空心扭剪儀（空心圓柱）試驗(yàn)系統(tǒng) SS-HCA
空心圓柱系統(tǒng)介紹：
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，并具有最少量的齒隙和摩擦： | 從而使機(jī)器能夠很好地適用于小應(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(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)時(shí)不會產(chǎn)生明顯波動(dòng) |
| 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(dòng)態(tài)三軸試驗(yàn)系統(tǒng)。 |
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(dòng)態(tài)HCAd= <0.03Nm |
| 扭轉(zhuǎn)位移精度(度): | 動(dòng)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。
（3）壓力/體積控制器
（4）GDSLAB軟件
以浙江大學(xué)采購的動(dòng)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(gè)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(shí)施加動(dòng)態(tài)軸向力和扭力，內(nèi)外圍壓為靜態(tài)控制
● 級別三：動(dòng)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(dòng)態(tài)內(nèi)外圍向力和扭力
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(gè)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(cuò)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(dòng)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)了革命性的飛躍，粘土制樣工具簡潔實(shí)用，圓滿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(shí)也可以生產(chǎn)廉價(jià)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（10Hz），荷載也不能太大（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*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(dòng)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(shí)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(gè)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(dòng)測試，是所有加載形式中的。
（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(dòng)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(dòng)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(dòng)三軸開發(fā)了一個(gè)應(yīng)力控制模塊，這是一個(gè)異常復(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(dòng)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(dòng)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(gè)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(dòng)態(tài)為8kN。
GDS可以生產(chǎn)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(dòng)靜態(tài)試驗(yàn)需要，并且是保證精度宜的配置。
（5）軸向加載頻率：GDS可以生產(chǎn)10Hz的動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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)*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(dòng)態(tài)內(nèi)、外圍壓均為1000kPa。
（15）數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)：16位分辨率，1000個(gè)數(shù)據(jù)/循環(huán)，也就是說在控制系統(tǒng)10Hz控制能力的情況下的閉環(huán)采樣速率是10kHz，動(dòng)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，有超過800臺設(shè)備在使用這個(gè)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(dòng)、靜態(tài)加載，以及空心圓柱測試中復(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(gè)非常成熟可靈活擴(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(dòng)態(tài))
不管用戶的硬件選配得如何*，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(gè)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)連接非常簡單，如下圖所示：
Object display顯示一個(gè)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(dòng)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(gè)中國（包含港澳地區(qū)）的成熟用戶群。國內(nèi)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、中科院武漢巖土所等等，香港的高校香港大學(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)的巖土工程專家，他們使用過幾乎所有品牌的產(chǎn)品，但是值得信賴的選擇都只是一個(gè)：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）
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吉林建筑大學(xué) 空心圓柱HCA
寧夏大學(xué) 空心圓柱 HCA 2017
揚(yáng)州大學(xué) 空心圓柱 HCA 2017
浙江工業(yè)大學(xué) 空心圓柱HCA 2018
華東交通大學(xué) 空心圓柱HCA
華東交通大學(xué) 空心圓柱HCA
廣西大學(xué) HCA
中山大學(xué) HCA
GDS空心圓柱系統(tǒng)論文參考目錄：
1、K_0固結(jié)海洋粘土的三軸儀與空心扭剪儀試驗(yàn)及各向異性粘彈塑性數(shù)值模擬（周成 殷建華 鄭俊文）
2、復(fù)雜應(yīng)力條件下飽和南京細(xì)砂門檻剪應(yīng)變特性（潘華，陳國興）
3、含主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)的土體本構(gòu)關(guān)系研究進(jìn)展（劉元雪 鄭穎人）
4、含主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)的土體平面應(yīng)變問題彈塑性數(shù)值模擬（劉元雪, 鄭穎人）
5、考慮中主應(yīng)力系數(shù)影響的主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)下原狀軟黏土變形研究（周建，鄭鴻餒，溫曉貴，管林波，鄧以亮）
6、考慮主應(yīng)力方向變化的原狀黏土強(qiáng)度及超靜孔壓特性研究（沈揚(yáng) 周建 張金良 龔曉南）
7、考慮主應(yīng)力方向變化的原狀軟粘土試驗(yàn)研究
8、考慮主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)土體的應(yīng)力增量分析（李海波,梁立孚,陳德民)
9、空心圓柱試樣試驗(yàn)儀主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)加載原理及試樣形變檢測技術(shù)的研究(顏國正 許廣庚 張德駿)
10、空心圓柱土壤試樣試驗(yàn)儀及應(yīng)力路徑自校正預(yù)報(bào)控制技術(shù)的研究(顏國正 許廣庚 張德駿 潘國棟）
11、空心圓柱儀（HCA）性能指標(biāo)分析及同類產(chǎn)品比較（沈揚(yáng) 周建）
12、空心圓柱儀_HCA_模擬恒定圍壓下主應(yīng)力軸循環(huán)旋轉(zhuǎn)應(yīng)力路徑能力分析（沈揚(yáng)，周建，龔曉南）
13、空心圓柱儀主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)副效應(yīng)研究及對策（沈揚(yáng), 周建, 鄭偉）
14、新型空心圓柱儀的研制與應(yīng)用（沈揚(yáng) 周建 張金良 張泉芳 龔曉南）
15、原狀軟黏土空心圓柱試樣制備研究（周建，張金良，沈揚(yáng)，張泉芳)
16、浙江大學(xué)5Hz空心圓柱儀調(diào)試研究
17、主應(yīng)力軸持續(xù)旋轉(zhuǎn)條件下飽和松砂的振動(dòng)孔隙水壓力特性(郭瑩1,2,欒茂田1,2,3,何楊2,許成順2,李木國1,2）
18、主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)對剪切帶形成的影響分析（張啟輝, 趙錫宏）
19、主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)對土體性狀影響的試驗(yàn)進(jìn)展研究（沈揚(yáng) 周建 龔曉南）
20、主應(yīng)力軸循環(huán)旋轉(zhuǎn)下原狀軟黏土臨界性狀研究(沈揚(yáng) 周建 張金良 龔曉南)
GDS空心圓柱扭剪儀是一套非常優(yōu)秀的高級土工試驗(yàn)儀器，目前已廣泛用于國內(nèi)室內(nèi)巖土試驗(yàn)室。SS-HCA空心扭剪三軸儀精度高、品質(zhì)，歐美大地公司提供完善的售后服務(wù)和技術(shù)支持，歡迎垂詢。
