随着我国冻土区工程建设的不断推进以及人工冻结法在城市地下工程中的应用日益广泛,与冻土相关的工程问题不断增加,特别是在施工、列车、地震等动荷载作用下的冻土稳定问题,是目前冻土力学与工程领域研究的热点和前沿课题。一直以来,先进的试验仪器是准确掌握和揭示冻土力学特性,推动冻土力学理论与实践发展的有效手段,很多冻土力学经典理论均是建立在试验成果基础上。另一方面,不断增长的复杂应力、温度边界条件的冻土力学特性试验需求也在推动试验技术和测试方法的不断改进和创新。因此,本文从实际的冻土动力剪切试验需求出发,在总结现有土工直剪仪器优缺点基础上,拟研发一款高性能的冻土动荷载直剪试验系统,可实现较大尺寸冻土试样的温度控制,实现不同冻融循环和法向刚度等边界条件的模拟。整个冻土动荷载直剪试验系统的研发,包括承载平台、动荷载加载控制,数据采集等多个功能模块,涉及机械、测控和岩土等多学科内容,具体如下:(1)直剪试验系统功能与基本参数设计分析实际应用中冻土动力剪切试验需求和动荷载加载研究现状,确定了拟研发试验系统的功能和基本参数,完成了系统主要功能模块的选型。(2)直剪试验系统机械系统设计与制作总结已有土工直剪仪器优缺点基础上,完成了冻土动荷载直剪试验系统冻土剪切盒、承载振动平台和液压系统的设计与制作。冻土剪切盒尺寸300 mm×300mm×220 mm,动荷载加载频率0～6 Hz,最大剪切力20 k N,最大剪切位移±50mm。(3)直剪试验系统伺服控制策略与虚拟仿真根据控制系统的总体设计,在Simulink中搭建了数学模型,对系统进行控制策略研究及仿真。(4)直剪试验系统上下位机设计设计了动荷载加载系统的上下位机软件,上位机软件基于labview设计、下位机软件基于x PC Target快速原型技术设计。(5)直剪试验系统测试利用研发的冻土动荷载直剪试验系统开展初步试验,系统检验试验系统动荷载加载性能、冻土试样剪切盒功能和数据量测系统准确度等,分析了试验系统的功能和性能目标达成度和整体可靠性。该论文有图84幅,表13个,参考文献68篇。