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GDS空心圓柱設(shè)備（GDSHCA）可以給空心圓柱土樣施加旋轉(zhuǎn)位移和扭矩。這套設(shè)備可以控制 3個主應(yīng)力的大小和方向?？梢赃M(jìn)行以下研究：

? 土的各向異性

? 主應(yīng)力旋轉(zhuǎn)的效應(yīng)

? 中主應(yīng)力旋轉(zhuǎn)的效應(yīng)

空心圓柱系統(tǒng)（GDSHCA）可以完成一系列的應(yīng)力路徑試驗(yàn)。加載系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制，應(yīng)變直接在試樣上測量。這些應(yīng)變也可以伺服控制。可以在以下試驗(yàn)條件下研究:

? 平面應(yīng)變

? 簡單剪切

? 較小的剪切應(yīng)變

若有特殊需求可以與歐美大地協(xié)商，定制。

空心圓柱系統(tǒng)的特點(diǎn)及優(yōu)勢：

關(guān)鍵特點(diǎn):	優(yōu)勢:
該系統(tǒng)具有較高的軸向和扭轉(zhuǎn)剛度，并具有少量的齒隙和摩擦：	從而使機(jī)器能夠比較好地適用于小應(yīng)變測試，直至高負(fù)荷和高應(yīng)變測試。
系統(tǒng)的靈活性	試樣尺寸、荷載、壓力可以選擇來確保系統(tǒng)特殊定制來適應(yīng)實(shí)驗(yàn)和預(yù)算要求。
平衡錘：	允許靜態(tài)壓力控制器用于圍壓加載，動態(tài)實(shí)驗(yàn)時不會產(chǎn)生明顯波動
水下可更換集合軸向和扭矩的荷重傳感器	測量軸向荷載或扭矩不會由于荷載錘的摩擦帶入誤差
壓力室上蓋提升框架	標(biāo)配用于方式提升壓力室上蓋
可以用作三軸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng):	通過改變底座，系統(tǒng)可以轉(zhuǎn)換成全功能的動態(tài)三軸試驗(yàn)系統(tǒng)。

空心圓柱系統(tǒng)可以進(jìn)行的實(shí)驗(yàn):

軸向或徑向變形，b檢測，固結(jié)排水（CD）三軸，固結(jié)不排水（CU）三軸，荷載或應(yīng)變下樣品的循環(huán)荷載，k0（k-zero），局部應(yīng)變測量，多級試驗(yàn)，恒定水頭滲透性，孔隙水體積變化，準(zhǔn)靜態(tài)（低速/蠕變）試驗(yàn)，斜坡和循環(huán)壓力或體積UME變化（飽和斜坡）、循環(huán)試驗(yàn)慢速、低速（小于2Hz）扭剪、階梯式加載、應(yīng)力路徑、不固結(jié)不排水三軸（UU）、用戶定義波形、連續(xù)無限體積流（目標(biāo)或斜坡）、高級HCA加載、軸向拉伸、軸向壓縮、恒速加載（CRL），固結(jié)，恒應(yīng)變速率（CRS）固結(jié)，

荷載控制（靜態(tài)）、荷載控制（動態(tài)）、最大剪切模量、靜態(tài)位移、靜態(tài)荷載、動態(tài)HCA荷載、固結(jié)（三軸）、動態(tài)循環(huán)軸向應(yīng)力能力、低速（高達(dá)2Hz）扭剪（TS）試驗(yàn)。

空心圓柱系統(tǒng)選項(xiàng):

可選大型壓力室最大200mm試樣，可以在試樣周圍提供額外的空間用于安裝傳感器可選局部應(yīng)變傳感器（霍爾效應(yīng)6mm范圍。LVDT5mm或者10mm范圍，非接觸性Proximity傳感器0.9到6mm范圍）。內(nèi)部LVDT夾具。

空心圓柱系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

軸力/扭矩量程(kN/Nm):	10/100,10/200,12/200,15/400,20/100,20/200
試樣尺寸 (mm):	100/60/200or 200/160/400 (OD,ID,高度)
工作頻率(Hz):	2 or 5
圍壓量程 (MPa):	1,2
軸向荷載分辨率:	<0.3N(用于10kN系統(tǒng))
軸向位移編碼器分辨率:	<1μm
扭矩精度 (Nm):	動態(tài)HCAd= <0.03Nm
扭轉(zhuǎn)位移精度(度):	動態(tài)HCAd= <0.04度
尺寸 (mm):	700 X 700 X 1000mm (不含壓力室)， 1450mm (含壓力室)， 2350mm（含壓力室提升架）
大概重量 (kg):	500

GDS空心圓柱系統(tǒng)配置：
基本的系統(tǒng)硬件組件如下圖.實(shí)際使用的硬件可以選擇來適合你的試驗(yàn)和預(yù)算需求。

（1）DCS雙通道控制系統(tǒng)

GDS動態(tài)系統(tǒng)都是以高速GDS數(shù)字控制系統(tǒng)（GDSDCS）為基礎(chǔ)，具有位移和荷載的閉環(huán)反饋。HCA使用16通道雙軸版本。通過16位數(shù)據(jù)采集（A/D）和16位控制輸出（D/A），GDSCDS以每通道10 kHz的控制頻率運(yùn)行。這意味著當(dāng)以10Hz運(yùn)行時，系統(tǒng)每個循環(huán)使用1000個控制點(diǎn)。當(dāng)以1Hz的速度運(yùn)行時，它使用10000個。

（2）空心圓柱系統(tǒng)頻率范圍 (Hz)：2, 5

荷載/扭矩范圍(kN/Nm)：10/100,10/200,12/200,15/400,20/200

試樣尺寸(mm)：100/60/200,200/160/400

（3）壓力/體積控制器

? 基于1Mpa商用壓力/容積控制器（ELDPC）的商用三軸自動化系統(tǒng)（ELTA）。

? 基于3Mpa標(biāo)準(zhǔn)壓力/體積控制器（STDDPC）的標(biāo)準(zhǔn)三軸自動系統(tǒng)（STDTAS）。

? 基于2Mpa高級壓力/體積控制器（ADVDPC）的高級三軸自動系統(tǒng)（ADVTA）。

（4）GDSLAB軟件

GDSLab控制和采集軟件是一個高度開發(fā)，靈活的軟件平臺。不僅內(nèi)核模塊和執(zhí)行數(shù)據(jù)采集的能力強(qiáng)大，還可以為您的測試需求添加了額外的模塊。

以浙江大學(xué)采購的動態(tài)空心圓柱扭剪儀為例，系統(tǒng)主要部件如下：

空心圓柱系統(tǒng)壓力室（圖片來自浙江大學(xué)）

空心圓柱內(nèi)部構(gòu)造（圖片來自浙江大學(xué)）

空心圓柱系統(tǒng)壓力/體積控制器（圖片來自浙江大學(xué)）

傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器（圖片來自浙江大學(xué)）

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（圖片來自浙江大學(xué)）

空心圓柱系統(tǒng)構(gòu)成示意圖（圖片來自浙江大學(xué)）

空心圓柱實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)帶內(nèi)外圍壓循環(huán)控制:

GDS公司可以根據(jù)客戶的研究要求提供四個級別的系統(tǒng)，分別是：

● 級別一：靜態(tài)施加軸向力、扭力、內(nèi)外圍壓

● 級別二：同時施加動態(tài)軸向力和扭力，內(nèi)外圍壓為靜態(tài)控制

● 級別三：動態(tài)施加內(nèi)外圍壓，頻率和波形相同，相位不同

● 級別四：施加獨(dú)立控制的動態(tài)內(nèi)外圍壓、軸向力和扭力

空心圓柱系統(tǒng)粘土試樣制樣裝：

空心圓柱系統(tǒng)的粘土試驗(yàn)制作和裝樣曾經(jīng)是空心圓柱實(shí)驗(yàn)面臨的一個普遍難題，制樣切削下來的粘土經(jīng)常會堵塞試驗(yàn)系統(tǒng)，造成實(shí)驗(yàn)無法繼續(xù)或錯誤。2005年，浙江大學(xué)與歐美大地和英國GDS公司合作，聯(lián)合開發(fā)了一套動態(tài)空心圓柱扭剪儀系統(tǒng)，該套系統(tǒng)的制樣工具經(jīng)過重新研發(fā)和設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了飛躍，粘土制樣工具簡潔實(shí)用，解決了粘土試樣制樣和裝樣難題。

更多信息請下載“英國GDS空心圓柱系統(tǒng)粘土試樣制樣裝樣過程介紹.pdf”文件。

原裝粘土切樣部件----外壁切削

（圖片來自浙江大學(xué)）

原裝粘土切樣部件----內(nèi)芯切樣器

（圖片來自浙江大學(xué)）

原裝粘土成樣顯示——真樣與橡皮樣對比

（圖片來自浙江大學(xué)）

原裝粘土成樣顯示——土樣內(nèi)壁

（圖片來自浙江大學(xué)）

GDS空心圓柱扭剪儀優(yōu)勢：

（1）加載方式：GDS SS-HCA采用步進(jìn)或伺服電機(jī)控制加壓。
GDS可以生產(chǎn)電液伺服控制的系統(tǒng)，同時也可以生產(chǎn)廉價的電氣伺服控制系統(tǒng)，但是根據(jù)室內(nèi)巖土土工測試的特點(diǎn)，GDS主要推薦采用響應(yīng)速度快、分辨率高、加載穩(wěn)定可靠的伺服電機(jī)控制形式。
采用伺服電機(jī)的加載形式是當(dāng)今越來越普遍使用的，步進(jìn)電機(jī)控制的特點(diǎn)是頻率不能太高（最大10Hz），荷載也不能太大（最大60kN），在低頻和低荷載情況下伺服電機(jī)的性能是所有形式中較為優(yōu)越的。
巖土工程測試，由于土的強(qiáng)度是有限的，絕大多數(shù)的情況下都是小荷載、和低頻的測試，特別是動態(tài)測試，軸向力通常來說都會小于1kN，測試頻率通常都會低于或者等于1Hz，在一些高速公路或者高鐵研究項(xiàng)目中主頻率可能會到達(dá)5Hz左右，但是這時候測試荷載會更加低，所以伺服電機(jī)加載形式是比較好的選擇。更大的加載范圍或者頻率范圍只會導(dǎo)致精度白白下降，而且在小荷載、小應(yīng)力情況下基本上無法發(fā)揮真正的功能。
伺服電機(jī)控制加載形式還有一個好處是不需要液壓源，整機(jī)功率很低，只需要提供電源并且連接到電腦就可以實(shí)現(xiàn)全自動測試，是所有加載形式中比較方便的。

（2）實(shí)驗(yàn)控制方面：GDS SS-HCA可以獨(dú)立控制或者通過電腦軟件全自動控制，而且整套系統(tǒng)除了連接頭的地方以外，并不需要任何液壓閥，測試程序會自動控制排水和不排水條件，不需要任何人工干預(yù)。

（3）控制方式：GDS儀器可以進(jìn)行位移和力控制模式。
GDS給浙江大學(xué)的雙向10Hz動三軸開發(fā)了特殊的應(yīng)力控制模塊，這是一個復(fù)雜的控制模塊，除了要考慮測試力的變化以外，還要考慮到試樣直徑的變化對應(yīng)力的影響。GDS的軟件會自動修正試樣截面積變化對加載的影響。
伺服系統(tǒng)都會使用傳感器的讀數(shù)來不斷修正測試參數(shù)，儀保證控制的準(zhǔn)確性，而在動態(tài)測試中由于試驗(yàn)進(jìn)行得很快，在等傳感器測量得數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)再經(jīng)過復(fù)雜的PID計(jì)算來進(jìn)行修正的話，可能試驗(yàn)已經(jīng)結(jié)束，修正已經(jīng)沒有意義。采用剛度估算來進(jìn)行前反饋是為了更好地實(shí)現(xiàn)控制，讓系統(tǒng)對將要發(fā)生的事情有一個預(yù)判能力，這樣會更好保證控制精度。

（4）軸壓：GDS推薦靜態(tài)軸壓10kN，動態(tài)為8kN。
GDS可以生產(chǎn)最大60kN的加載能力，但是不推薦給用戶，因?yàn)樯鲜鐾扑]的軸壓能夠滿足動靜態(tài)試驗(yàn)需要，并且是保證精度適宜的配置。

（5）軸向加載頻率：GDS可以生產(chǎn)最大10Hz的動態(tài)系統(tǒng)，在這里我們推薦5Hz主頻，這里所說的5Hz指的是GDS確保一定可以達(dá)到理想測試狀態(tài)的頻率，實(shí)際上若是降低荷載使用GDS的動態(tài)系統(tǒng)還可以“超頻”，但是不建議這么來使用。

（6）扭剪加載頻率：GDS推薦5Hz，說明同上條。

（7）扭轉(zhuǎn)角度：45°甚至無限角度，實(shí)際上最大扭轉(zhuǎn)角只取決于試樣本身，不是我們想加多大就加多大，GDS所能夠?qū)崿F(xiàn)無限角度也只是為了不給測試造成障礙而已。

（8）軸向、扭剪耦合加載頻率：GDS的SS-HCA系統(tǒng)在任何相位差的情況下都可以達(dá)到5Hz的耦合測試頻率。

（9）內(nèi)、外圍壓加載頻率：5Hz，無電刷伺服電機(jī)控制動態(tài)壓力/體積控制器，內(nèi)外圍壓200cc/1,000 kPa。
GDS可以生產(chǎn)任意量程的控制器，但是推薦200cc/1,000 kPa的控制器主要是基于實(shí)際測試的要求，測試頻率也是為了和整套系統(tǒng)的頻率吻合。

（10）孔壓加載：GDS采用靜態(tài)控制器把孔壓施加到所要模擬的不變的地下水位。

（11）軸向、徑向雙向同步耦合動態(tài)加載：GDS系統(tǒng)不管單機(jī)頻率抑或是耦合頻率都是5Hz，動態(tài)圍壓控制器容積只和壓力室總?cè)莘e大小有關(guān)系，而和試樣的大小沒有關(guān)系。

（12）扭剪荷載：GDS SS-HCA空心圓柱系統(tǒng)能夠提供100Nm動靜態(tài)扭矩。
無數(shù)的測試已經(jīng)證明，正常土體能夠承受的荷載是有限的，100Nm已經(jīng)完全滿足測試要求，為了提高測試精度，GDS還提供30Nm的傳感器以滿足實(shí)際測試的精度要求，大量程只會造成精度的下降。

（13）內(nèi)、外圍壓和孔壓：動態(tài)內(nèi)、外圍壓均為1000kPa。
GDS可以生產(chǎn)任何量程的控制器提供任何壓力，但是我們只推薦合理的量程給用戶以用于真正的測試。

（14）試樣尺寸：GDS推薦的空心試樣內(nèi)徑為60mm，外徑為100mm；高度200mm，是國際上公認(rèn)的空心試樣尺寸。實(shí)心試樣尺寸可由用戶自行指定。

（15）數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)：16位分辨率，最快1000個數(shù)據(jù)/循環(huán)，也就是說在控制系統(tǒng)最大10Hz控制能力的情況下的閉環(huán)采樣速率是10kHz，動態(tài)控制器和數(shù)據(jù)采集儀通過告訴USB接口進(jìn)行通訊。

（16）軟件：GDSLAB平臺，全球有超過800臺設(shè)備在使用這個專業(yè)測試平臺。
GDS的測試軟件是功能強(qiáng)大的室內(nèi)巖土測試軟件，對于空心圓柱HCA測試而言，有完備的測試模塊用于各種動、靜態(tài)加載，以及空心圓柱測試中較為復(fù)雜的HCA應(yīng)力路徑測試模塊，可以控制軸向荷載、扭轉(zhuǎn)、內(nèi)外圍壓、反壓的加載路徑，實(shí)現(xiàn)真三軸的測試。

GDSLAB控制軟件：

GDSLAB控制和數(shù)據(jù)采集軟件是一個成熟可靈活擴(kuò)展的軟件平臺。在安裝核心模塊和數(shù)據(jù)采集模塊后，用戶可根據(jù)自己的試驗(yàn)需求安裝附加模塊。目前GDS可提供以下試驗(yàn)?zāi)K：

● SATCON (飽和和固結(jié))

● 標(biāo)準(zhǔn)三軸

● 應(yīng)力路徑試驗(yàn) (p,q和s,t)

● 高級加載試驗(yàn)

● 非飽和土試驗(yàn)

● K0固結(jié)

● 滲透性

● 空心圓柱 (靜態(tài)和動態(tài))

不管用戶的硬件選配得如何獨(dú)特，GDSLAB都可以根據(jù)用戶的選擇來配置硬件。為了建立系統(tǒng)硬件與PC的數(shù)據(jù)連接，GDSLAB將建立一個文本文件或者是初始化文件以描述系統(tǒng)硬件與PC的數(shù)據(jù)連接。在GDSLAB ‘object display’操作界面下，試驗(yàn)系統(tǒng)的硬件排列以圖形形式表現(xiàn)出來，這樣使得安裝和檢查系統(tǒng)硬件與PC的數(shù)據(jù)連接簡單，如下圖所示：

Object display顯示一個GDS SS-HCA配置情況

局部應(yīng)變傳感器（可選）：

● 霍爾效應(yīng) 6mm 量程

● LVDT 5mm or 10mm 量程

● 非接觸距離傳感器 0.9 to 6mm 量程.

試樣內(nèi)環(huán)應(yīng)變傳感器（可選）

● 可選擇加大型壓力室提供更多試驗(yàn)空間，加大型壓力室內(nèi)徑可達(dá)500mm
● 傳感器通道環(huán)上可提供18路通道
● 重量約為500kg

● 尺寸：700 X 700 X 1000mm (不含壓力室)， 1450mm (含壓力室)， 2350mm（含壓力室提升架）

空心圓柱靜動態(tài)扭剪儀客戶列表：

GDS在中國有龐大用戶群，到目前為止已經(jīng)有超過100個中國（包含港澳地區(qū)）的成熟用戶群。國內(nèi)著名的土木工程院校，比如浙江大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、長安大學(xué)、長江科學(xué)院、中科院武漢巖土所等等，香港著名的高校香港大學(xué)、香港科技大學(xué)、香港城市大學(xué)、香港土木工程拓展署，這些無不是GDS產(chǎn)品的忠實(shí)擁護(hù)者，紛紛二次甚至多次購買GDS的產(chǎn)品。這些機(jī)構(gòu)的使用者都是國內(nèi)知名的巖土工程專家，他們使用過很多全球所有品牌的產(chǎn)品，但是選擇都只是一個：GDS。

空心圓柱扭剪儀主要客戶包括：
浙江大學(xué)
南京水利科學(xué)研究院
南京工業(yè)大學(xué)
同濟(jì)大學(xué)
葡萄牙里斯本國家土木工程實(shí)驗(yàn)室（LNEC）
英國南安普頓大學(xué)（Southampton University ）
英國諾丁漢大學(xué)（Nottingham University Centre for geo-environmental studies ）
加拿大西安大略大學(xué)（University of Western Ontario）