一种稳定与精准温度控制的各向异性共振柱系统及方法与流程

本发明属于环境岩土和能源岩土工程领域，尤其涉及一种稳定与精准温度控制的各向异性共振柱系统及方法。主要应用于对环境岩土和能源岩土工程领域测量各应力状态土体在温度效应作用下小应变动力特性。

背景技术：

地面的桥梁、房屋等建筑物在受到地震、交通荷载振动或机械振荡时，使土与这些建筑物系统承受不同的振幅与频率的振动，当土与建筑物系统的共振频率落在外部加载的频率范围，将发生共振，对建筑物产生极大的危害。研究土的各应变范围的动力性质，对防震、减震和抗灾有着极其重要的意义。

共振柱是测试土各应变范围动力特性参数的重要试验设备，它是通过对土施加不同频率和振幅的荷载来实现测量和分析土动力性质，用于测量动态土从小应变到中等应变的性质。共振柱试验的理论基础是波在土体中传播理论-波动理论。典型的共振柱的试样是实心圆柱形土体，底部固定在基座上，顶部附加一个刚体质量块，且可以按水平旋转方向自由摆动，即一端固定另一端自由的结构。通过质量块对试样施加扭转力，试样将随之旋转振动。

目前，可稳定与精准控温的各项异性土小应变动力参数的共振柱装置尚缺乏。现有的cn105928774a公开了一种土试样共振柱装置，包括基座、质量块、垂直位移传感器、钢绳、滑轮组和平衡块；其中质量块由十字架、磁铁、加速度计及配重块构成，十字架的4个端上都安装有条形磁铁，每一条形磁铁的两端都套设有线圈；加速度计及配重块分别安装在十字架径向边缘，两者重量相等，使质量块平衡。土试样的底端固定在基座上，顶端与质量块中心连接。重量相等的平衡块和质量块用钢绳连接，通过滑轮组使之平衡，以减小质量块对土试样在测试过程中的影响。当线圈有电流流过时，将驱动质量块使土试样发生扭动，控制器通过加速度计检测土试样扭动的角加速度信号，经过信号处理最终得到土试样的共振频率和阻尼比。通过滑轮和平衡块的设置，抵消质量块的重量，以减小质量块对土样在测试过程中的影响，该设备将较大的提高共振柱的测量精度和准确性。

cn106094915a提供了一种船载共振柱仪，本发明涉及一种船载共振柱仪，是由扭转振动电磁驱动装置、纵向振动装置、平衡底座和检测装置组成，扭转振动电磁驱动装置是由四个分别置于四个驱动线圈中的扭转振动磁铁分别通过螺钉固定在正十字形摆臂的四个端点上，四个驱动线圈分别装在四个线圈套中，四个驱动线圈分别通过电缆线与电源连接组成四套扭转振动电磁驱动装置，四套扭转振动电磁驱动装置等角度分别固定在支撑内缸上。本发明解决了现有共振柱仪由于实验台架的摆动而影响其测试精度的问题，使广泛应用于岩土测试的共振柱仪器能够应用于海洋勘探船上，对所采集到的沉积物样品能及时检测和分析，不用再拿到陆地实验室检测和分析。省去了搬运和保管，节省了人力物力和时间。

此外，cn106094915a公开了能量注入式虚拟质量共振柱控制系统及控制方法，系统包括质量块和控制装置，土试样底端固定在基座上，顶端与质量块中心连接。质量块包括十字架、连接件、4块条形磁铁、加速度计及配重块；控制装置包括单片机、usb接口、模数转换器、数模转换器、电荷放大器、多路开关、可编程增益放大器、采样保持器和功率放大器；加速度计、电荷放大器、可编程增益放大器、采样保持器、模数转换器依次连接，用于检测加速度信号；数模转换器、功率放大器及线圈依次连接，用于驱动质量块使土试样振动。控制装置通过usb接口与pc机连接，接收来自pc的各种指令，同时也将有关数据上传给pc机显示实时显示。该装置在上电启动后，不断对质量块的角加速度进行采集，进行相关处理后输出信号至线圈，使线圈产生磁场，实现在没有其他信号源的情况下也可以使土样在给定的频率和给定的幅度下运动起来。

综上所述，现有共振柱装置存在的问题是：

不能实现可宽范围(-20℃～90℃)稳定与精准的温度控制。

不能在压力室中对土样进行饱和与测量土体的体积变化。

不能对土样进行非均等固结，从而测量各项异性土小应变动力特性参数。

解决上述技术问题的难度和意义：

(1)现有的各向异性共振柱装置不能实现可宽范围(-20℃～90℃)稳定与精准的温度控制；

(2)现有的各向异性共振柱装置不能对原状土或重塑土进行饱和。

(3)有的各向异性共振柱装置不能对各项同性(均等固结)或各项异性(非均等固结)固结土样进行扭转激振。

意义：

近年来，在热能贮存、核废料处置、城市热岛效应、爆炸软基处理以及寒区动土处理等领域，岩土体的温度效应研究具有重要的理论意义和应用价值，是环境岩土和能源岩土工程领域的一个重要课题。针对现有重大工程中这些实际问题，缺乏一种适用于工程实际的可宽范围(-20℃～90℃)稳定与精准温度控制的各向异性共振柱装置；缺乏一种可以对原状土或重塑土进行饱和，并对各项同性(均等固结)或各项异性(非均等固结)固结土样进行扭转激振，同时精确控制试验环境温度，以研究环境温度效应下具有各项异性固结条件土的各应变水平(0.0001％～0.1％)动力特性的装置。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种稳定与精准温度控制的各向异性共振柱系统及方法。

本发明是这样实现的，一种稳定与精准温度控制的各向异性共振柱系统，所述稳定与精准温度控制的各向异性共振柱系统包括：控温压力室部分、扭转激振部分、轴向加荷部分、温度及信号采集与控制部分以及辅助设备部分。

控温压力室部分提供压力室以及控温室。

扭转激振部分给试样施提供各频率范围的扭转强迫振动。

轴向加荷部分给试样提供轴向应力，实现试样各向异性固结。

温度及信号采集与控制部分依据试验要求采控制各驱动器以及采集各传感器以数据。

进一步，所述控温压力室部分包括：控温压力室顶盖、冷媒通道嵌入式控温压力室筒、控温压力室底座、反力杆、轴向加荷杆定位环、第一m10内六角螺丝、m6内六角螺丝、球阀、孔压传感器、温度传感器、上排水孔、下进水孔、上排气孔、下排气孔；

反力杆通过底部螺纹旋钮方式与控温压力室底座连接，控温压力室顶盖通过第一m10内六角螺丝与反力杆拼装，轴向加荷杆定位环通过m6内六角螺丝与控温压力室底座拼装，在控温压力室底座凹槽中放置o型圈用以密封，冷媒通道嵌入式控温压力室筒通过m6内六角螺丝与控温压力室底座拼装，在控温压力室底座凹槽以及控温压力室顶盖侧向凹槽中放置合适尺寸的o型圈用以密封，温度传感器嵌入在控温压力室底座中；

冷媒通道嵌入式控温压力室筒由两种材料嵌套而成，外层为具有一定刚度的保温材料制成的空心保温筒，内层为嵌入冷媒通道的易导温材料构成；上下部分别包括两个冷媒循环通道出口和冷媒循环通道入口；冷媒通道嵌入式控温压力室筒底部包括第一m10内六角螺丝预留孔四个；

控温压力室底座与控温室承台直接连接，底座包括一个下进水孔、下排气孔和一个嵌入式温度传感器；下进水孔下部连接水压力/体积控制器，下进水孔上部连接双向外牙联通，下排气孔下部连接连气压控制器；

控温压力室顶盖底部包括反力杆嵌入孔四个，控温压力室顶盖顶部包括第一m10内六角螺丝预留孔四个；孔压传感器上部接可联通式密封堵头。

进一步，所述轴向加荷部分包括：控温压力室承台，轴向驱动器，轴向荷重传感器，线位移传感器，轴向加荷杆；

轴向驱动器与轴向加荷杆连接，轴向荷重传感器组装在轴向加荷杆中下部，线位移传感器通过支架固定在轴向加荷杆上；轴向驱动器与控温压力室承台底部直接链接；轴向加荷杆上部穿过控温压力室底座和轴向加荷杆定位环的内孔进入控温压力室中，轴向加荷杆的外径略小于控温压力室底座和轴向加荷杆定位环的内孔直径，在控温压力室底座和轴向加荷杆定位环的内孔侧壁放置o型圈用以密封。

进一步，所述扭转激振部分包括：扭转驱动器，扭转加荷轴，扭矩传感器，扭矩加载架，加速度传感器，m6内六角螺丝；

扭转驱动器通过m6内六角螺丝与控温压力室顶盖下部连接，扭转驱动器与扭转加荷轴连接，扭矩传感器组装在扭转加荷轴中部，扭转加载架通过螺纹旋钮方式与扭转加荷轴相连；

加速度传感器与扭转加载架的一侧拼装，另一侧放置与加速度传感器尺寸和重量一致的配重件。

进一步，所述温度及信号采集与控制部分包括：温度控制系统、多通道信号采集监控及伺服控制系统、小型计算机、冷媒进入管、冷媒排出管；

冷媒进入管和冷媒排出管各两根，冷媒进入管/冷媒排出管一端接温度控制系统的冷媒出口、冷媒入口，另一端接冷媒通道嵌入式控温压力室筒冷媒循环通道入口、冷媒循环通道出口，小型计算机通过导线与多通道信号采集监控及伺服控制系统连接；

温度控制系统包括循环浴，加热/制冷单元和温度自动调节器，温控控制系统通过传输控制线与多通道信号采集监控及伺服控制系统连接；多通道信号采集监控及伺服控制系统包括多个信号采集口和伺服控制器，信号采集口通过信号采集线与各传感器连接，伺服控制器通过传输控制线与轴向驱动器、扭转驱动器以及温度自动调节器连接。

进一步，所述辅助设备部分包括：连水压力/体积控制器，连气压控制器，试样顶帽，试样底座，上通水管，下通水管；

连水压力/体积控制器与下通水管连接，连气压控制器与下排气孔连接，试样底座通过旋钮方式与轴向加荷杆相连，试样顶帽通过m6内六角螺丝35与扭矩加载架拼装；

上通水管一端通过双向外牙联通与上排水孔连接，另一端通过与双向外牙联通与试样顶帽排水通道连接；

下通水管一端通过双向外牙联通与下进水孔连接，另一端通过与双向外牙联通与试样底座排水通道连接。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述稳定与精准温度控制的各向异性共振柱系统的稳定与精准温度控制的各向异性共振柱方法，所述稳定与精准温度控制的各向异性共振柱方法包括以下步骤：

步骤一，将试样嵌入试样底座上部的刀片中；在试样顶帽底部的透水石下部放置略大于透水石直径的滤纸，将试样顶帽放置在实心圆柱试样顶部，并将试样顶帽底部刀片嵌入实心圆柱试样顶部；试样顶帽通过m6内六角螺丝与扭转加载架拼装；将上通水管一端通过双向外牙联通与上排水孔连接，另一端通过与双向外牙联通与试样顶帽排水通道连接；

步骤二，对试样进行预饱和：打开气压控制器，给控温压力室内部施加30kpa的压力，然后打开液体压力/体积控制器，给试样施加20kpa的水压，从孔压传感器上部的双向外牙联通排除气体；对试样进行分级饱和：孔压传感器上部的双向外牙联通用内牙密封密封，以相同的速度增大控温压力室内气压和试样内部孔隙水压力，同时保持两者差异一直为10kpa，直至试样达到完全饱和；

步骤三，根据试验要求，将压力室内气压增加到某一特定值，同时控制轴向驱动器将轴向压力增加到制定值，对试样进行各项同性或各项异性固结；对扭转驱动器施加激振电压，开始共振柱试验。

本发明的另一目的在于提供一种实施稳定与精准温度控制的各向异性共振柱方法的各向异性共振柱装置。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

本发明能保证温度的分布均匀，实现宽围(-20℃～90℃)稳定与精准试验环境温度控制，并可以施加冷热循环作用，可以对原装土或重塑土进行共振柱试验，测量原装土或重塑土较宽应变范围的动模量，动阻尼，自然频率，应力-应变关系，并利用该共振柱研究环境温度效应，各项异性固结条件对土体小应变动力特性的影响；可对试样进行各项同性(均等固结)或各项异性(非均等固结)固结；在试样固结过程中可精确测量试样轴向和体积变化。

本发明防止在扭转激振中试样偏心距，对原装土或重塑土进行反压饱和，使得试样可以达到完全饱和；各传感器与信号采集箱连接，各传感器输出的信号的电荷量由电荷放大器转换为电压量，经可编程增益放大器调节电压量的大小，以进一步提高测量精度，模数转换器将加速度信号的模拟量变为数字量并送计算机进行处理并显示。轴向驱动器，扭转驱动器以及温度自动调节器通过伺服控制器与计算机连接，各传感器不断采样信号，然后根据用户给定的轴向，扭转以及温度值进行比较，得到误差信号，然后分别对这误差信号进行数字比例、积分和微分(pid)调节，经数模转换器将数字变为模拟振动信号，通过伺服控制器。精准有效控制轴向驱动器，扭转驱动器以及温度自动调节器达到试验目标值。保证装置可以在-20℃～90℃的环境温度下正常工作，精确测量和控制液体压力和液体体积变化，精确测量和控制气体压力变化。

附图说明

图1是本发明实施例提供的稳定与精准温度控制的各向异性共振柱系统结构示意图；

图中：1、控温压力室顶盖；2、球阀；3、上排气孔；4、第一m10内六角螺丝；5、扭转驱动器；6、扭转加荷轴；7、冷媒循环通道出口；8、扭矩传感器；9、加速度传感器；10、扭矩加载架；11、试样顶帽；12、反力杆；13、试样；14、乳胶膜；15、冷媒通道嵌入式控温压力室筒；16、冷媒循环通道入口；17、第二m10内六角螺丝；18、轴向加荷杆定位环；19、下进水孔；20、控温压力室底座；21、连水压力/体积控制器；22、线位移传感器；23、轴力荷重传感器；24、轴向加荷杆；25、轴向驱动器；26、控温压力室承台；27、冷媒进入管；28、冷媒排出管；29、温度传感器；30、连气压控制器；31、小型计算机；32、下通水管；33、试样底座；34、上通水管；35、m6内六角螺丝；36、上排水孔；37、孔压传感器；38、多通道信号采集监控及伺服控制系统；39、下排气孔；40、温度控制系统。

图2是本发明实施例提供的稳定与精准温度控制的各向异性共振柱方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明可以在-20℃～90℃的环境温度下正常工作，精确测量和控制液体压力和液体体积变化，精确测量和控制气体压力变化。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的稳定与精准温度控制的各向异性共振柱系统包括：

控温压力室顶盖1、球阀2、上排气孔3、第一m10内六角螺丝4、扭转驱动器5、扭转加荷轴6、冷媒循环通道出口7、扭矩传感器8、加速度传感器9、扭矩加载架10、试样顶帽11、反力杆12、试样13、乳胶膜14、冷媒通道嵌入式控温压力室筒15、冷媒循环通道入口16、第二m10内六角螺丝17、轴向加荷杆定位环18、下进水孔19、控温压力室底座20、连水压力/体积控制器21、线位移传感器22、轴力荷重传感器23、轴向加荷杆24、轴向驱动器25、控温压力室承台26、冷媒进入管27、冷媒排出管28、温度传感器29、连气压控制器30、小型计算机31、下通水管32、试样底座33、上通水管34、m6内六角螺丝35、上排水孔36、孔压传感器37、多通道信号采集监控及伺服控制系统38、下排气孔39、温度控制系统40。

精准控制的温控共振柱系统主要设备特征这包括五个部分：控温压力室部分、扭转激振部分、轴向加荷部分、温度及信号采集与控制部分以及辅助设备部分。

控温压力室部分主要包括：控温压力室顶盖1、冷媒通道嵌入式控温压力室筒15、控温压力室底座20、反力杆12、轴向加荷杆定位环18、第一m10内六角螺丝4、m6内六角螺丝35、球阀2、孔压传感器37、温度传感器29、上排水孔36、下进水孔19、上排气孔3、下排气孔39。

反力杆12通过底部螺纹旋钮方式与控温压力室底座20连接，控温压力室顶盖1通过第一m10内六角螺丝4与反力杆12拼装，轴向加荷杆定位环18通过m6内六角螺丝35与控温压力室底座20拼装，在控温压力室底座20凹槽中放置0型圈用以密封，冷媒通道嵌入式控温压力室筒15通过m6内六角螺丝35与控温压力室底座20拼装，在控温压力室底座20凹槽以及控温压力室顶盖1侧向凹槽中放置合适尺寸的0型圈用以密封，温度传感器29嵌入在控温压力室底座20中。所述的冷媒通道嵌入式控温压力室筒由两种材料嵌套而成，外层为具有一定刚度的保温材料制成的空心保温筒，内层为嵌入冷媒通道的易导温材料构成；上下部分别包括两个冷媒循环通道出口7和冷媒循环通道入口16。内径略大于控温压力室顶盖1直径；冷媒通道嵌入式控温压力室筒15底部包括第一m10内六角螺丝4预留孔四个；所述的控温压力室底座由具有一定刚度的保温材料制成，与控温室承台直接连接，底座包括一个下进水孔19、下排气孔39和一个嵌入式温度传感器29；下进水孔19下部连接水压力/体积控制器21，下进水孔19上部连接双向外牙联通，下排气孔39下部连接连气压控制器30；所述的控温压力室顶盖1由具有一定刚度的保温材料制成，控温压力室底座包括一个上排水孔36和一个上排气孔3。上排水孔36上部接孔压传感器37，上排水孔36下部接双向外牙联通，上排气孔3上部接球阀2。控温压力室顶盖1底部包括反力杆12嵌入孔四个，控温压力室顶盖1顶部包括第一m10内六角螺丝4预留孔四个；所述孔压传感器37上部接可联通式密封堵头。

轴向加荷部分主要包括：控温压力室承台26，轴向驱动器25，轴向荷重传感器23，线位移传感器22，轴向加荷杆24。

轴向驱动器25与轴向加荷杆24连接，轴向荷重传感器23组装在轴向加荷杆24中下部，线位移传感器22通过支架固定在轴向加荷杆24上，装配完成轴向传动部分；所述的轴向驱动器25与控温压力室承台26底部直接链接；所述的轴向加荷杆24上部穿过控温压力室底座20和轴向加荷杆定位环18的内孔进入控温压力室中，轴向加荷杆的外径略小于控温压力室底座20和轴向加荷杆定位环18的内孔直径，在控温压力室底座20和轴向加荷杆定位环18的内孔侧壁放置0型圈用以密封。

扭转激振部分主要包括：扭转驱动器5，扭转加荷轴6，扭矩传感器8，扭矩加载架10，加速度传感器9，m6内六角螺丝35。

扭转驱动器通过m6内六角螺丝35与控温压力室顶盖1下部连接。扭转驱动器5与扭转加荷轴6连接，扭矩传感器8组装在扭转加荷轴6中部，扭转加载架10通过螺纹旋钮方式与扭转加荷轴6相连；所述的加速度传感器9与扭转加载架10的一侧拼装，另一侧放置与加速度传感器9尺寸和重量一致的配重件，以防止在扭转激振中试样偏心距。

温度及信号采集与控制部分主要包括：温度控制系统40、多通道信号采集监控及伺服控制系统38、小型计算机31、冷媒进入管27、冷媒排出管28。

冷媒进入管27和冷媒排出管28各两根，冷媒进入管27/冷媒排出管28一端接温度控制系统40的冷媒出口、冷媒入口，另一端接冷媒通道嵌入式控温压力室筒15冷媒循环通道入口16、冷媒循环通道出口7，小型计算机31通过导线与多通道信号采集监控及伺服控制系统38连接；所述的温度控制系统40主要包括循环浴，加热/制冷单元和温度自动调节器，温控控制系统40通过传输控制线与多通道信号采集监控及伺服控制系统38连接；所述的多通道信号采集监控及伺服控制系统38包括多个信号采集口和伺服控制器，信号采集口通过信号采集线与各传感器连接，伺服控制器通过传输控制线与轴向驱动器25、扭转驱动器5以及温度自动调节器连接。

辅助设备部分主要包括：连水压力/体积控制器21，连气压控制器30，试样顶帽11，试样底座33，上通水管34和下通水管32。

连水压力/体积控制器21与下通水管32连接，连气压控制器30与下排气孔39连接，试样底座33通过旋钮方式与轴向加荷杆24相连，试样顶帽通过m6内六角螺丝35与扭矩加载架10拼装；所述的上通水管34一端通过双向外牙联通与上排水孔36连接，另一端通过与双向外牙联通与试样顶帽11排水通道连接；所述的下通水管32一端通过双向外牙联通与下进水孔19连接，另一端通过与双向外牙联通与试样底座33排水通道连接。

如图2所示，本发明实施例提供的稳定与精准温度控制的各向异性共振柱方法包括以下步骤：

s201：将试样嵌入试样底座上部的刀片中；在试样顶帽底部的透水石下部放置略大于透水石直径的滤纸，将试样顶帽放置在实心圆柱试样顶部，并将试样顶帽底部刀片嵌入实心圆柱试样顶部；试样顶帽通过m6内六角螺丝与扭转加载架拼装；将上通水管一端通过双向外牙联通与上排水孔连接，另一端通过与双向外牙联通与试样顶帽排水通道连接；

s202：对试样进行预饱和：打开气压控制器，给控温压力室内部施加30kpa的压力，然后打开液体压力/体积控制器，给试样施加20kpa的水压，从孔压传感器上部的双向外牙联通排除气体；对试样进行分级饱和：孔压传感器上部的双向外牙联通用内牙密封密封，以相同的速度增大控温压力室内气压和试样内部孔隙水压力，同时保持两者差异一直为10kpa，直至试样达到完全饱和；

s203：根据试验要求，将压力室内气压增加到某一特定值，同时控制轴向驱动器将轴向压力增加到制定值，对试样进行各项同性或各项异性固结；对扭转驱动器施加激振电压，开始共振柱试验。

本发明的工作原理：在控温压力室底座内凹槽中放置o型圈用以密封，将四个m6内六角螺丝穿过轴向加荷杆定位环的m6内六角螺丝预留孔与控温压力室底座连接；试样底座通过旋钮方式与轴向加荷杆顶部拼装；反力杆通过底部螺纹旋钮方式与控温压力室底座连接，控温压力室顶盖通过m10内六角螺丝与反力杆拼装；扭转驱动器通过m6内六角螺丝与控温压力室顶盖下部连接。将扭转驱动器与扭转加荷杆连接；将扭矩传感器组装在扭转加荷杆中部，然后将扭转加载架通过螺纹旋钮方式与扭转加荷杆相连；将球阀装于上排气孔上部，孔压力传感器装于上排水孔上部，将四个双向外牙联通分别装在下进水孔上部，试样底座侧部孔隙通道，试样顶帽侧部孔隙通道和上排水孔下部；在透水石上部放置略大于透水石直径的滤纸，然后将实心圆柱土样放置于试样底座上部，然后将试样嵌入试样底座上部的刀片中；在试样顶帽底部的透水石下部放置略大于透水石直径的滤纸，将试样顶帽放置在实心圆柱试样顶部，并将试样顶帽底部刀片嵌入实心圆柱试样顶部；将乳胶膜套在土样外侧，乳胶膜通过o型圈与试样底座和试样顶帽固定；将试样顶帽通过m6内六角螺丝与扭转加载架拼装；将上通水管一端通过双向外牙联通与上排水孔连接，另一端通过与双向外牙联通与试样顶帽排水通道连接；将下通水管一端通过双向外牙联通与下排水孔连接，另一端通过与双向外牙联通与试样底座排水通道连接；将各传感器利用信号采集线与多通道信号采集监控及伺服控制系统的信号采集口连接，将轴向驱动器，扭转驱动器以及温度自动调节器利用传输控制线与伺服控制器连接，并将多通道信号采集监控及伺服控制系统和温度控制系统与小型计算机连接；在控温压力室底座外凹槽中放置0型圈，在控温压力室顶盖侧部凹槽中放置o型圈，将四个m10内六角螺丝穿过冷媒通道嵌入式控温压力室筒的m10内六角螺丝预留孔与控温压力室底座连接；将液体压力/体积控制器接下进水孔下部，气压控制器接下排气孔下部；关闭球阀，将孔压传感器上部的可联通式密封堵的内牙密封除去；对试样进行预饱和：打开气压控制器，给控温压力室内部施加30kpa的压力，然后打开液体压力/体积控制器，给试样施加20kpa的水压，从孔压传感器上部的双向外牙联通排除气体；对试样进行分级饱和：孔压传感器上部的双向外牙联通用内牙密封密封，以相同的速度增大控温压力室内气压和试样内部孔隙水压力，同时保持两者差异一直为10kpa，直至试样达到完全饱和；根据试验要求，将压力室内气压增加到某一特定值，同时控制轴向驱动器将轴向压力增加到制定值，对试样进行各项同性或各项异性固结；

对扭转驱动器施加激振电压，改变振动频率，直至测出体系的共振频率为止，然后让试样进行自由振动，根据共振频率及试件的几何尺寸，试样自由衰减数据，端部的限制条件等计算出试件的自然频率和动剪切模量，动阻尼比以及动应变幅值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。