样内的传播速度，能够根据所述传播速度获得试样的弹性模量和剪切模量。
根据本发明提供的一种加载装置，所述压头和所述底座与试样的接触面端面为矩形；还包括一对约束侧壁，所述约束侧壁对应设置于试样短边方向的两侧面，用于约束试样沿长边方向的变形，形成平面应变条件；且所述约束侧壁同时与所述底座和所述压头连接；形成平面应变加载模块。
根据本发明提供的一种加载装置，还包括框架、上环箍和下环箍，所述框架设置于所述约束侧壁的外周，所述上环箍和所述下环箍分别设置于所述框架的顶部的外周和底部的外周。
根据本发明提供的一种加载装置，所述底座和所述压头的端面均为圆形；加载时，所述压头和所述底座相互靠近提供轴向力；形成轴对称应力加载模块。
本发明还提供一种三轴仪压力室，包括：罩体，内侧面设置有冷液盘管；
多个温度传感器，用于测量试样侧面上、中、下至少三个不同位置的表面温度；
如上所述的加载装置；所述加载装置设置于所述罩体的内部；
轴向加载杆，贯穿所述罩体，且所述轴向加载杆与所述加载装置的压头接触；
所述加载装置的压头和底座内分别设置有第一冷液管和第二冷液管；所述冷液盘管、第一冷液管和第二冷液管分别用于与温控系统连通。
根据本发明提供的一种三轴仪压力室，所述罩体的外侧包裹有保温棉。
本发明还提供一种冻土三轴仪，包括：
如上所述的三轴仪压力室；
加载动力系统，用于向所述三轴仪压力室施加载荷；
温控系统，与所述三轴仪压力室的冷液盘管、第一冷液管、第二冷液管连通和所述加载动力系统连通；
采控系统，用于获取试样的数据指标，并根据所述数据指标反馈控制所述加载动力系统和所述温控系统。
根据本发明提供的一种冻土三轴仪，所述加载动力系统包括：
围压作动器，用于向所述三轴仪压力室内的试样施加围压；
伺服液压机，用于抬升试样以对试样施加竖向载荷；
加载门架，用于为所述三轴仪压力室提供支撑；
油泵，用于向所述围压作动器和所述伺服液压机提供动力源；
油泵冷却机，用于对所述油泵冷却。
根据本发明提供的一种冻土三轴仪，所述温控系统包括第一冷浴设备、第二冷浴设备、第三冷浴设备和第四冷浴设备，所述第一冷浴设备、第二冷浴设备、第三冷浴设备和第四冷浴设备分别与所述冷液盘管、第一冷液管、第二冷液管和所述围压作动器内的活塞冷却管连通。
根据本发明提供的一种冻土三轴仪，还包括底盘架和导轨，所述底盘架上设置有所述三轴仪压力室，所述底盘架与所述导轨滑动连接。
本发明提供的加载装置，通过在压头和底座的内部分别设置超声波发射器和超声波接收器，超声波发射器实时发射超声波信号，超声波接收器对穿过试样的超声波信号进行实时接收，根据超声波P波（又称纵波）、S波（又称横波）在试样内的传播速度，实时计算获得试样的弹性模量和剪切模量。
本发明提供的三轴仪压力室，由于包括如上所述的加载装置，因此具备如上所述的各种优势，另外，冷液盘管、第一冷液管、第二冷液管分别对试样侧面、顶部和底部进行控温，三轴仪压力室内设置有多个温度传感器，能够实时测量试样表面温度，并更加准确地测量试样表面各处的温度，使用温控系统对冷液盘管、第一冷液管、第二冷液管进行冷液循环，实现对试样的三端控温，提高控温精度。
本发明提供的冻土三轴仪，由于包括如上所述的三轴仪压力室，因此具备如上所述的各种优势；另外，采用可相互替换的轴对称应力加载模块和平面应变加载模块，既可以在轴对称应力状态下开展三轴剪切试验，也可在平面应变状态下开展平面应变剪切试验。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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是本发明提供的轴对称应力加载模块的结构示意图；
图2是本发明提供的图1中A-A截面的剖视图；
图3是本发明提供的图1中B-B截面的剖视图；
图4是本发明提供的平面应变加载模块的结构示意图；
图5是本发明提供的图4中C-C截面的剖视图；
图6是本发明提供的三轴仪压力室的罩体构成图；
图7是本发明提供的三轴仪压力室的内部结构示意图；
图8是本发明提供的冻土三轴仪的结构示意图；
图9是本发明提供的围压作动器的结构示意图；
附图标记：
10、试样；
20、加载装置；21、压头；22、超声波发射器；23、底座；24、超声波接收器；25、约束侧壁；26、框架；27、上环箍；28、下环箍；29、位移测量模块；
30、压力室；31、罩体；32、冷液盘管；33、温度传感器；34、轴向加载杆；35、第一冷液管；36、第二冷液管；37、保温棉；38、底盘；39、真空机接口；310、上围压液入口；311、螺纹结构；312、手柄；313、下围压液入口；
40、加载动力系统；41、围压作动器；411、活塞冷却管；412、围压液；413、活塞底座；414、作动活塞；42、伺服液压机；43、加载门架；44、油泵；45、油泵冷却机；
50、温控系统；51、第一冷浴设备；52、第二冷浴设备；53、第三冷浴设备；54、第四冷浴设备；
60、采控系统；61、采控器；62、计算机；
70、底盘架；
80、导轨；
90、真空机；
100、恒温箱。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面结合图1至图9描述本发明的加载装置、三轴仪压力室及冻土三轴仪。
如图1所示，本发明提供了一种加载装置20，用于对试样10进行加载，包括压头21和底座23，压头21和底座23分别设置于试样10的顶部和底部；压头21的内部设置有超声波发射器22；底座23的内部设置有超声波接收器24；通过超声波发射器22和超声波接收器24实时获取超声波P波、S波在试样内的传播速度，能够根据传播速度获得试样的弹性模量和剪切模量。
本发明提供的加载装置，采用超声波法测量弹性模量和剪切模量的具体步骤为：
S1、超声波传播时间测量；
由试样上方超声波发射器发射超声波P波和S波信号，试样下方超声波接收器接受P波和S波信号。由于超声波在试样内传播需要时间，超声波接收器接收到超声波信号的时间比发射时间有滞后。假设发射时间为0s，则信号接收时间＞0s。假如，超声波接收器内超声波P波信号第一波峰出现时间约为50ms，则超声波从发射器到接收器的传播时间为50ms。使用该方法可分别获得超声波P波信号和S波信号的传播时间。
S2、超声波波速计算；
在获得超声波传播时间后，使用下式计算超声波在试样内的传播速度——波速：
Figure 473197DEST_PATH_IMAGE001
（1）
Figure 263298DEST_PATH_IMAGE002
（2）
式中l是试样高度，t p 是P波传播时间，t s 是S波传播时间，v p 是P波波速，v s 是S波波速，t 1和t 2分别是P波和S波的偏移时间。引入偏移时间的作用是对超声波传播时间进行修正，因为超声波在超声波发射器和超声波接收器内部也需要传播一定的时间和距离，这部分时间需要从总传播时间中扣除。考虑到P波和S波晶体在发射器和接收器内的位置不同，P波和S波所对应的偏移时间t 1和t 2不相等。
S3、计算弹性模量和剪切模量；
试样弹性模量和超声波波速存在如下关系：
Figure 332142DEST_PATH_IMAGE003
（3）
试样剪切模量和超声波波速存在如下关系：
Figure 131470DEST_PATH_IMAGE004
（4）
式中E为弹性模量，G为剪切模量，ρ为试样密度，v p 是P波波速，v s 是S波波速。使用以上两个公式便可计算获得试样的弹性模量和剪切模量。
如图2和图3所示，在本发明的一个实施例中，压头21和底座23的端面均为圆形；加载时，压头21和底座23相互靠近提供轴向力；形成轴对称应力加载模块。
超声波发射器22在试样顶部发射超声波并令其传播至试样底部，超声波接收器24接收超声波信号，通过测量超声波P波和S波在试样中的传播速度可计算获得试样剪切模量。
如图4和图5所示，在本发明的一个实施例中，压头21和底座23与试样10的接触面端面为矩形；还包括一对约束侧壁25，约束侧壁25对应设置于试样短边方向的两侧面，用于约束试样沿长边方向的变形，形成平面应变条件；且约束侧壁25同时与底座23和压头21连接；形成平面应变加载模块。还包括框架26、上环箍27和下环箍28，框架26设置于约束侧壁25的外周，上环箍27和下环箍28分别设置于框架26的顶部的外周和底部的外周。
其中，框架26可以采用金属材质，框架26的顶部和底部安装有上环箍27和下环箍28，用于加强金属框架的侧向刚度。使用平面应变加载模块，即可开展平面应变剪切实验。
下面对本发明提供的三轴仪压力室进行描述，下文描述的三轴仪压力室与上文描述的加载装置可相互对应参照。
如图6和图7所示，本发明的另一方面还提供了一种三轴仪压力室，包括罩体31、冷液盘管32、如上所述的加载装置20、多个温度传感器33和轴向加载杆34，罩体31的内侧面设置有冷液盘管32；冷液盘管32用于对三轴仪压力室30内的围压液进行控温，进而对试样侧面进行控温。多个温度传感器33分别安装于试样的上、中、下三个位置，用于实时测量试样侧面上、中、下至少三个不同位置的表面温度；加载装置20设置于罩体31的内部；轴向加载杆34贯穿罩体31，且与加载装置20的压头21接触；加载装置20的压头21和底座23内分别设置有第一冷液管35和第二冷液管36；冷液盘管32、第一冷液管35和第二冷液管36分别用于与温控系统50连通，通过温控系统50分别对冷液盘管32、第一冷液管35和第二冷液管36进行冷液循环，实现对试样三端控温，提高控温精度。
具体的，如图2和图3所示，压头21的第一冷液管35和底座23的第二冷液管36均可以通过在金属中蚀刻成槽的方式制造，成U型分布，如图A-A和B-B剖视图。
另外，如图6所示，罩体31为金属材质，其外侧包裹有保温棉37，以减弱三轴仪压力室30内外热交换。罩体的内侧壁附着有U型的冷液盘管32，对三轴仪压力室30内的围压液进行控温。上围压液入口310通过管道与围压液储存罐连接，用于向三轴仪压力室30内快速注入围压液。真空机接口39与真空机90连接，通过抽气在压力室30内形成真空环境，辅助围压液快速注入，并加速围压液内气泡排出。罩体31通过螺纹结构311固定于底盘38之上。同时，为了便于将罩体31安装于底盘38上，可以在罩体31的外侧设置手柄312，通过手持手柄312将罩体31旋入底盘38上。
本发明提供的三轴仪压力室，能够对试样进行高精度控温，实时准确获得试样的弹性模量和剪切模量，并可在轴对称应力条件和平面应变条件下对试样进行剪切试验。
下面对本发明提供的冻土三轴仪进行描述，下文描述的冻土三轴仪与上文描述的三轴仪压力室可相互对应参照。
如图8所示，本发明的另一方面还提供了一种冻土三轴仪，包括：三轴仪压力室30、加载动力系统40、温控系统50和采控系统60，加载动力系统40用于向三轴仪压力室30施加载荷；温控系统50与三轴仪压力室30的冷液盘管32、第一冷液管35和第二冷液管36连通，温控系统50用于对冷液盘管32、第一冷液管35和第二冷液管36进行冷液循环，实现对试样的多端控温，提高控温精度。采控系统60用于获取试样的数据指标，并根据数据指标反馈控制加载动力系统40和温控系统50。
本发明提供的冻土三轴仪，由于包括如上所述的三轴仪压力室30，在压头21和底座23内设超声波发射器22和超声波接收器24，能够实时获取超声波P波、S波在试样内的传播速度，进而能够实时计算获得试样的弹性模量和剪切模量；而且，三轴仪压力室30的内部设置有多个温度传感器用于测得试样多处的温度，并通过温控系统对冷液盘管32、第一冷液管35和第二冷液管36进行冷液循环，实现对试样的多端控温，提高控温精度。
如图8所示，在本发明的实施例中，加载动力系统40包括：围压作动器41、伺服液压机42、加载门架43、油泵44和油泵冷却机45，围压作动器41用于向三轴仪压力室30内注入围压液来对试样施加围压；伺服液压机42用于抬升试样10以对试样10施加竖向载荷；围压作动器41和伺服液压机42可以均采用液压控制，其动力源来源于油泵44，油泵44用于向围压作动器41和伺服液压机42提供动力源；为了缓解油泵44运行散热对三轴仪周边环境温度的影响，油泵冷却机45通过水冷方式对油泵44冷却。加载门架43用于为压力室30提供支撑，轴向加载杆34穿过罩体31，顶部与加载门架43连接，底部与压头21接触。
在本发明的实施例中，温控系统50包括第一冷浴设备51、第二冷浴设备52、第三冷浴设备53和第四冷浴设备54，第一冷浴设备51、第二冷浴设备52、第三冷浴设备53和第四冷浴设备54分别与冷液盘管32、第一冷液管35、第二冷液管36和围压作动器41内的活塞冷却管411连通。即，第一冷浴设备51、第二冷浴设备52、第三冷浴设备53用于直接控制压力室30的温度，第一冷浴设备51与冷液盘管32相连，对三轴仪压力室30内的围压液进行控温，从而进一步对试样侧表面进行控温。第二冷浴设备52与第一冷液管35相连，从而进一步对试样10顶部进行降温。第三冷浴设备53与第二冷液管36相连，进而对试样10底部进行降温。第一冷浴设备51、第二冷浴设备52和第三冷浴设备53分别对试样10的侧面、顶部和底部三端进行控温，有效提高试样控温精度。第四冷浴设备54与围压作动器41内的活塞冷却管411连通，通过低温冷液循环对围压作动器41内的围压液412进行控温，以防止围压调节过程中围压液412进出压力室30对试样控温精度的影响。
需要说明的是，如图7和图9所示，围压作动器41具有活塞底座413和作动活塞414，活塞底座413用于为作动活塞414提供支撑，作动活塞414与下围压液入口313接通，作动活塞414运动，能够通过下围压液入口313向三轴仪压力室30内注入围压液412。
具体的，如图8所示，采控系统60可以包括采控器61、计算机62和多个传感器，采控系统60的作用是获取试样轴向力、围压、轴向应变、体积应变、温度和剪切模量等指标，并根据指标反馈至三轴仪的加载动力系统40、加载装置20和温控系统50。
其中，轴向力通过加载门架43顶部的应力传感器测定；围压通过围压作动器41内部的压力传感器测定。轴向应变通过伺服液压机42附带的传感器测定。体积应变通过围压作动器41附带的围压液进出量传感器测定。
温度通过多个温度传感器33测量，至少三个温度传感器33分别位于试样10的侧面下部附近、中部附近、上部附近，至少三个温度传感器33实时测量试样表面并将测量结果反馈至采控器61。采控器61根据温度测量结果调节第一冷浴设备51、第二冷浴设备52和第三冷浴设备53的功率，从而改变冷液盘管32、第一冷液管35以及第二冷液管36内的冷液温度，使试样顶部、中部和底部温度保持均一。
在本发明的实施例中，还包括底盘架70和导轨80，底盘架70上设置有三轴仪压力室30，底盘架70与导轨80滑动连接。底盘架70中空，内部可布设与三轴仪压力室30相关的管道和导线，导轨80设置于底盘架70的底部，导轨80能够使底盘架70及其上方的压力室30在加载门架43上前后移动，方便装样。
此外，在进行三轴剪切试验时，可在试样外安装LVDT（Linear VariableDifferential Transformer）位移测量模块29，如图7所示。其通过弹簧环绕方式固定在试样中部表面，可测量试样环向变形，进而计算得到试样局部径向应变。
另外，三轴仪还包括真空机90和恒温箱100，真空机90通过管道与罩体31上方的真空机接口39连接，通过抽气在压力室30内部形成真空环境，辅助在压力室30内快速注入围压液。恒温箱100用于对围压液、试样以及压头等部件在试验前进行提前控温，以加快试验过程中的控温速度，提高试验效率。
下面，以三轴剪切试验为例，介绍本发明装置具体操作步骤：
S1、试样制备：参照《土工试验方法标准 GB/T 50123-2019》制备融土试样。三轴剪切试验所用试样为直径50mm、高100mm的圆柱体。将融土试样装入三瓣模中，采用限位器固定三瓣模。将三瓣模放入恒温箱100，在温度-30℃下冷冻24小时，制成冻土试样。
S2、仪器准备：将第一冷浴设备51与冷液盘管32的接口连接，将第三冷浴设备53与第二冷液管36的接口连接，将第四冷浴设备54与围压作动器41的活塞冷却管411的接口连接。在试验前12小时打开第一冷浴设备51、第三冷浴设备53和第四冷浴设备54，按试验方案设置目标温度，对罩体31、底座23和围压作动器41内围压液进行预控温，使其稳定在目标温度。由于试样未安装，压头21暂无法固定于压力室内，可将压头21放入恒温箱100预控温。由于围压作动器41内围压液数量较少，不能填满整个压力室，仅能用来调节围压，因此需要单独准备围压液用于填充压力室，该围压液可预先储存于恒温箱100内进行预控温。
S3、试样安装：将冻土试样从三瓣模中取出，在其外侧包裹橡皮膜，并安放于底座23之上。在土样上方安放压头21，用橡皮筋将橡皮膜两端与底座和压头21分别扎紧。将轴向加载杆34中心对准压头21中心降下，使轴向加载杆34与压头21咬合。落下压力室30，拧紧压力室30与底盘架70的连接螺栓。
S4、试样控温：通过罩体31的顶部上围压液注入口310向三轴仪压力室30内注入围压液，该围压液已在恒温箱100内提前冷却。将罩体31顶部真空机接口与真空机90连接，通过抽气在三轴仪压力室30内形成真空，辅助围压液注入。待三轴仪压力室30内围压液注满后，真空机接口和围压液注入口。开启所有冷浴，对试样进行控温。根据经验，待温度传感器所测试样表面温度稳定在目标温度6小时后，试样温度稳定在目标温度。
S5、试样剪切：打开计算机控制软件，按照试验方案，设定加载路径、围压等参数。围压作动器41通过注入/抽出围压液控制土样围压变化，围压作动器41通过底盘上升/下降控制土样轴向力变化，对试样开展各种应力路径的三轴剪切试验。
S6、试验结束：待试验应力应变曲线出现残余强度段或轴向应变超过20%时，可终止试验，关闭温控系统，降下底盘，卸掉围压，抽出围压液，升起压力室，拆除试样。
本发明提供的三轴仪，能够获得冻土在不同应力路径、加载条件、温度和围压影响下的应力应变关系，有助于揭示冻土力学特性的影响因素和演化规律，有助于分析寒区岩土工程和人工冻结法施工中冻土体的变形和稳定性，具有重要的科学价值和工程意义。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“方式”、“具体方式”、或“一些方式”等的描述意指结合该实施例或方式描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或方式中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或方式。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或方式中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或方式以及不同实施例或方式的特征进行结合和组合。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种加载装置，用于对试样（10）进行加载，其特征在于，包括：
压头（21），内部设置有超声波发射器（22）；
底座（23），内部设置有超声波接收器（24）；且所述压头（21）和所述底座（23）分别设置于试样（10）的顶部和底部；
通过所述超声波发射器（22）和所述超声波接收器（24）实时获取超声波P波、S波在试样内的传播速度，能够根据所述传播速度获得试样的弹性模量和剪切模量。
2.根据权利要求1所述的加载装置，其特征在于，所述压头（21）和所述底座（23）与试样的接触面端面为矩形；还包括一对约束侧壁（25），所述约束侧壁（25）对应设置于试样短边方向的两侧面，用于约束试样沿长边方向的变形，形成平面应变条件；且所述约束侧壁（25）同时与所述底座（23）和所述压头（21）连接；形成平面应变加载模块。
3.根据权利要求2所述的加载装置，其特征在于，还包括框架（26）、上环箍（27）和下环箍（28），所述框架（26）设置于所述约束侧壁（25）的外周，所述上环箍（27）和所述下环箍（28）分别设置于所述框架（26）的顶部的外周和底部的外周。
4.根据权利要求1所述的加载装置，其特征在于，所述底座（23）和所述压头（21）的端面均为圆形；加载时，所述压头（21）和所述底座（23）相互靠近提供轴向力；形成轴对称应力加载模块。
5.一种三轴仪压力室，其特征在于，包括：
罩体（31），内侧面设置有冷液盘管（32）；
多个温度传感器（33），用于测量试样侧面上、中、下至少三个不同位置的表面温度；
权利要求1-4任一项所述的加载装置（20）；所述加载装置（20）设置于所述罩体（31）的内部；
轴向加载杆（34），贯穿所述罩体（31），且所述轴向加载杆（34）与所述加载装置（20）的压头（21）接触；
所述加载装置（20）的压头（21）和底座（23）内分别设置有第一冷液管（35）和第二冷液管（36）；所述冷液盘管（32）、第一冷液管（35）和第二冷液管（36）分别用于与温控系统（50）连通。
6.根据权利要求5所述的三轴仪压力室，其特征在于，所述罩体（31）的外侧包裹有保温棉（37）。
7.一种冻土三轴仪，其特征在于，包括：
如权利要求5或6所述的三轴仪压力室（30），
加载动力系统（40），用于向所述三轴仪压力室（30）施加载荷；
温控系统（50），与所述三轴仪压力室（30）的冷液盘管（32）、第一冷液管（35）、第二冷液管（36）和所述加载动力系统（40）连通；
采控系统（60），用于获取试样的数据指标，并根据所述数据指标反馈控制所述加载动力系统（40）和所述温控系统（50）。
8.根据权利要求7所述的冻土三轴仪，其特征在于，所述加载动力系统（40）包括：
围压作动器（41），用于向所述三轴仪压力室（30）内试样（10）施加围压；
伺服液压机（42），用于抬升试样（10）以对试样（10）施加竖向载荷；
加载门架（43），用于为所述三轴仪压力室（30）提供支撑；
油泵（44），用于向所述围压作动器（41）和所述伺服液压机（42）提供动力源；
油泵冷却机（45），用于对所述油泵（44）冷却。
9.根据权利要求8所述的冻土三轴仪，其特征在于，所述温控系统（50）包括第一冷浴设备（51）、第二冷浴设备（52）、第三冷浴设备（53）和第四冷浴设备（54），所述第一冷浴设备（51）、第二冷浴设备（52）、第三冷浴设备（53）和第四冷浴设备（54）分别与所述冷液盘管（32）、第一冷液管（35）、第二冷液管（36）和所述围压作动器（41）内的活塞冷却管（411）连通。
10.根据权利要求7所述的冻土三轴仪，其特征在于，还包括底盘架（70）和导轨（80），所述底盘架（70）上设置有所述三轴仪压力室（30），所述底盘架（70）与所述导轨（80）滑动连接。
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