GDS三軸試驗系統(tǒng)(GDSTTS) 是一款完全自動化的設(shè)計用于進行應(yīng)力路徑試驗的三軸試驗系統(tǒng)。
GDSTTS主要基于經(jīng)典的Bishop & Wesley應(yīng)力路徑三軸壓力室，直接控制施加于試樣上的應(yīng)力。系統(tǒng)可以配置商業(yè)型、標準型或高級壓力體積控制器(取決于要求的精度/ 最大壓力)。適用直徑38/50mm試樣的壓力室可施加的最大軸向荷載為7kN，適用直徑70/100mm試樣的壓力室的軸向荷載最大可達25kN。該系統(tǒng)可用于教學(xué)和科研實驗室。
可完成的試驗
B檢測、飽和、不固結(jié)不排水(UU)三軸試驗、固結(jié)排水(CD)三軸試驗、固結(jié)不排水(CU)試驗、固結(jié)(三軸)試驗、恒應(yīng)力率加載(CRL)試驗、恒應(yīng)變速率(CRS) 試驗、低速循環(huán)試驗、K0試驗、多級加載試驗、準靜態(tài) (低速/蠕變) 試驗和應(yīng)力路徑試驗
升級選項
01
升級完成局部應(yīng)變測量
任何GDSTTS系統(tǒng)都可以采用霍爾效應(yīng)局部應(yīng)變傳感器或LVDT傳感器來升級完成局部應(yīng)變測量。這兩種裝置都可以通過安裝于試樣上的輕型鋁制夾持器直接測量軸向和徑向變形。
霍爾效應(yīng)傳感器可以在壓力為1700kPa的水下使用，而LVDT有兩種：
? 低壓型（最大可以承受3500 kPa的壓力），在水中使用
? 高壓型（最大可以承受200 MPa的壓力），可以在非導(dǎo)電的油中使用
02
升級完成非飽和土測試
任何一套GDSTTS系統(tǒng)都可以通過增加以下項目升級完成非飽和土試驗：
? 安裝有高進氣值陶土板的非飽和土底座
? 1000cc高級壓力/體積控制器（用于施加孔隙氣壓和測量氣體體變）
03
升級完成彎曲元測試
任何一套GDSTAS系統(tǒng)都可以增加以下選項升級為彎曲元系統(tǒng)：
? 包含彎曲元插入物的彎曲元底座
? 包含彎曲元插入物的彎曲元頂帽
? 高速數(shù)據(jù)采集盒
? 信號調(diào)節(jié)裝置包括發(fā)射和接收信號的放大器（P波和S波），用戶可以通過軟件控制增益值
案例研究
溫控應(yīng)力路徑三軸試驗系統(tǒng)
南京林業(yè)大學(xué)
提出問題
王海波老師擁有多年的巖土試驗教學(xué)和實地試驗經(jīng)驗，曾經(jīng)留學(xué)澳洲，對國內(nèi)外的巖土行業(yè)認識頗深，且具有很獨到的見解。
（參見：扁鏟側(cè)脹試驗應(yīng)力路徑的三軸模擬分析，南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）2011, 35(4): 121-125；WPS-FA-EPS填料導(dǎo)熱系數(shù)試驗研，2010, 32(8), 1297-1302.巖土工程學(xué)報等）.
我們都知道通過土體的應(yīng)力路徑試驗，可以模擬土體實際的應(yīng)力歷史，全面研究應(yīng)力變化過程對土的力學(xué)性質(zhì)的影響。此方面的研究在國內(nèi)外逐漸增多，基于Bishop-wesley架構(gòu)的應(yīng)力路徑三軸被大家廣泛接受，但是土體的應(yīng)力變化通常伴隨環(huán)境的變化。
環(huán)境中的變化因素包括濕度、溫度以及化學(xué)物質(zhì)介入。實際環(huán)境中溫度的變化是最常見的變化因子，很多工況中溫度變化高達幾十度。這樣的變化同時伴隨應(yīng)力變化，將會對土的力學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生什么影響? 不同的土在同樣的變化條件下會有什么區(qū)別? 這是需要進行研究的問題。
解決方案
為了研究上述問題，基于南京林業(yè)大學(xué)已經(jīng)購買的GDS應(yīng)力路徑三軸進行改造，以適合試驗。原設(shè)備采用Bishop & Wesley三軸壓力室，試樣直徑38/50mm：
-最大圍壓1700kPa
-最大軸荷載7kN
-±25mm位移傳感器
-2Mpa孔隙水壓力傳感器
-八通道數(shù)據(jù)采集裝置
-反壓和圍壓壓力體積控制器
并配備多個軟件模塊用于順利進行試驗。
在此設(shè)備基礎(chǔ)上，對壓力室進行改造，壓力室內(nèi)安裝上可以循環(huán)冷液的銅管，并加入可以實際監(jiān)測溫度的傳感器。溫度的變化通過另外購置的水浴來控制，試樣的實際溫度通過置入的溫度傳感器監(jiān)測并采集傳輸?shù)紾DSLAB軟件中。
水浴根據(jù)實時的溫度變化來伺服監(jiān)控溫度。
試驗過程中通過GDS軟件控制應(yīng)力或應(yīng)變試驗，通過水浴進行溫度的控制，所有的數(shù)據(jù)包括溫度數(shù)據(jù)都可以通過軟件記錄下來。
試驗結(jié)果
應(yīng)力路徑試驗在加入溫度環(huán)境因素后，試驗的形式和維度都發(fā)生了變化。此項改造，擴展了應(yīng)力路徑三軸儀的試驗范圍。
試驗進行到現(xiàn)在，研究了部分土體的特定試驗過程，獲得了一些試驗成果。
我們對于改造的每個環(huán)節(jié)都積累了豐富的經(jīng)驗，過程中經(jīng)過探求、改造、失敗、再探求、再改造的循環(huán)過程最終達到成功，不正是體驗了科研的精神和含義。
另外本設(shè)備曾經(jīng)升級過非飽和土的相關(guān)硬件，未來的研究方向可能會加入土類材料的這一狀態(tài)，以獲得與實際工況更相符合的結(jié)果。
結(jié)論和感謝
設(shè)備改裝過程中得到了GDS公司和歐美大地公司工作人員的大力支持。工作人員會根據(jù)自己的經(jīng)驗為設(shè)備的改造提供參考。另外工作人員在傳感器的挑選的和適配時，給出了很專業(yè)的建議，使得傳感器與設(shè)備無縫連接。溫控改造過程中對于軟件方面的修改適配，工作人員也給予了很大的幫助。
目前南京林業(yè)大學(xué)土木工程試驗中心除了擁有以上設(shè)備外，還配備了GDS的研究型動態(tài)三軸試驗系統(tǒng)，GDS扭剪共振試驗系統(tǒng)，GDS中壓力自動三軸系統(tǒng)，GDS固結(jié)試驗系統(tǒng)和彎曲元試驗系統(tǒng)等，正持續(xù)為巖土科研和現(xiàn)場項目提供科學(xué)和技術(shù)支持。
參考文獻
王效賓，楊平，王海波，戴海明. 凍融作用對黏土力學(xué)性能影響的試驗研究[J]. 巖土工程學(xué)報. 2009(011): 1768-1772（EI收錄）
王海波，楊平，何忠意，孔隙率與飽和度對粉土導(dǎo)熱特性的影響[ (南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）). 2012, 36(2): 42-46（BY:CD）
