空心扭剪儀（空心圓柱）試驗系統 SS-HCA
空心圓柱系統介紹：
若有特殊需求可以與歐美大地協商，定制。
空心圓柱系統的特點及優勢：
| 關鍵特點: | 優勢: |
| 該系統具有較高的軸向和扭轉剛度，并具有最少量的齒隙和摩擦： | 從而使機器能夠很好地適用于小應變測試，直至高負荷和高應變測試。 |
| 系統的靈活性 | 試樣尺寸、荷載、壓力可以選擇來確保系統特殊定制來適應實驗和預算要求。 |
| 平衡錘： | 允許靜態壓力控制器用于圍壓加載，動態實驗時不會產生明顯波動 |
| 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 | 標配用于方式提升壓力室上蓋 |
| 可以用作三軸實驗系統: | 通過改變底座，系統可以轉換成全功能的動態三軸試驗系統。 |
空心圓柱系統技術參數
| 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) |
| 軸向位移編碼器分辨率: | <1µm |
| 扭矩精度 (Nm): | 動態HCAd= <0.03Nm |
| 扭轉位移精度(度): | 動態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空心圓柱系統配置：
基本的系統硬件組件如下圖.實際使用的硬件可以選擇來適合你的試驗和預算需求。
（3）壓力/體積控制器
（4）GDSLAB軟件
以浙江大學采購的動態空心圓柱扭剪儀為例，系統主要部件如下：
空心圓柱系統壓力室（圖片來自浙江大學）
空心圓柱內部構造（圖片來自浙江大學）
空心圓柱系統壓力/體積控制器（圖片來自浙江大學）
傳感器數據轉換器（圖片來自浙江大學）
計算機控制系統（圖片來自浙江大學）
空心圓柱系統構成示意圖（圖片來自浙江大學）
空心圓柱實驗系統帶內外圍壓循環控制:
GDS公司可以根據客戶的研究要求提供四個級別的系統，分別是：
● 級別一：靜態施加軸向力、扭力、內外圍壓
● 級別二：同時施加動態軸向力和扭力，內外圍壓為靜態控制
● 級別三：動態施加內外圍壓，頻率和波形相同，相位不同
● 級別四：施加獨立控制的動態內外圍向力和扭力
空心圓柱系統粘土試樣制樣裝：
空心圓柱系統的粘土試驗制作和裝樣曾經是空心圓柱實驗面臨的一個普遍難題，制樣切削下來的粘土經常會堵塞試驗系統，造成實驗無法繼續或錯誤。2005年，浙江大學與歐美大地和英國GDS公司合作，聯合開發了一套動態空心圓柱扭剪儀系統，該套系統的制樣工具經過重新研發和設計實現了革命性的飛躍，粘土制樣工具簡潔實用，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）
原裝粘土切樣部件----內芯切樣器
（圖片來自浙江大學）
原裝粘土成樣顯示——真樣與橡皮樣對比
（圖片來自浙江大學）
原裝粘土成樣顯示——土樣內壁
（圖片來自浙江大學）
GDS空心圓柱扭剪儀優勢：
（1）加載方式：GDS SS-HCA采用步進或伺服電機控制加壓。
GDS可以生產電液伺服控制的系統，同時也可以生產廉價的電氣伺服控制系統，但是根據室內巖土土工測試的特點，GDS主要推薦采用響應速度快、分辨率高、加載穩定可靠的伺服電機控制形式。
采用伺服電機的加載形式是當今越來越普遍使用的，步進電機控制的特點是頻率不能太高（10Hz），荷載也不能太大（60kN），在低頻和低荷載情況下伺服電機的性能是所有形式中*的。
巖土工程測試，由于土的強度是有限的，絕大多數的情況下都是小荷載、和低頻的測試，特別是動態測試，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目中主頻率可能會到達5Hz左右，但是這時候測試荷載會更加低，所以伺服電機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致精度白白下降，而且在小荷載、小應力情況下基本上無法發揮真正的功能。
伺服電機控制加載形式還有一個好處是不需要液壓源，整機功率很低，只需要提供電源并且連接到電腦就可以實現全自動測試，是所有加載形式中的。
（2）實驗控制方面：GDS SS-HCA可以獨立控制或者通過電腦軟件全自動控制，而且整套系統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。
（3）控制方式：GDS儀器可以進行位移和力控制模式。
GDS給浙江大學的雙向10Hz動三軸開發了一個應力控制模塊，這是一個異常復雜的控制模塊，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。
伺服系統都會使用傳感器的讀數來不斷修正測試參數，儀保證控制的準確性，而在動態測試中由于試驗進行得很快，在等傳感器測量得數據傳輸到控制系統再經過復雜的PID計算來進行修正的話，可能試驗已經結束，修正已經沒有意義。采用剛度估算來進行前反饋是為了更好地實現控制，讓系統對將要發生的事情有一個預判能力，這樣會更好保證控制精度。
（4）軸壓：GDS推薦靜態軸壓10kN，動態為8kN。
GDS可以生產60kN的加載能力，但是不推薦給用戶，因為上述推薦的軸壓能夠滿足動靜態試驗需要，并且是保證精度宜的配置。
（5）軸向加載頻率：GDS可以生產10Hz的動態系統，在這里我們推薦5Hz主頻，這里所說的5Hz指的是GDS確保一定可以達到理想測試狀態的頻率，實際上若是降低荷載使用GDS的動態系統還可以“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）扭轉角度：45°甚至無限角度，實際上扭轉角只取決于試樣本身，不是我們想加多大就加多大，GDS所能夠實現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系統在任何相位差的情況下都可以達到5Hz的耦合測試頻率。
（9）內、外圍壓加載頻率：5Hz，無電刷伺服電機控制動態壓力/體積控制器，內外圍壓200cc/1,000 kPa。
GDS可以生產任意量程的控制器，但是推薦200cc/1,000 kPa的控制器主要是基于實際測試的要求，測試頻率也是為了和整套系統的頻率吻合。
（10）孔壓加載：GDS采用靜態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加載：GDS系統不管單機頻率抑或是耦合頻率都是5Hz，動態圍壓控制器容積只和壓力室總容積大小有關系，而和試樣的大小沒有關系。
（12）扭剪荷載：GDS SS-HCA空心圓柱系統能夠提供100Nm動靜態扭矩。
無數的測試已經證明，正常土體能夠承受的荷載是有限的，100Nm已經*測試要求，為了提高測試精度，GDS還提供30Nm的傳感器以滿足實際測試的精度要求，大量程只會造成精度的下降。
（13）內、外圍壓和孔壓：動態內、外圍壓均為1000kPa。
（15）數據采集和控制系統：16位分辨率，1000個數據/循環，也就是說在控制系統10Hz控制能力的情況下的閉環采樣速率是10kHz，動態控制器和數據采集儀通過告訴USB接口進行通訊。
（16）軟件：GDSLAB平臺，有超過800臺設備在使用這個專業測試平臺。
GDS的測試軟件是功能強大的室內巖土測試軟件，對于空心圓柱HCA測試而言，有完備的測試模塊用于各種動、靜態加載，以及空心圓柱測試中復雜的HCA應力路徑測試模塊，可以控制軸向荷載、扭轉、內外圍壓、反壓的加載路徑，實現真三軸的測試。
GDSLAB控制軟件：
GDSLAB控制和數據采集軟件是一個非常成熟可靈活擴展的軟件平臺。在安裝核心模塊和數據采集模塊后，用戶可根據自己的試驗需求安裝附加模塊。目前GDS可提供以下試驗模塊：
● SATCON (飽和和固結)
● 標準三軸
● 應力路徑試驗 (p,q和s,t)
● 高級加載試驗
● 非飽和土試驗
● K0固結
● 滲透性
● 空心圓柱 (靜態和動態)
不管用戶的硬件選配得如何*，GDSLAB都可以根據用戶的選擇來配置硬件。為了建立系統硬件與PC的數據連接，GDSLAB將建立一個文本文件或者是初始化文件以描述系統硬件與PC的數據連接。在GDSLAB ‘object display’操作界面下，試驗系統的硬件排列以圖形形式表現出來，這樣使得安裝和檢查系統硬件與PC的數據連接非常簡單，如下圖所示：
Object display顯示一個GDS SS-HCA配置情況
局部應變傳感器（可選）：
● 霍爾效應 6mm 量程
● LVDT 5mm or 10mm 量程
● 非接觸距離傳感器 0.9 to 6mm 量程.
試樣內環應變傳感器（可選）
● 可選擇加大型壓力室提供更多試驗空間，加大型壓力室內徑可達500mm● 傳感器通道環上可提供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）
空心圓柱靜動態扭剪儀客戶列表：
GDS在中國有龐大用戶群，到目前為止已經有超過100個中國（包含港澳地區）的成熟用戶群。國內的土木工程院校，比如浙江大學、同濟大學、長安大學、長江、中科院武漢巖土所等等，香港的高校香港大學、香港科技大學、香港城市大學、香港土木工程拓展署，這些無不是GDS產品的忠實擁護者，紛紛二次甚至多次購買GDS的產品。這些機構的使用者都是國內的巖土工程專家，他們使用過幾乎所有品牌的產品，但是值得信賴的選擇都只是一個：GDS。
空心圓柱扭剪儀主要客戶包括：
浙江大學
南京水利科學研究院
南京工業大學
同濟大學
葡萄牙里斯本國家土木工程實驗室（LNEC）
英國南安普頓大學（Southampton University ）
英國諾丁漢大學（Nottingham University Centre for geo-environmental studies ）
加拿大西安大略大學（University of Western Ontario）
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吉林建筑大學 空心圓柱HCA
寧夏大學 空心圓柱 HCA 2017
揚州大學 空心圓柱 HCA 2017
浙江工業大學 空心圓柱HCA 2018
華東交通大學 空心圓柱HCA
華東交通大學 空心圓柱HCA
廣西大學 HCA
中山大學 HCA
GDS空心圓柱系統論文參考目錄：
1、K_0固結海洋粘土的三軸儀與空心扭剪儀試驗及各向異性粘彈塑性數值模擬（周成 殷建華 鄭俊文）
2、復雜應力條件下飽和南京細砂門檻剪應變特性（潘華，陳國興）
3、含主應力軸旋轉的土體本構關系研究進展（劉元雪 鄭穎人）
4、含主應力軸旋轉的土體平面應變問題彈塑性數值模擬（劉元雪, 鄭穎人）
5、考慮中主應力系數影響的主應力軸旋轉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、考慮主應力方向變化的原狀黏土強度及超靜孔壓特性研究（沈揚 周建 張金良 龔曉南）
7、考慮主應力方向變化的原狀軟粘土試驗研究
8、考慮主應力軸旋轉土體的應力增量分析（李海波,梁立孚,陳德民)
9、空心圓柱試樣試驗儀主應力軸旋轉加載原理及試樣形變檢測技術的研究(顏國正 許廣庚 張德駿)
10、空心圓柱土壤試樣試驗儀及應力路徑自校正預報控制技術的研究(顏國正 許廣庚 張德駿 潘國棟）
11、空心圓柱儀（HCA）性能指標分析及同類產品比較（沈揚 周建）
12、空心圓柱儀_HCA_模擬恒定圍壓下主應力軸循環旋轉應力路徑能力分析（沈揚，周建，龔曉南）
13、空心圓柱儀主應力軸旋轉試驗副效應研究及對策（沈揚, 周建, 鄭偉）
14、新型空心圓柱儀的研制與應用（沈揚 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，張泉芳)
16、浙江大學5Hz空心圓柱儀調試研究
17、主應力軸持續旋轉條件下飽和松砂的振動孔隙水壓力特性(郭瑩1,2,欒茂田1,2,3,何楊2,許成順2,李木國1,2）
18、主應力軸旋轉對剪切帶形成的影響分析（張啟輝, 趙錫宏）
19、主應力軸旋轉對土體性狀影響的試驗進展研究（沈揚 周建 龔曉南）
20、主應力軸循環旋轉下原狀軟黏土臨界性狀研究(沈揚 周建 張金良 龔曉南)
GDS空心圓柱扭剪儀是一套非常優秀的高級土工試驗儀器，目前已廣泛用于國內室內巖土試驗室。SS-HCA空心扭剪三軸儀精度高、品質，歐美大地公司提供完善的售后服務和技術支持，歡迎垂詢。
