开云kaiyun电竞

张 希 巍

(开云kaiyun电竞，广东 昭通 510030)

摘  要：非鼓和土力学钻研受仪器造作水平的影响,目前国内表钻研的成就远不如鼓和土钻研成就丰硕
。本文介绍了目前国内表非鼓和土试验系统的研造和利用近况，着沉介绍GDS的非鼓和土试验系统，蕴含非鼓和土应力蹊径三轴系统和非鼓和土直剪系统
。该系统是目前贸易化水平的非鼓和土试验系统，在吸力节造、体变丈量、自动化水平等方面都是在其它仪器厂商的之上
。在有400多个客户，在我国有40多个分歧系统的客户，其中非鼓和土系统有靠近25个
。

关键词：GDS系统；非鼓和土系统；吸力；体变

Advanced unsaturated soil test system introduction

ZHANG Xi-wei,

(EPC, Guangzhou 510030, China)

Abstract: The developed test apparatus for unsaturated soil was influenced by fabrication technology, the test result is not rich as the theory aspect at home and abroad. The research and application were introducted at current in this paper, especially the GDS the advanced unsaturated soil system, include unsaturated soil triaxial stress path system and direct shear system. It is the highest level of commercialized in the world, whilst the suction control, measuring for volume change, automatization are also representational and one-up other manufactures. There are more than forty clients use all kinds of GDS system, nearly twenty five unsaturated soil test system in China.

Key words: GDS system; unsaturated soil; suction; volume change

0  引    言

到底什么长短鼓和土试验？有人以为只有试样长短鼓和的，在三轴仪上进行的试验就长短鼓和土试验；也有人以为非鼓和的试样在剪切的时辰节造水气不排出试样，就长短鼓和土试验
。现实上在早期的时辰，简直有一些非鼓和土试验是这样做的，但此刻这样回覆似乎不正确
。在60年代以前，非鼓和土剪切试验的步骤与鼓和土类似
。选取的是粗孔陶瓷透水板和相对较高的应变速度^[1]
。非鼓和土试验是要在固结和剪切的过程中维持土样的鼓和度为常值，这样试验测得的参数为既定鼓和度下的了局
。早期的试验现实上是含水量不变，但鼓和度时刻在变
。非鼓和土试验过程中鼓和杜爪该维持不变而含水量是变动的，那么是否能够直接节造含水量而让鼓和度维持不变呢？这样的步骤从节造的角度是很难精确的节造的，另表受非鼓和土渗入性的影响，排水体积的变动是不敏感的
。幸好，钻研发现非鼓和土吸力和鼓和杜仔对应关系，即土水特点曲线
。非鼓和土的试验步骤和仪器在60年代初期得到了改进
。为了将试样内的孔隙气压和孔隙水压量测和节造别离进行，在试样底部搁置高进气值陶土板
Ｄ芄煌ü谠焱林形唇谠旃暮投壤词迪址枪暮屯潦匝
。近年来国表有多多厂家相继开发出先进的非鼓和土试验系统，本文具体介绍了国际上的非鼓和土系统，并结合GDS系统予以具体论说
。

1  国内表非鼓和土试验系统介绍

1.1  国内非鼓和土试验系统概况

国内涵很早就已经关注非鼓和土理论了，试验技术受造作等成分的影响一向滞后于理论钻研
。正如鼓和土三轴仪的造作一样依然是选取借鉴国表技术的基础上设计和造作
。不外可喜的是近年来一些学者在非鼓和土理论和试验钻研步骤获得了大量的成就，国内已经可能独立出产非鼓和土三轴仪器了
。早期俞培基、陈愈炯首先使用了高进气值陶土板改进的三轴仪^[2]，90年代后漯河水科院改进了双压力室试验^[3]，随后西安理工大学谢界说和王永胜在尝试改进通例三轴仪上得到成功^[4]
。进一步推动国内非鼓和土三轴试验系统的是后勤工程学院陈正汉、香港理工大学殷建华和浙江大学詹良通
。陈正汉与溧阳市永昌工程尝试仪器厂合作开发出贸易化国产三轴系统，殷建华和詹良通的钻研成就和思想已经被国际土工试验系统造作厂商如GDS、VJtech和WF选取
Ｄ芄凰滴贫枪暮屯撩骋谆馐韵低匙龀隽斯毕
。

国表非鼓和土试验系统概况

英国、美国和日本较早发展这方面的钻研
。第一台非鼓和土三轴仪是Bishop和Donald与1961年研造成功的^[5]，其时用于科研使用，而非贸易系统
。这台系统选取了高进气值的陶土板底座，实现了轴平移技术；气压选取水银汞柱施加；选取了内压力室；体变选取光学放大的人为读数步骤
。此刻的各类非鼓和土系统仍能看到陶土板底座和使用轴评议技术
。近年来国表开发出至少5个品牌的贸易化非鼓和土测试系统，他们的设计思想根基都一连了第一代系统的经验，只不外在体变丈量、内压力室结构、孔隙气压和孔隙水压节造方面各别
。其中拥有代表性的是英国GDS公司的非鼓和土测试系统，他们能够提供非鼓和土三轴系统和非鼓和土直剪系统
。系统具体划分能够分为2代6个系列产品，在中国目前有靠近25个高校和科研单元客户
。

2  GDS非鼓和土测试系统的特点

2.1  GDS的非鼓和土三轴测试系统

GDS UNSATUREATED SOIL试验系统是对传统三轴试验系统的延长
。该系统提到的特点和步骤都能够利用在GDS三轴试验系统或其它厂家出产的三轴试验系统上
。若是要从通例的GDS三轴试验系统升级到非鼓和土试验系统，则必要增长一些硬件和软件
。有些硬件是选项
。这些选项能够凭据用户的必要参与（例如中平面吸力探头，大气压力传感器和部门应变丈量传感器）
。GDS开发出的第二代系统GDS-HKUST系统是在借鉴詹良通博士在香港科技大学的钻研成就基础上实现的，该系统选取精密的体变传感器丈量体变，上部开口的内压力室结构是体变丈量更好
。GDS非鼓和土试验系统（也叫UNSAT）提供一系列非鼓和土试验步骤供最终用户自由选择
。GDS 能够提供的四种步骤：步骤 A: 通过GDS孔隙气压/体积节造器直接丈量；步骤 B: HKUST 内压力室；步骤 C: 双层压力室；步骤 D: 直接在试样上装置应变传感器助推算机能够很方便地求解，并且编程比力方便
。其中在中国选取第一代步骤A的测试系统比力多，选取步骤B的第二代非鼓和土测试系统的客户这两年内增长到了6个
。下表具体说了然各个步骤的出弊端
。

表1丈量试样体变的各类步骤：利益和弊端或特定前提比力

Table 1 Mechanical parameters of backfill with different tailing-cement ratios

必要把稳的是以上的非鼓和土试验尝试室温度节造极度必要(A, B, 和 C)，同时为了为了削减体变丈量的误差，当施加压力时，查抄阀门和接头是否渗漏 (A, B, 和C)
。当设置试验前和试验实现一个阶段后必要进行标定（例如围压体变个性）
。步骤 A, C 和 D 能够在统一个试验中同时选取
。步骤B 是一个直接丈量的方式，不能和其它任何一种步骤同时选取
。第二代GDS的非鼓和土三轴试验系统有关体变丈量部门具体内容能够拜见文件^[6]
。

2.2 GDS的非鼓和土直剪测试系统

由于非鼓和土三轴系统的试验周期较长，为了在尽可能短的功夫内获得非鼓和土力学试验参数，GDS公司专门开发了商用的GDS非鼓和土直剪试验系统GDS-UBPS
。GDS非鼓和土直剪系统的关键部件是反压剪切盒，它用来用于通过节造土样内的孔隙水压力及孔隙气压力而得到的分歧鼓和度土样的剪切试验
。GDS-UBPS基于尺度的直剪试验装置，对尺度直剪装置进行了批改以便于丈量基质吸力（基质吸力＝孔隙气压力－孔隙水压力）
。整套系统可选取GDSLAB节造与数据采集软件运行
。该装置能够在推算机节造下进行尺度的直剪试验和非鼓和土直剪试验
。重要节造的参数有：剪切力和位移、应力节造、总应力节造、孔隙气和水压力、轴向力和位移
。因而，UPBS为当现代界中的很多岩土工程问题，如半鼓和情况下的边坡不变性问题，提供了梦想的试验系统
。

图3 GDS非鼓和反压剪切盒结构图

Fig. 3 Schematic of the GDS Unsaturated Back Pressured Shearbox


3  GDS系统的节造技术

3.1  吸力节造与测试技术

   GDS高级非鼓和土系统选取轴平移技术，吸力的节造是别离独立节造孔隙气压和孔隙水压力
。第一代GDS非鼓和土系统选取高级型GDS气压节造器，容积1000cc/压力2MPa，该步骤的弊端是气压节造器容积有限，受温杜装响比力显著
。GDS第二代非鼓和土系统选取了无限体积的气压节造器技术
。这样必要表衔接压力源（空压机或者高压气瓶）
。压力节造的精度比力高能够做到1kPa，并且做到关环反馈节造，这也是全自动系统必须的
。目前选取第二代非鼓和土试验系统的中国客户有6个
。GDS中平面庞压探头能够直接在试样中央高度丈量试样孔隙水压力
。


    GDS中平面吸力探头是在传感器的顶部装置了一个高进气值的陶土板，从而能够在非鼓和土试验中丈量吸力
。引起非鼓和土应力状态扭转的原因之一是基质吸力
。GDS吸力探头直接丈量孔隙水压力从而丈量基质吸力
。这种直接丈量步骤在非鼓和土试验中是很有效的，由于能够更快地丈量到孔隙水压力值
。当传感器顶部齐全鼓和后，吸力探头反馈的功夫通常幼于3秒，即便孔压变动很大也没有关系
。选取吸力探头丈量吸力的道理是土中孔隙水压蹬宗多孔一端后面的传感器水舱中的孔隙水压
。在这两种水压达到平衡之前，水从水舱流到土中，反之亦然
。在非鼓和土中，负孔隙水压导致水从水舱流到土中
。相反的，在鼓和土中，正孔隙水压导致水从土中流到水舱中
。GDS非鼓和土测试系统能够做到吸力节造，在试验中凭据必要选配中平面吸力传感器
。

3.2  体变丈量技术和体变传感器的标定

    GDS选取差压传感器丈量体变技术利用在它的第二代非鼓和土系统上，第一代非鼓和土测试系统选取表1的步骤A
。新的体变丈量技术现实上是选取香港科技大学吴雄伟和詹良通等人的钻研成就，香港科大采办了GDS 三轴系统，他们在此基础上选取体变传感器进行体变丈量，利益是能够做到采集自动化，高精度等
。GDS公司在此基础上进一步美满，开发出商用的体变丈量技术
。该传感器的差压丈量领域是从-1kPa 到+1kPa (即-100mm 至+100mm 的水头变动)
。其精度蹬宗丈量领域的0.1%(即可测读到0.1mm 的水位变动)
。这样，该体变系统的精度可达31.4mm3(即蹬宗过水截面积与差压传感器丈量精度的乘积，314mm²×0.1mm)，对于一个直径38mm 高度76mm 的土样，此精度相当于0.04%体积应变，这个精度是相当高的
。当然，该体变系统精度还受其他丈量误差的影响，但是这些误差可通过标定解除，标定步骤可参考文件^[6]
。选取该步骤客户必须仔细标定，并且必须在客户的尝试室装置完所有管路以来，要求压力室当选取高质量的除气水，确保断根所有接头和管路中的气泡
。为了正确丈量体变，必须做到在尝试前提下进行标定（好比围压大幼、试样体积压缩和膨胀）
。我们客户反馈的分歧前提下的标定系数如下图，最大系数和最幼系数有3.7％的误差
。正如我们土工的一些传感器在室温常压下的标定数据，在试验的任何环节中利用一样，没有思考是否系数维持不变
。这个标定系数的变异是开云kaiyun电竞一个新发现，这个对提高体变测试精度是有益处的
。

3.3  内置水下荷沉传感器

    表置传感器进出压力室的杆与压力室选取零间隙的高精密共同，此处的摩擦力若是选取任何类型的表置测力传感器都将被测到，并且被计到试样的轴向力傍边
。无疑给试验带来误差，即便选取标定滤去此值，也不成取，由于该摩擦力在不愿定是一个常值
。另表表置传感器传力杆作用在试样帽上的接触面，该面以下试样不受围压作用，必须用轴向力赔偿能力够
Ｋ伎家陨铣煞钟跋，GDS公司选取内置水下荷沉传感器成就解决了以上的问题
。其他系统多是利用测力环或者表置弓型传感器
。这样所有的试验都有肯定轴力丈量误差
。那么，GDS内置水下荷沉传感器是若何工作的呢？GDS设计了抗信号滋扰赔偿结构，传感器内部充斥油使其降低温度的影响
。接触面轴力赔偿，没有选取自动加载方式，而是将传感器的环形头两侧面开两个贯通的孔路，在中央地位安插一个与接触面一致面积的环形腔
。这样轴力赔偿得以实现
。如下图所示
。

图5 GDS Loadcell 内部结构及其与表置传感器对比

Fig. 5 The comparison between outlay transducer and GDS Loadcell and its inner structure

4   结论

   本文介绍了目前世界上有代表性的GDS非鼓和土试验系统，蕴含非鼓和土三轴试验系统和非鼓和土直剪系统，该系统自动化水平高、测试精度高
。重要特点和优势有：

(1) 第二代非鼓和土丈量系统解决了第一代非鼓和土系统孔隙气压节造器容积受限的不及；

(2) 体变丈量由于选取差压传感器和独立的内置结构，是的精度可达试样总体积的0.04%（试样直径38mm，高度76mm）；

(3) 内置的水下传感器和中平面吸力探头的利用，对非鼓和土试验做出了贡献
。

参考文件：

[1] D.G. Fredlund. Soil Mechanics for Unsaturated Soils [M]1993

[2] 俞培基,陈愈炯.非鼓和土的水－气状态及其力学性质的关系[J]. 水利学报,1965,(1): 1-15

[3] 杨代泉. 非鼓和土广义固结理论及其数值仿照与试验钻研[D]. 漯河水利水电科学钻研院 博士学位论文,1990,9

[4] 陈正汉,谢界说,王永胜. 非鼓和土的水气活动法规及其工程性质钻研[J]. 岩土工程学报,1993,15(3),9-20

[5] A W Bishop and I B Donald. The experimental study and of partly saturated soil in triaxial apparatus[C]. Proc. 5^th Int. Conf on SMFE,Vol.3,1157

[6] Ng, C.W.W., Zhan, L T. & Cui, Y. J. A new simple system for measuring volume changes in unsaturated soils. Can. Geotech. J.,

39, No. 2, 757-764, 2002.