變方向動態(tài)循環(huán)單剪實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
變方向循環(huán)簡單剪切（VDDCSS）允許在兩個方向進(jìn)行簡單剪切，而不是標(biāo)準(zhǔn)單向。這通過具有作用于其上的次級剪切作動器來實(shí)現(xiàn)，此剪切作動器與主剪切作動器相差90度排布。
當(dāng)用作可變方向的機(jī)器時(shí)，第二剪切軸可以獨(dú)立于另一個剪切軸或與其一起使用，因此可以在任何水平方向上執(zhí)行簡單的剪切。實(shí)驗(yàn)可以用不斷旋轉(zhuǎn)的剪切向量進(jìn)行。
GDS動態(tài)循環(huán)單剪試驗(yàn)系統(tǒng)（VDDCSS）在地震研究中的應(yīng)用
地震作用下，地面運(yùn)動是復(fù)雜的多維運(yùn)動。此時(shí)，土體遭受水平兩方向的震動，兩方向震動在大小和方向上相互耦合。眾多學(xué)者認(rèn)為在進(jìn)行地震邊坡的研究中，地震是個復(fù)雜的時(shí)間與空間過程，應(yīng)考慮地震動荷載隨空間變化的特性。對2005 年新疆烏什6.2 級地、2011 年新疆尼勒克、鞏留縣交界6.0 級地震分析發(fā)現(xiàn)地震加速度不但大小是不斷變化的，方向也是不斷變化的，這證實(shí)了地震時(shí)地面運(yùn)動是復(fù)雜的多維運(yùn)動。
英國GDS動態(tài)循環(huán)單剪試驗(yàn)系統(tǒng)（VDDCSS）可對試樣底部施加任何形式的循環(huán)位移或循環(huán)應(yīng)力，來模擬現(xiàn)場的許多加載條件，較方便地研究土的動力特性。這包括很多結(jié)構(gòu)的海洋基礎(chǔ)，例如風(fēng)電場和石油磚塔。VDDCSS還可以模擬偏向于某一方向而受力在另一個方向的情況，例如地震附近區(qū)域。VDDCSS系統(tǒng)如圖1所示。
圖1 動態(tài)循環(huán)單剪試驗(yàn)系統(tǒng)(VDDCSS)
聶勇、樊恒輝、王中妮等采用溫州大學(xué)VDDCSS系統(tǒng)，對固結(jié)試樣開展了兩組實(shí)驗(yàn)：第一組(單向循環(huán)單剪試驗(yàn))：試樣在不同剪應(yīng)變幅值下進(jìn)行剪切試驗(yàn)，采用正弦波；第二組(水平雙向耦合的循環(huán)單剪試驗(yàn)，即剪切方向變化的循環(huán)單剪試驗(yàn))：試樣也在不同γ下進(jìn)行循環(huán)加載試驗(yàn)，采用正弦波，本組試驗(yàn)進(jìn)行兩水平向耦合，使每個循環(huán)剪切循環(huán)的方向不斷變化，變化方式是以X 方向?yàn)檩S，以原點(diǎn)為中心進(jìn)行的擺幅剪切，擺幅分別為45°和90°。即先進(jìn)行一次單向的循環(huán)剪切，然后進(jìn)行第二次單向的循環(huán)剪切，方向和第一次的方向產(chǎn)生一個夾角。具體試驗(yàn)方案見下表。剪切完成之后再對試樣進(jìn)行固結(jié)研究其變形。
（1）小應(yīng)變條件下，軟黏土表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)的各向異性，其隨的增加逐漸減小，對G的影響也隨的增加逐漸減小。
（2）存在一個剪應(yīng)變特征值γs，即當(dāng)γ＜ γs時(shí)，剪切作用會輕微增加其他新方向的G；當(dāng)γ＞γs時(shí)，無此現(xiàn)象。本文的γs= 0.2%。
（b）γ=0.5%
圖3 不同剪切條件下土樣歸一化剪切模量和循環(huán)圈數(shù)的關(guān)系曲線
（3）單向剪切下G是平緩變化的，而雙向剪切下G是波動變化的。剪切方向的變化(即雙向剪切)會加快G的衰減，造成更低的G。
圖4 不同剪應(yīng)變幅值下土樣歸一化剪切模量和循環(huán)圈數(shù)的關(guān)系曲線
（4）小應(yīng)變條件下，u增加很小，剪切方向的變化對u影響很小，Hrc/H也很小。當(dāng)0.1%＜ γ＜2%時(shí)，u 隨γ的增加急劇上升，剪應(yīng)變方向的變化促進(jìn)u增加，隨γ的增加這種影響逐漸加深。
圖5 不同剪切方式下孔壓比隨時(shí)間的發(fā)展曲線
（5）隨著剪切方向的變化，uamp 在一個循環(huán)周期是循環(huán)變化的；隨著剪切的進(jìn)行，uamp 是逐漸減小的。γ= 0.8%時(shí)uamp 達(dá)到最大值。
圖6 第50次的循環(huán)孔壓幅值和剪應(yīng)變幅值的關(guān)系曲線
（6）當(dāng)0.1%＜ γ＜2%時(shí)，Hrc/H 隨γ的增加而增加；當(dāng)γ＜1%時(shí)，單向剪切后的Hrc/H 隨的增加緩慢增加，而雙向剪切的Hrc/H 隨的增加快速增加；當(dāng)γ＞1%時(shí)，Hrc/H 隨γ的增加緩慢增加；不同剪切方式下的Hrc/H 最終趨于一致。
圖7 再固結(jié)過程中剪應(yīng)變幅值和軸向變形曲線
《循環(huán)剪切方向?qū)︼柡蛙涴ね羷屿o力特性的影響》 聶 勇，樊恒輝，王中妮，賀志強(qiáng)
若您希望了解美國的ASTM規(guī)范《ASTM D 6528-00 Consolidated Undrained Direct Simple Shear Testing of Cohesive Soils》，請聯(lián)系小編！
方向動態(tài)循環(huán)單剪實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) (VDDCSS)更多信息
VDDCSS提供了一種測試土樣的系統(tǒng)，可能會經(jīng)歷隨時(shí)間改變方向的荷載。這包括各種海上基礎(chǔ)設(shè)施，如風(fēng)力發(fā)電場和石油鉆機(jī)。
VDDCSS還可以模擬在一個方向上偏移并在另一個方向上加荷的情況。其中一個例子就是近場地震運(yùn)動。
主要特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)：
荷載或應(yīng)變下的樣品循環(huán)載荷，循環(huán)簡單剪切，軸向應(yīng)力動態(tài)循環(huán)，K0（K-Zero）實(shí)驗(yàn)，壓密/固結(jié)實(shí)驗(yàn)，準(zhǔn)靜態(tài)（低速/蠕變）測試，簡單剪切，循環(huán)測試，步進(jìn)加載，軸向壓縮，可變直接簡單剪切，荷載載控制（動態(tài)），荷載控制（靜態(tài)），最大剪切模量，靜態(tài)位移，靜載荷和恒定正常剛度。
動態(tài)簡單剪切和動態(tài)變方向直接簡單剪切
可以購買替換的系統(tǒng)VDDCSS-CP，以便能夠?qū)y試樣本施加圍壓和反壓。這允許樣品進(jìn)行反壓飽和，在簡單剪切試驗(yàn)期間直接記錄超孔隙水壓力。
VDDCSS-CP可以使用GDS氣動控制器（GDSPPC）施加高達(dá)1 MPa的圍壓，直徑最大100 mm的樣品可用于測試。
彎曲元實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
可以升級VDDCSS來進(jìn)行P和S波形彎曲元測試
