CN116359039A - 一种高低温直剪拉拔摩擦仪及其实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高低温直剪拉拔摩擦仪及其实验方法，包括：高低温系统、竖向加载系统、土体剪切盒体、水平剪切系统、实验动平台、实验台和电脑控制系统；本装置包括了实验平台，和实验所需要的高低温系统，高低温系统用于控制实验条件，土体剪切盒体用于装载实验样本，竖向加载系统、水平剪切系统和实验动平台的运动由电脑控制系统控制，完成实验动作，电脑控制系统同时提供实验结果和数据，本装置用于研究高低温条件下筋土界面摩擦特性的直剪试验和拉拔试验对极端高低温环境下土工合成材料的特性数据。

Description

一种高低温直剪拉拔摩擦仪及其实验方法

技术领域

本发明涉及一种高低温条件下测定不同种类土与土工合成材料的筋土界面摩擦特性的实验设备，尤其用于高低温极端条件下直剪摩擦试验和拉拔摩擦试验仪器，具体涉及一种高低温直剪拉拔摩擦仪及其实验方法。

背景技术

土工合成材料具有强度高、适用性广、低成本和施工简便等优点，目前广泛应用，土工合成材料已经广泛用于，土工合成材料应用在加筋土工程中，土工合成材料与填土界面的作用特征指标是加筋土工程最关键的技术指标，土工合成材料与填土的筋土界面作用特征直接决定了加筋土工程的内部稳定性，加筋土工程中常用直剪试验和拉拔试验研究填料与土工合成材料的界面作用特征。

高寒地区加筋土工程必然面对土工合成材料受到高低温的影响和土体填料冻融影响而产生的筋土界面特性的改变，因为土工合成材料为高分子合成材料，随着高低温度变化的影响，土工合成材料会产生老化现象，从而改变其筋土界面特性，土工合成材料和土体填料在极端温度条件下的特性都会发生改变，所以研究高低温极端环境下筋土界面特性的变化，土工合成材料和土体填料在低温到高温和高温到低温的连续温度范围内耦合作用影响下的筋土界面特性变化情况，目前，没有具体的实验器材可以研究高低温条件下筋土界面摩擦特性的直剪试验和拉拔试验对极端高低温环境下土工合成材料的特性数据。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高低温直剪拉拔摩擦仪及其试验方法，用于研究高低温条件下筋土界面摩擦特性的直剪试验和拉拔试验对极端高低温环境下土工合成材料的特性数据。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种高低温直剪拉拔摩擦仪，包括：高低温系统、竖向加载系统、土体剪切盒体、水平剪切系统、实验动平台、实验台和电脑控制系统；高低温系统包括有高低温箱体，高低温箱体安装在实验台上，且高低温箱体内部布设为第一空间和第二空间，第一空间叠设有电气控制加热系统和电气控制制冷系统；竖向加载系统固定安装在实实验台上，且设置于高低温箱体的第二空间内部；土体剪切盒体设置在高低温箱体第二空间内部，且安装于竖向加载系统与实验台之间，用于装接实验样本；水平剪切系统安装在实验台上，实验动平台的竖向位置设置在水平剪切系统和实验台之间，且位于高低温箱体第二空间内部；电脑控制系统与实验台之间通过电路连接。

本装置包括了实验平台，和实验所需要的高低温系统，高低温系统用于控制实验条件，土体剪切盒体用于装载实验样本，竖向加载系统、水平剪切系统和实验动平台的运动由电脑控制系统控制，完成实验动作，电脑控制系统同时提供实验结果和数据，本装置用于研究高低温条件下筋土界面摩擦特性的直剪试验和拉拔试验对极端高低温环境下土工合成材料的特性数据。具体的温度条件是指：所开展试验不同，需要达到的温度值就是不一样的。所以我们补充的条件就是试验方案预设的试验温度，试验方案设计时会根据所开展试验的具体内容设置一个试验温度。一般是-20℃到50℃左右。

进一步地，竖向加载系统的框架体系可以在竖向加载滚珠丝杠上滑动，从而移动连接在框架体系上的部件，该竖向加载系统包括：框架体系、竖向加载滚珠丝杠、竖向加载伺服电机、竖向加载框架体系、固定套盒和调距系统；框架体系固定安装在实验台上，竖向加载滚珠丝杠安装在框架体系内部且垂直于实验台设置，竖向加载框架体系通过设置滚珠丝杠滑块与竖向加载滚珠丝杠连接，滚珠丝杠滑块可在竖向加载滚珠丝杠上滑动；竖向加载框架体系通过调距系统连接固定套盒；竖向加载伺服电机固定安装在实验台内部，竖向加载滚珠丝杠端部固定连接于竖向加载伺服电机驱动部分。

进一步地，框架系统用于连接装置的其他部件，这样设置框架系统主要是保证整个系统的稳定性，框架体系包括框架柱、框架横梁和框架纵梁；各个框架柱之间相互平行，且框架柱与实验台的台面之间垂直设置，框架横梁横向连接相邻两根框架柱，框架纵梁纵向连接相邻两根框架柱，框架柱、与框架横梁以及框架纵梁均垂直连接。

进一步地，竖向加载滚珠丝杠贯穿实验台表面，且竖向加载滚珠丝杠与高低温箱体连接处设置有竖向加载滚珠丝杠穿箱密封装置。

进一步地，竖向加载框架体系包括龙门侧横梁、龙门侧纵梁、龙门中纵梁和龙门中横梁，龙门侧横梁平行于框架横梁设置、龙门侧纵梁平行于框架纵梁设置，龙门侧横梁与龙门侧纵梁通过滚珠丝杠滑块连接；龙门中横梁设置平行于龙门侧横梁设置且连接两根龙门侧纵梁，龙门中纵梁垂直于龙门中横梁且连接两根龙门侧横梁。

进一步地，固定套盒上的固定板限位杆用于限制土体剪切盒体的位置，固定套盒包括固定套盒固定板和固定套盒固定侧板，固定套盒固定侧板设置在固定套盒固定板的相对两侧边，且固定套盒固定板远离竖向加载框架体系的一侧设置有固定套盒固定板限位杆；

调距系统用于调节固定套盒的位置，从而调节固定板限位杆的位置，调距系统包括液压调距装置、竖向加载盖板和竖向加载压力传感器，调距系统设置在固定套盒内部，液压调距装置一端连接于竖向加载框架体系，液压调距装置一端的另一端通过设置液压调距装置液压杆连接竖向加载盖板，液压调距装置液压杆与竖向加载盖板连接处设置有竖向加载压力传感器，竖向加载盖板与固定套盒连接。

进一步地，土体剪切盒体包括剪切上盒和剪切下盒，剪切下盒放置在实验动平台上，剪切上盒设置在剪切下盒上靠近固定套盒的位置。

进一步地，剪切上盒底板的相对两侧设置有剪切上盒侧板，另外两侧设置有剪切上盒固定板，剪切上盒固定板设置有上下贯穿的剪切上盒限位孔口；剪切下盒相对两侧设置有剪切下盒固定板，剪切下盒固定板设置有上下贯穿的剪切下盒限位孔口，剪切下盒的底部设置有剪切下盒滑轮，剪切下盒滑轮通过设置剪切下盒滑轮固定杆固定在剪切下盒下侧；剪切上盒限位孔口和剪切下盒限位孔口的位置与固定套盒固定板限位杆对应设置，剪切下盒限位孔口与剪切上盒限位孔口的尺寸相同且均可容纳固定套盒固定板限位杆。

进一步地，水平剪切系统用于完成剪切实验，水平剪切系统包括水平剪切驱动装置、水平剪切滚珠丝杠、水平剪切夹具和水平剪切测力传感器；

水平剪切驱动装置固定安装实验台上且靠近高低温箱体的外侧，水平剪切滚珠丝杠设置一端连接在水平剪切驱动装置上，另一端贯穿到高低温箱体内部，水平剪切夹具连接在水平剪切滚珠丝杠上在高低温箱体内部的一端，水平剪切夹具与水平剪切滚珠丝杠的连接处设置有水平剪切测力传感器。

进一步地，水平剪切夹具包括拉拔动夹板、拉拔定夹板、拉拔紧固螺杆和连接板，连接板固定连接水平剪切滚珠丝杠的端部，拉拔定夹板垂直于连接在连接板上，拉拔动夹板通过拉拔紧固螺杆与拉拔定夹板相互固定，且拉拔动夹板与拉拔定夹板之间互相平行。

进一步地，实验动平台包括滑动平台和直剪动平台，直剪动平台上设置有导轨，滑动平台通过连接导轨上设置的导轨滑块连接于直剪动平台，滑动平台侧边上固定设置直剪夹具。

进一步地，直剪动平台远离导轨的一侧设置有直剪动平台液压装置，直剪动平台液压装置通过设置直剪动平台液压装置液压杆穿过高低温箱体连接直剪动平台，直剪动平台液压装置液压杆与高低温箱体连接处设置有液压杆穿箱装置；直剪动平台液压装置固定在实验台内部。

进一步地，滑动平台一侧设置有直剪拉拔夹块，直剪拉拔夹块靠近边缘处设置有直剪拉拔夹块紧固孔；

滑动平台远离直剪拉拔夹块的一侧设置直剪夹具，直剪夹具包括直剪定夹板、直剪动夹板和直剪紧固螺杆，直剪定夹板固定连接在滑动平台侧边，直剪动夹板通过直剪紧固螺杆固定于直剪定夹板上，且直剪定夹板与直剪动夹板之间平行设置。

进一步地，高低温箱体相对两侧均设置箱门，高低温箱体内还设置有照明设备，照明设备设置在竖向加载框架体系上。

进一步地，高低温箱体材质为内外两层不锈钢金属板，两层不锈钢金属板之间夹裹耐热保温材料，箱门上设置有抽真空双层钢化玻璃材质的观察窗。

进一步地，竖向加载伺服电机具有自锁功能。

进一步地，剪切上盒侧板设置有侧板紧固螺杆，沿侧板紧固螺杆下方向设置有移动槽，移动槽的尺寸大于侧板紧固螺杆的尺寸。

一种高低温直剪拉拔实验方法，应用于高低温直剪拉拔摩擦仪，其步骤如下：

S1：制备土工合成材料直剪试样和土工合成材料拉拔试样；

S2：完成土工合成材料直剪试样的固定；

S3：固定土体剪切盒体的初始定位，土体剪切盒装载土工合成材料。

S4：开始拉拔摩擦实验，打开仪器电源，开启高低温系统，当满足实验低温、高温或高低温循环的条件后，电脑控制系统控制装置运动，土工合成材料拉拔试样在电脑控制系统设置条件下的拉拔摩擦力，电脑控制系统绘制得出剪应力与拉拔位移关系曲线，最大剪应力与法向应力关系曲线，并给出土工合成材料拉拔试样与土样拉拔摩擦等系数。

S5：关闭拉拔摩擦实验，开始直剪试验，开启高低温系统，当满足实验低温、高温或高低温循环的条件后，电脑控制系统控制装置运动，土工合成材料直剪试样在电脑控制系统设置条件下的拉应力，直剪位移关系曲线，最大剪应力与法向应力关系曲线，并给出土工合成材料直剪试样的相应实验系数。

采用上述进一步方案的有益效果是：

本发明除了与传统的直剪拉拔摩擦装置相同的功能，本发明同时还具备电气控制加热系统和电气控制制冷系统，可以对本发明高低温箱体内温度发生连续和精确控制，实现极端温度条件下土工合成材料的直剪拉拔摩擦试验，便于研究测试高低温条件对土工合成材料筋土界面特性的影响、对土体筋土界面特性的影响以及耦合作用影响下对的筋土界面特性的影响。

本发明一次性完成土工合成材料的直剪拉与拔摩擦实验，省去安装、拆卸、连接和固定剪切盒等一系列的繁琐操作，更能实现电脑控制系统设定后，仪器智能和自动完成直剪和拉拔摩擦实验的目的。

本发明的驱动部件设置在试验台内部，有效保护驱动部件；土体剪切盒体设置分剪切上盒和剪切下盒，方便使用时完成土样的固定；设置剪切试验装置和拉拔实验装置，可以使得一份土样可做多份实验。

附图说明

图1为本发明实施例提供的整体示意图；

图2为本发明实施例提供的去除高低温系统后整体示意图图；

图3为本发明实施例提供的高低温系统示意图；

图4为本发明实施例提供的整体平面示意图；

图5为本发明实施例提供的外观示意图；

图6为本发明实施例提供的固定套盒和调距系统示意图；

图7为本发明实施例提供的土体剪切盒体示意图；

图8为本发明实施例提供的土体剪切下盒示意图；

图9为本发明实施例提供的水平剪切夹具示意图；

图10为本发明实施例提供的直剪夹具示意图；

图11为本发明实施例提供的滑动平台示意图；

图12为本发明实施例提供的实验动平台示意图；

图13为本发明实施例提供的竖向加载滚珠丝杠穿箱密封装置示意图；

图14为本发明实施例提供的直剪动平台液压装置液压杆穿箱装置示意图；

图15为本发明实施例提供的拉拔实验示意图；

图16为本发明实施例提供的直剪实验示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-高低温系统，11-高低温箱体，12-箱门，121-钢化玻璃，13-照明设备，14-电气控制加热系统，15-电气控制制冷系统，2-竖向加载系统，21-框架体系，211-框架柱，212-框架横梁，213-框架纵梁，22-竖向加载滚珠丝杠，23-竖向加载滚珠丝杠穿箱密封装置，24-竖向加载伺服电机，25-竖向加载框架体系，251-龙门侧横梁，252-龙门侧纵梁，253-滚珠丝杠滑块，254-龙门中纵梁，255-龙门中横梁，26-固定套盒，261-固定套盒固定板，2611-固定套盒固定板限位杆，262-固定套盒固定侧板，27-调距系统，271-液压调距装置，2711-液压调距装置液压杆，272-竖向加载压力传感器，273-竖向加载盖板，3-土体剪切盒体，31-剪切上盒，311-侧板，312-侧板紧固螺杆，313-剪切上盒固定板，314-剪切上盒限位孔口，32-剪切下盒，321-剪切下盒固定板，322-剪切下盒限位孔口，323-剪切下盒滑轮，324-剪切下盒滑轮固定杆，4-水平剪切系统，41-水平剪切驱动装置，42-水平剪切滚珠丝杠，43-水平剪切滚珠丝杠穿箱密封装置，44-水平剪切夹具，441-拉拔动夹板，4411-拉拔动夹板孔口，442-拉拔定夹板，4421-拉拔定夹板孔口，443-拉拔紧固螺杆，45-水平剪切测力传感器，5-实验动平台，51-滑动平台，511-直剪拉拔夹块，5111-直剪拉拔夹块紧固孔，52-直剪夹具，521-直剪定夹板，5211-直剪定夹板孔口，522-直剪动夹板，5221-直剪动夹板孔口，523-直剪紧固螺杆，53-导轨滑块，54-导轨，55-直剪动平台，56-直剪动平台液压装置，561-直剪动平台液压装置液压杆，57-液压杆穿箱装置，6-实验台，7-电脑控制系统。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

一种高低温直剪拉拔摩擦仪，如图1-14所示，包括：高低温系统1、竖向加载系统2、土体剪切盒体3、水平剪切系统4、实验动平台5、实验台6和电脑控制系统7；高低温系统1包括高低温箱体11、箱门12、照明设备13、电气控制加热系统14和电气控制制冷系统15，高低温系统1设置在实验台6上的右侧，高低温箱体11设置在实验台6上的中间，箱门12设置在高低温箱体11的前后两侧，照明设备13设置高低温箱体11内竖向加载框架体系25的龙门侧横梁251和龙门侧纵梁252下侧，电气控制加热系统14和电气控制制冷系统15设置在实验台6上右侧，电气控制加热系统14设置在电气控制制冷系统15的上方，箱门12设置在高低温箱体11两侧前后两侧，照明设备13设置在高低温箱体11内，电气控制加热系统14和电气控制制冷系统15设置在高低温箱体11右侧；

在本实施例中，竖向加载系统2包括框架体系21、竖向加载滚珠丝杠22、竖向加载滚珠丝杠穿箱密封装置23、竖向加载伺服电机24、竖向加载框架体系25、固定套盒26和调距系统27。

在本实施例中，框架体系21包括框架柱211、框架横梁212和框架纵梁213组成，框架柱211设置在高低温箱体11内的四周，框架柱211相互平行，且框架柱211与实验台6面垂直，框架横梁212布置在高低温箱11内上部左右相邻的框架柱211之间，框架纵梁213布置在高低温箱11内上部的前后相邻框架柱211之间，框架柱211、框架横梁212与框架纵梁213相互垂直固定连接，竖向加载滚珠丝杠22设置在框架体系21内部的四周且与框架柱211相互平行，竖向加载滚珠丝杠22与实验台6面相互垂直并贯穿实验台6，竖向加载滚珠丝杠穿箱密封装置23设置在竖向加载滚珠丝杠22贯穿高低温箱体11和实验台6处，竖向加载伺服电机24设置在竖向加载滚珠丝杠22对应位置下侧的实验台6内，竖向加载伺服电机24固定在实验台6内部，竖向加载滚珠丝杠22固定连接于竖向加载伺服电机24驱动部分，竖向加载框架体系25设置在框架体系21内部。

在本实施例中，竖向加载框架体系25包括龙门侧横梁251、龙门侧纵梁252、滚珠丝杠滑块253、龙门中纵梁254、龙门中横梁255组成，龙门侧横梁251和龙门侧纵梁252设置在框架横梁212和框架纵梁213的下侧，且龙门侧横梁251与框架横梁212平行，滚珠丝杠滑块253设置在龙门侧横梁251、龙门侧纵梁252与竖向加载滚珠丝杠22相交处的竖向加载滚珠丝杠22上，龙门侧纵梁252与框架纵梁213平行，龙门中横梁255设置在相邻框架横梁212之间，龙门中纵梁254设置在相邻框架纵梁213之间，且龙门中横梁255与龙门侧横梁251平行，龙门中纵梁254与龙门侧纵梁252平行；

在本实施例中，固定套盒26包括固定套盒固定板261和固定套盒固定侧板262组成，固定套盒固定板261设置在前后两侧，固定套盒固定板261下侧设置有限位杆2611，固定套盒固定侧板262设置在左右两侧，固定套盒26设置在竖向加载框架体系25的下侧，固定套盒26上侧与竖向加载框架体系25下侧固定连接，调距系统27包括液压调距装置271、竖向加载盖板272和竖向加载压力传感器273组成，调距系统27设置在固定套盒26内部上侧，调距系统27与设置在龙门中横梁255和龙门中纵梁254下侧的固定套盒26固定连接，液压调距装置271与固定套盒26上侧固定连接，竖向加载盖板273设置在液压调距装置271下方的固定套盒26的内部下侧，竖向加载压力传感器272设置在液压调距装置271与竖向加载盖板273之间且靠近竖向加载盖板273的位置，调距系统设置27在固定套盒26内部的上侧；

在本实施例中，土体剪切盒体3包括剪切上盒31和剪切下盒32组成，土体剪切盒体3设置在高低温系统1的高低温箱体11内部下侧，剪切上盒31在左侧和右侧均设置有剪切上盒侧板311，剪切上盒31在前侧和后侧均设置有剪切上盒固定板313，剪切上盒固定板313设置有上下贯穿的剪切上盒限位孔口314，剪切下盒32前侧和后侧均设置有剪切下盒固定板321，剪切下盒固定板321设置有上下贯穿的剪切下盒限位孔口322，剪切下盒32盒体的前侧下方和后侧下方均设置有剪切下盒滑轮323，剪切下盒滑轮323通过剪切下盒滑轮固定杆324固定在剪切下盒32前侧和后侧盒体的内部下侧，剪切上盒31设置在剪切下盒32的上方；

在本实施例中，水平剪切系统4包括水平剪切驱动装置41、水平剪切滚珠丝杠42、水平剪切滚珠丝杠穿箱密封装置43、水平剪切夹具44和水平测力传感器45，水平剪切驱动装置41设置实验台6上左侧，水平剪切滚珠丝杠42设置在水平剪切驱动装置41与高低温箱体11之间，且水平剪切滚珠丝杠42贯穿高低温箱体11，水平剪切滚珠丝杠穿箱密封装置43设置在水平剪切滚珠丝杠42贯穿高低温箱体11处；

在本实施例中，水平剪切夹具44包括拉拔动夹板441、拉拔定夹板442和拉拔紧固螺杆443组成，拉拔动夹板441布置在拉拔定夹板442的上侧，且拉拔动夹板441与拉拔定夹板442相互平行，拉拔紧固螺杆443布置在拉拔动夹板441与拉拔定夹板442之间，拉拔紧固螺杆443穿过拉拔动夹板441与拉拔定夹板442，且与拉拔动夹板441和拉拔定夹板442垂直，水平剪切夹具44设置在高低温箱11内左侧，且在水平剪切驱动装置41与水平剪切夹具44之间，水平剪切测力传感器45设置在水平剪切滚珠丝杠42上且靠近水平剪切夹具44的位置；

在本实施例中，实验动平台5包括滑动平台51、直剪夹具52、导轨滑块53、导轨54、直剪动平台55、直剪动平台液压装置56和液压杆穿箱装置57，滑动平台51左侧设置有直剪拉拔夹块511，直剪夹具52设置在滑动平台51右侧，直剪夹具52包括直剪定夹板521、直剪动夹板522和直剪紧固螺杆523组成，直剪定夹板521设置在滑动平台51右侧，且直剪定夹板521与滑动平台51右侧固定连接，直剪动夹板522设置在直剪定夹板521右侧，直剪动夹板522与直剪定夹板521相互平行，直剪紧固螺杆523布置在直剪动夹板522与直剪定夹板521之间，直剪紧固螺杆523穿过直剪动夹板522与直剪定夹板521，且直剪紧固螺杆523与直剪动夹板522和直剪定夹板521垂直，导轨滑块53设置在滑动平台51下侧，导轨54设置在滑动平台51与实验台6之间，直剪动平台55设置在导轨54与实验台6之间，直剪动平台液压装置56设置在直剪动平台55对应位置下侧的实验台6内部，直剪动平台液压装置56下侧实验台6固定连接，直剪动平台液压装置56上侧与直剪动平台55下侧固定连接，液压杆穿箱装置57设置在直剪动平台液压装置液压杆561贯穿高低温箱体11处，直剪夹具52设置在滑动平台51的右侧，导轨滑块53设置在滑动平台51下侧，导轨54设置在导轨滑块53的下侧，直剪动平台55设置在导轨54下侧，直剪动平台液压装置56设置在直剪动平台55下侧；高低温系统1设置实验台6上右侧，竖向加载系统2设置在高低温系统1的高低温箱体11内，土体剪切盒体3设置在竖向加载系统2与实验台6之间的下侧，水平剪切系统4设置实验台6左侧，实验动平台5设置在水平剪切盒体4与实验台6之间，构成一种高低温直剪拉拔摩擦仪。上述固定套盒可以容纳剪切上盒。

在本实施例中，如图2、图1和图5所示，高低温箱体11材质为内外两层不锈钢金属板，两层不锈钢金属板之间夹裹耐热保温材料，箱门12上设置有抽真空双层钢化玻璃材质的观察窗。

在本实施例中，如图4所示，竖向加载伺服电机24具有自锁功能。

实施例2

在本实施例中，如图13、图6、图7、图15和图16所示，固定套盒固定板261的限位杆2611的尺寸小于剪切上盒限位孔口314，固定套盒固定板261的限位杆2611的尺寸小于剪切下盒限位孔口322，固定套盒固定侧板262的长度小于固定套盒固定板261的长度。

在本实施例中，如图6所示，固定套盒26内液压调距装置液压杆2711的行程应≧300mm。

在本实施例中，如图7所示，剪切上盒限位孔口314设置在剪切上盒固定板313靠近剪切上盒31的一侧，剪切下盒限位孔口322设置在剪切下盒固定板321靠近剪切下盒32的一侧，剪切上盒限位孔口314与剪切下盒限位孔口322的尺寸相同。

在本实施例中，如图7所示，剪切上盒31，长度和宽度为500mm，高度为300mm，壁厚为20mm。

在本实施例中，如图7所示，剪切下盒32，长度和宽度为500mm，高度为300mm，壁厚为20mm。优选的，

在本实施例中，如图8所示，剪切下盒滑轮固定杆324贯穿剪切下盒32和剪切下盒滑轮323。

在本实施例中，如图7所示，剪切上盒侧板311设置有侧板紧固螺杆312，沿侧板紧固螺杆312下方向设置有移动槽，移动槽的尺寸大于紧固螺杆312的尺寸。

在本实施例中，如图9和图11所示，直剪拉拔夹块511设置有直剪拉拔夹块紧固孔5111，直剪拉拔夹块紧固孔5111的尺寸大于水平剪切夹具的拉拔紧固螺杆443的尺寸。

在本实施例中，如图9所示，拉拔动夹板441的拉拔动夹板孔口4411尺寸大于拉拔紧固螺杆443的尺寸，拉拔定夹板442的拉拔定夹板孔口4421尺寸大于拉拔紧固螺杆443的尺寸。

在本实施例中，如图10所示，直剪定夹板521的直剪定夹板孔口5511尺寸大于直剪紧固螺杆523的尺寸，直剪动夹板522的直剪动夹板孔口5521尺寸大于直剪紧固螺杆523的尺寸。

在本实施例中，如图12所示，直剪动平台液压装置液压杆561的行程≥300mm。

实施例3

本实施例还提供一种用于高低温直剪拉拔仪的实验方法，如图15和图16所示，包括以提供以下步骤：

S1：制备土工合成材料直剪试样和土工合成材料拉拔试样，土工合成材料直剪试样的尺寸为300mm*900mm，土工合成材料拉拔试样的尺寸为260mm*900mm。

S2：打开高低温箱体11的箱门12，安装土工合成直剪材料试样，将土工合成材料直剪试样的长边方向与实验台6长边方向平行放置，用环氧树脂将土工合成材料直剪试样粘在滑动平台51上，土工合成材料直剪试样在滑动平台51右侧的多余部分放置在直剪夹具521中，并旋紧直剪紧固螺杆523，土工合成材料直剪试样在滑动平台51左侧的多余部分放置在直剪拉拔夹块511上，使土工合成材料直剪试样预先制作的孔洞与直剪拉拔夹块紧固孔5111对齐，完成土工合成材料直剪试样的固定，固定后的土工合成材料直剪试样应平整且没有褶皱。

S3：将剪切下盒32放置在滑动平台51的土工合成材料直剪试样上的指定位置，完成剪切下盒32的初始定位，将土样放置在剪切下盒32内，剪切下盒32内土样的压实度应与工程实践应用或试验要求的压实度相同，根据压实度盒体积的关系确定每层土样的厚度，将土样放入剪切下盒32中，对土样表面刮平，并使用竖向加载系统2的竖向加载伺服电机24带动竖向加载滚珠丝杠22，使得竖向加载滚珠丝杠22上的滚珠丝杠滑块253带动竖向加载框架体系25下侧的竖向加载盖板273向下精确移动至剪切下盒32中，分层压实剪切下盒32内的土样，重复以上的两个步骤加入并压实每层土样，直至土样与剪切下盒32顶端相齐平，并对剪切下盒32顶层土样表面刮平。

S4：将制作好的土工合成材料拉拔试样平铺放置在剪切下盒32顶层土样表面上，土工合成材料拉拔试样的长度方向与实验台6长度方向平行，铺设后的土工合成材料拉拔试样应平整且没有褶皱，并将土工合成材料拉拔试样在剪切下盒32左侧的多余部分放置在水平剪切夹具44的拉拔动夹板441与拉拔定夹板442之间，贯穿于拉拔动夹板441和拉拔定夹板442的拉拔紧固螺杆443穿过土工合成材料拉拔试样预先制作的孔洞，旋紧拉拔紧固螺杆443，将水平剪切夹具44与土工合成材料拉拔试样固定连接。

S5：放置剪切上盒31，将剪切上盒31放置在剪切下盒32的上方的指定位置，完成剪切上盒31的初始定位，并使得剪切上盒固定板313的多个剪切上盒限位孔314与剪切下盒固定板321的多个剪切下盒限位孔322一一对其，旋松剪切上盒31左右两侧侧板311的侧板紧固螺杆312，将侧板311上移，使得剪切上盒31与剪切下盒32之间形成一条高度与土工合成材料拉拔试样厚度相同的窄缝，旋紧剪切上盒31左右两侧侧板311的侧板紧固螺杆312。

S6：将土样放置在剪切上盒31内，剪切上盒31内土样的压实度应与工程实践应用或试验要求的压实度相同，根据压实度盒体积的关系确定每层土样的厚度，将土样放入剪切上盒31中，对土样表面刮平，并使用竖向加载系统2的竖向加载伺服电机24带动竖向加载滚珠丝杠22，使得竖向加载滚珠丝杠22上的滚珠丝杠滑块253带动竖向加载框架体系25下侧的竖向加载盖板273向下精确移动至剪切上盒32中，分层压实剪切上盒31内的土样，重复以上的两个步骤加入盒压实每层土样，直至土样的厚度满足实验对剪切上盒31土样厚度的规定要求，且剪切上盒31中的土样厚度≥50mm，并对剪切上盒31内顶层土样表面刮平，关闭箱门。

S7：开始拉拔摩擦实验，实验时，经过照明设备13的辅助，可通过箱门12的钢化玻璃121观察高低温箱体11内实验进况，打开仪器电源，开启高低温系统1，当满足实验低温、高温或高低温循环的条件后，根据设定电脑控制系统7的剪切上盒31的土样厚度，使用竖向加载系统2的竖向加载伺服电机24带动竖向加载滚珠丝杠22，使得竖向加载滚珠丝杠22上的滚珠丝杠滑块253带动竖向加载框架体系25与固定套盒26向下精确移动，液压调距装置271根据电脑控制系统7的设定自动伸长和缩短，精确调节使调距系统的竖向加载盖板273在土样顶层精确加载竖向压力的同时又使得固定套盒固定板261的固定套盒固定板限位杆2611可以下移至剪切上盒限位孔口314与剪切下盒限位孔口322中，固定套盒26精确的向下移动至实验设定的位置，使得固定套盒固定板限位杆2611精确向下移动至相对应的剪切上盒限位孔口314和剪切下盒限位孔口322中，并使调距系统27的竖向加载盖板273在土样顶层精确加载电脑控制系统设定的竖向应力，水平剪切系统4中的水平剪切驱动装置41驱动滚珠丝杠转动，使得水平剪切夹具44带动土工合成材料拉拔试样水平向左以电脑控制系统7预设速率移动，直至达到电脑控制系统7预设拉拔位移时拉拔试验结束试验，同时水平剪切滚珠丝杠42上的水平剪切测力传感器45精确测量土工合成材料拉拔试样在电脑控制系统7设置条件下的拉拔摩擦力，设置的条件根据研究内容设置的拉拔速度及竖向加载力等不同条件。电脑控制系统7绘制出剪应力与拉拔位移关系曲线，最大剪应力与法向应力关系曲线，并给出土工合成材料拉拔试样与土样拉拔摩擦等系数。

S8：完成拉拔摩擦实验后，拆卸水平剪切夹具44的拉拔紧固螺杆443，取下拉拔动夹板441与土工合成材料拉拔试样，根据电脑控制系统7的设定，使用竖向加载系统2的竖向加载伺服电机24带动竖向加载滚珠丝杠22，使得竖向加载滚珠丝杠22上的滚珠丝杠滑块253带动竖向加载框架体系25下侧的固定套盒26向上精确移动，在固定套盒26向上精确移动的同时，电脑控制系统7控制直剪动平台液压装置56带动直剪动平台55、导轨54、导轨滑块53、滑动平台51、剪切下盒32以及剪切上盒31一同精确向上移动，向上移动至电脑控制系统7设定的位置，此时水平剪切夹具44的拉拔定夹板442上侧与滑动平台51的直剪拉拔夹块511下侧的位置处在相同的高程处，水平剪切驱动系统4中的水平剪切驱动装置41驱动水平剪切滚珠丝杠42转动，使得水平剪切夹具44向右侧移动，将水平剪切夹具44移动至滑动平台51的直剪拉拔夹块511的下侧，使得水平剪切夹具44的拉拔定夹板孔口4421与滑动平台51的直剪拉拔夹块紧固孔5111一一对齐，使用拉拔紧固螺杆443穿过水平剪切夹具44的拉拔定夹板孔口4421与滑动平台51的直剪拉拔夹块紧固孔5111，将水平剪切夹具44与滑动平台51的直剪拉拔夹块511固定连接。

S9：开始直剪试验，实验时，经过照明设备13的辅助，可通过箱门12的钢化玻璃121观察高低温箱体11内实验进况，，关闭箱门12，打开仪器电源，开启高低温系统1，当满足实验低温、高温或高低温循环的条件后，使得固定套盒固定板限位杆2611精确向下移动至相对应的剪切上盒限位孔口314和剪切下盒限位孔口322中，并使调距系统27的竖向加载盖板273在土样顶层精确加载电脑控制系统7设定的竖向应力，水平剪切系统4中的水平剪切驱动装置41驱动水平剪切滚珠丝杠42转动，使得水平剪切夹具44带动滑动平台51和滑动平台51上的土工合成材料直剪试样水平向左以电脑控制系统7预设速率移动，直至达到电脑控制系统7预设位移时直剪试验结束，同时水平剪切滚珠丝杠42上的水平剪切测力传感器45精确测量土工合成材料直剪试样在电脑控制系统7设置条件下的拉应力，电脑控制系统7绘制出剪应力与直剪位移关系曲线，最大剪应力与法向应力关系曲线，并给出土工合成材料直剪试样的相应实验系数。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。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示例。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示例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示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (18)

1.一种高低温直剪拉拔摩擦仪，其特征在于，包括：

高低温系统(1)、竖向加载系统(2)、土体剪切盒体(3)、水平剪切系统(4)、实验动平台(5)和实验台(6)；

所述高低温系统(1)包括有高低温箱体(11)，所述高低温箱体(11)安装在实验台(6)上，且高低温箱体(11)内部布设为第一空间和第二空间，所述第一空间叠设有电气控制加热系统(14)和电气控制制冷系统(15)；

所述竖向加载系统(2)固定安装在所述实验台(6)上，且设置于所述高低温箱体(11)的第二空间内部；

所述土体剪切盒体(3)安装在实验台(6)上，且设置于竖向加载系统(2)下部，用于装接实验样本；

所述水平剪切系统(4)安装在实验台(6)上，且连接于高低温箱体(11)上，所述实验动平台(5)设置在水平剪切系统(4)和实验台(6)之间，且位于高低温箱体(11)第二空间内部。

2.根据权利要求1所述的一种高低温直剪拉拔摩擦仪，其特征在于，所述竖向加载系统(2)包括：

框架体系(21)、竖向加载滚珠丝杠(22)、竖向加载伺服电机(24)、竖向加载框架体系(25)、固定套盒(26)和调距系统(27)；

框架体系(21)固定安装在实验台(6)上，竖向加载滚珠丝杠(22)安装在框架体系(21)内部且垂直于实验台(6)设置，竖向加载框架体系(25)通过设置滚珠丝杠滑块(253)与竖向加载滚珠丝杠(22)连接，滚珠丝杠滑块(253)可在竖向加载滚珠丝杠(22)上竖向运动；竖向加载框架体系(25)通过调距系统(27)连接固定套盒(26)；

所述竖向加载伺服电机(24)固定安装在实验台(6)内部，所述竖向加载滚珠丝杠(22)端部固定连接于竖向加载伺服电机(24)动力输出轴。

3.根据权利要求2所述的一种高低温直剪拉拔摩擦仪，其特征在于，所述框架体系(21)由多根框架柱(211)、多根框架横梁(212)和多根框架纵梁(213)连接形成立方体框架结构；各个所述框架柱(211)之间相互平行，且框架柱(211)与实验台(6)的台面之间垂直设置。

4.根据权利要求2所述的一种高低温直剪拉拔摩擦仪，其特征在于，竖向加载滚珠丝杠(22)贯穿实验台(6)表面，且竖向加载滚珠丝杠(22)与高低温箱体(11)连接处设置有竖向加载滚珠丝杠穿箱密封装置(23)。

5.根据权利要求4所述的一种高低温直剪拉拔摩擦仪，其特征在于，竖向加载框架体系(25)由龙门侧横梁(251)、龙门侧纵梁(252)相互连接形成方形框架，所述龙门侧横梁(251)与龙门侧纵梁(252)的连接处设有滚珠丝杠滑块(253)。

6.根据权利要求2所述的一种高低温直剪拉拔摩擦仪，其特征在于，所述固定套盒(26)呈底部敞口的立方体结构，包括固定套盒固定板(261)和固定套盒固定侧板(262)，固定套盒固定侧板(262)设置在固定套盒固定板(261)的相对两侧边，且固定套盒固定板(261)远离竖向加载框架体系(25)的一侧设置有固定套盒固定板限位杆(2611)；

所述调距系统(27)包括液压调距装置(271)、竖向加载盖板(273)和竖向加载压力传感器(272)，调距系统(27)设置在固定套盒(26)内部，所述液压调距装置(271)一端连接于竖向加载框架体系(25)，所述液压调距装置(271)的另一端通过设置液压调距装置液压杆(2711)连接竖向加载盖板(273)，液压调距装置液压杆(2711)与竖向加载盖板(273)连接处设置有竖向加载压力传感器(272)，竖向加载盖板(273)设置在固定套盒(26)内部。

7.根据权利要求6所述的一种高低温直剪拉拔摩擦仪，其特征在于，所述土体剪切盒体(3)包括剪切上盒(31)和剪切下盒(32)，所述剪切下盒(32)放置在实验动平台(5)上，剪切上盒(31)设置在剪切下盒(32)上靠近固定套盒(26)的位置。

8.根据权利要求7所述的一种高低温直剪拉拔摩擦仪，其特征在于，所述剪切上盒(31)设置为一个具有底板和侧板的方盒，底板的相对两侧设置有剪切上盒侧板(311)，另外相对两侧设置有剪切上盒固定板(313)，所述剪切上盒固定板(313)设置有上下贯穿的剪切上盒限位孔口(314)；所述剪切下盒(32)设置为一个具有底板和侧板的方盒，所述剪切下盒(32)顶部敞口端的相对两侧设置有剪切下盒固定板(321)，剪切下盒固定板(321)设置有上下贯穿的剪切下盒限位孔口(322)，剪切下盒(32)的底部设置有剪切下盒滑轮(323)，剪切下盒滑轮(323)通过设置剪切下盒滑轮固定杆(324)固定在剪切下盒(32)下侧；所述剪切上盒限位孔口(314)和剪切下盒限位孔口(322)的位置与所述固定套盒固定板限位杆(2611)对应设置，所述固定套盒(261)可以容纳剪切上盒(31)，且剪切下盒限位孔口(322)与剪切上盒限位孔口(314)的尺寸相同且均可穿过所述固定套盒固定板限位杆(2611)。

9.根据权利要求2所述的一种高低温直剪拉拔摩擦仪，其特征在于，所述水平剪切系统(4)包括水平剪切驱动装置(41)、水平剪切滚珠丝杠(42)、水平剪切夹具(44)和水平剪切测力传感器(45)；

所述水平剪切驱动装置(41)固定安装实验台(6)上且靠近高低温箱体(11)的外侧，所述水平剪切滚珠丝杠(42)设置一端连接在水平剪切驱动装置(41)上，另一端贯穿到高低温箱体(11)内部，所述水平剪切夹具(44)连接在水平剪切滚珠丝杠(42)上在高低温箱体(11)内部的一端，所述水平剪切夹具(44)与水平剪切滚珠丝杠(42)的连接处设置有水平剪切测力传感器(45)。

10.根据权利要求9所述的一种高低温直剪拉拔摩擦仪，其特征在于，所述水平剪切夹具(44)包括拉拔动夹板(441)、拉拔定夹板(442)、拉拔紧固螺杆(443)，拉拔定夹板(442)垂直固定在水平剪切滚珠丝杠(42)的端部，拉拔动夹板(441)通过拉拔紧固螺杆(443)与拉拔定夹板(442)相互固定，且拉拔动夹板(441)与拉拔定夹板(442)之间互相平行。

11.根据权利要求10所述的一种高低温直剪拉拔摩擦仪，其特征在于，实验动平台(5)包括滑动平台(51)和直剪动平台(55)，所述直剪动平台(55)上设置有导轨(54)，所述滑动平台(51)通过连接导轨(54)上设置的导轨滑块(53)连接于直剪动平台(55)，滑动平台(51)侧边上固定设置直剪夹具(52)。

12.根据权利要求11所述的一种高低温直剪拉拔摩擦仪，其特征在于，所述直剪动平台(55)远离导轨(54)的一侧设置有直剪动平台液压装置(56)，直剪动平台液压装置(56)通过设置直剪动平台液压装置液压杆(561)穿过高低温箱体(11)连接直剪动平台(55)，直剪动平台液压装置液压杆(561)与高低温箱体(11)连接处设置有液压杆穿箱装置(57)；所述直剪动平台液压装置(56)固定在实验台(6)内部。

13.根据权利要求12所述的一种高低温直剪拉拔摩擦仪，其特征在于，所述滑动平台(51)一侧设置有直剪拉拔夹块(511)，所述直剪拉拔夹块(511)靠近边缘处设置有直剪拉拔夹块紧固孔(5111)；

所述滑动平台(51)远离所述直剪拉拔夹块(511)的一侧设置直剪夹具(52)，直剪夹具(52)包括直剪定夹板(521)、直剪动夹板(522)和直剪紧固螺杆(523)，直剪定夹板(521)固定连接在滑动平台(51)侧边，直剪动夹板(522)通过直剪紧固螺杆(523)固定于直剪定夹板(521)上，且直剪定夹板(521)与直剪动夹板(522)之间平行设置。

14.根据权利要求2所述的一种高低温直剪拉拔摩擦仪，其特征在于，所述高低温箱体(11)相对两侧均设置箱门(12)，高低温箱体(11)内还设置有照明设备(13)，照明设备(13)设置在竖向加载框架体系(25)上。

15.根据权利要求14所述的一种高低温直剪拉拔摩擦仪，其特征在于，所述高低温箱体(11)材质为内外两层不锈钢金属板，两层不锈钢金属板之间夹裹耐热保温材料，所述箱门(12)上设置有抽真空双层钢化玻璃材质的观察窗。

16.根据权利要求2所述的一种高低温直剪拉拔摩擦仪，其特征在于，所述竖向加载伺服电机(24)具有自锁功能。

17.根据权利要求2所述的一种高低温直剪拉拔摩擦仪，其特征在于，所述剪切上盒侧板(311)设置有侧板紧固螺杆(312)，沿侧板紧固螺杆(312)下方向设置有移动槽，移动槽的尺寸大于侧板紧固螺杆(312)的尺寸。

18.一种高低温直剪拉的拔实验方法，应用于权利要求1-17任一项的所述高低温直剪拉拔摩擦仪，其特征在于，其步骤如下：

S1：制备土工合成材料直剪试样和土工合成材料拉拔试样；

S2：将土工合成材料直剪试样固定在土体剪切盒体(3)内部；

S3：固定土体剪切盒体(3)进行初始定位，土体剪切盒体(3)装载土工合成材料拉拔试样；

S4：开始拉拔摩擦实验，打开仪器电源，开启高低温系统(1)，当满足实验低温、高温或高低温循环的条件后，电脑控制系统(7)控制竖向加载系统(2)运动，测试土工合成材料拉拔试样在电脑控制系统(7)设置条件下的拉拔摩擦力，电脑控制系统(7)绘制得出剪应力与拉拔位移关系曲线，最大剪应力与法向应力关系曲线，并给出土工合成材料拉拔试样与土样拉拔摩擦等系数；

S5：关闭拉拔摩擦实电源，开始直剪试验，开启高低温系统(1)，开启电气控制加热系统(14)和电气控制制冷系统(15)，当满足实验低温、高温或高低温循环的条件后，电脑控制系统(7)控制竖向加载系统(2)运动，同时水平剪切系统(4)、实验动平台(5)随之运动，土工合成材料直剪试样在电脑控制系统(7)设置条件下的拉应力，直剪位移关系曲线，最大剪应力与法向应力关系曲线，并给出土工合成材料直剪试样的相应实验系数。

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