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。
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)。
3.根据权利要求2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。
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。
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。
6.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。
7.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。
8.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。
9.根据权利要求8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。
10.一种土工合成材料温度控制斜剪试验装置的试验方法,其特征在于,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(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)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。