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申请/专利权人：中铁七局集团第五工程有限公司;中铁七局集团有限公司;郑州大学;中铁(上海)投资集团有限公司

摘要：本发明涉及一种聚氨酯‑冻土界面原位注浆剪切试验装置及使用方法，包括冻融循环箱、剪切单元、注浆单元、横向加载单元和竖向加载单元以及数据采集单元；冻融循环箱内设置剪切单元，剪切单元包括剪切平台、滑动板和剪切盒；注浆单元包括聚氨酯注浆机、注浆管和出浆管；横向加载单元包括左反力座、右反力座、横向伺服油缸和传力杆；竖向加载单元包括反力架、竖向伺服油缸和加载板；数据采集单元包括横向位移计、横向荷载传感器、竖向荷载传感器、竖向位移计、数字照相机和数据采集仪以及计算机。本发明实现了聚氨酯‑冻土界面剪切试验的原位注浆、注浆环境温度、冻土冻结温度、试验环境温度和聚氨酯与土体参数的控制，能更好研究剪切面性能。

主权项：1.一种聚氨酯-冻土界面原位注浆剪切试验装置的使用方法，其特征在于，采用聚氨酯-冻土界面原位注浆剪切试验装置，包括冻融循环箱（1）、剪切单元、注浆单元、横向加载单元和竖向加载单元以及数据采集单元；所述冻融循环箱（1）内设置所述剪切单元，剪切单元包括剪切平台（2）、设置在剪切平台（2）中部的滑动板（3）和滑接在滑动板（3）上的剪切盒（4），所述剪切盒（4）包括剪切底板（41）、剪切顶板（42）、连接竖杆（43）和剪切盒本体（44），所述剪切盒本体（44）包括上盒体（441）、下盒体（442）和带有螺栓的密封板（443），所述剪切盒（4）内上下设置有聚氨酯注浆层（8）和冻土层（9）；所述注浆单元包括聚氨酯注浆机（10）、注浆管（11）和出浆管（13），所述聚氨酯注浆机（10）通过注浆管（11）连通剪切盒（4），所述剪切盒（4）顶部还连通所述出浆管（13），所述注浆管（11）包括相互连通的软管（111）和硬管（112）；所述横向加载单元包括设置在剪切平台（2）两侧的左反力座（14）和右反力座（15）、横向伺服油缸（16）和传力杆（17），所述左反力座（14）和所述剪切盒（4）左下方之间设置所述横向伺服油缸（16），所述右反力座（15）和剪切盒（4）右上方之间设置所述传力杆（17）；所述竖向加载单元包括门字形的反力架（18）、设置在反力架（18）下方的竖向伺服油缸（19）和加载板（20），所述加载板（20）伸入至剪切盒（4）内、抵在聚氨酯注浆层（8）上表面；所述数据采集单元包括用于监测剪切盒（4）上下两端位移的带支架的横向位移计（21）、分别设置在传力杆（17）与剪切盒（4）以及横向伺服油缸（16）与剪切盒（4）之间的横向荷载传感器（23）、设置在竖向伺服油缸（19）和加载板（20）之间的竖向荷载传感器（24）、用于检测加载板（20）位移的带支架的竖向位移计（25）、用于拍摄聚氨酯注浆层（8）和冻土层（9）之间界面变化的数字照相机（26）和数据采集仪（27）以及计算机（28）；所述使用方法包括以下步骤：步骤1、组装剪切单元：首先将剪切盒本体（44）组装在一起，在剪切盒本体（44）内壁涂抹脱模剂，将组装好的剪切盒本体（44）插在剪切底板（41）上；根据试验要求配置一定含水率和级配的土样，根据密度要求称量土样，将称量好的土样分层夯实到下盒体（442）中，完成后将土样表面刮平；而后利用连接竖杆（43）将剪切顶板（42）固定在剪切盒本体（44）上端，此时整个剪切盒（4）组装完成，将剪切盒（4）置于冻融循环箱（1）内的滑动板（3）上；在剪切顶板（42）上安装注浆管（11）的硬管（112）和出浆管（13）；步骤2、土样的冻结：根据试验要求设定好土样冻结温度，冻结1天后根据试验设定环境温度、来调节冻融循环箱（1）内温度，土样形成冻土层（9）；步骤3、注浆聚氨酯注浆层（8）：冻融循环箱（1）内温度稳定后，通过软管（111）将硬管（112）和聚氨酯注浆机（10）连通，根据试验要求聚氨酯密度、设置聚氨酯注浆机（10）上的注浆参数进行聚氨酯注浆，当出浆管（13）有浆液冒出时封堵出浆管（13）管口；注浆完成一小时后，拆除出浆管（13）、注浆管（11）的硬管（112）、连接竖杆（43）和剪切顶板（42）；步骤4、组装横向加载单元：在剪切盒本体（44）两侧的安装台（22）上安装横向荷载传感器（23），在剪切平台（2）两侧安装左反力座（14）和右反力座（15），左反力座（14）上安装横向伺服油缸（16）和横向位移计（21），右反力座（15）上安装传力杆（17）和横向位移计（21）；步骤5、组装竖向加载单元：在剪切平台（2）上安装反力架（18），反力架（18）中部下方安装竖向伺服油缸（19），将安装好竖向荷载传感器（24）的加载板（20）放置在聚氨酯注浆层（8）表面，并在反力架（18）两侧安装竖向位移计（25）；步骤6、布置数字照相机（26）、使其朝向剪切盒本体（44）透明状的侧壁，并将各个电控部件通过数据线连接至计算机（28）和数据采集仪（27）；步骤7、剪切试验：首先通过计算机（28）设置竖向伺服油缸（19）提供竖向预压力、压紧剪切盒本体（44），促使聚氨酯注浆层（8）侵入冻土层（9）；拆除剪切盒本体（44）周侧的密封板（443），根据试验要求设置好水平剪切速率、竖向荷载大小和环境温度，启动横向伺服油缸（16）和数据采集单元，进行界面剪切试验，试验结束后对数据进行分析处理。

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