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?？梢栽谝韵略囼?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：
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關(guān)鍵特點(diǎn):
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優(yōu)勢:
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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：
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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。
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系統(tǒng)的靈活性
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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。
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平衡錘：
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允許靜態(tài)壓力控制器用于圍壓加載，動態(tài)實(shí)驗(yàn)時(shí)不會產(chǎn)生明顯波動
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水下可更換集合軸向和扭矩的荷重傳感器
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測量軸向荷載或扭矩不會由于荷載錘的摩擦帶入誤差
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壓力室上蓋提升框架
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標(biāo)配用于方式提升壓力室上蓋
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可以用作三軸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng):
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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)。
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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)
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軸力/扭矩量程(kN/Nm):
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10/100,10/200,12/200,15/400,20/100,20/200
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試樣尺寸 (mm):
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100/60/200or 200/160/400 (OD,ID,高度)
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工作頻率(Hz):
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2 or 5
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圍壓量程 (MPa):
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1,2
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軸向荷載分辨率:
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<0.3N(用于10kN系統(tǒng))
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軸向位移編碼器分辨率:
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<1μm
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扭矩精度 (Nm):
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動態(tài)HCAd= <0.03Nm
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扭轉(zhuǎn)位移精度(度):
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動態(tài)HCAd= <0.04度
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尺寸 (mm):
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700 X 700 X 1000mm (不含壓力室)， 1450mm (含壓力室)， 2350mm（含壓力室提升架）
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大概重量 (kg):
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500
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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(shí)，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(shí)，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(shí)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(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（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(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）
長安大學(xué)采購的 HCA空心圓柱
南京工業(yè)大學(xué)采購的GDSHCA空心圓柱扭剪儀
南京水科院動采購的HCA空心扭剪試驗(yàn)系統(tǒng)/空心圓柱
同濟(jì)大學(xué)采購的HCA空心圓柱扭剪儀系統(tǒng)
溫州大學(xué)采購的HCA空心圓柱系統(tǒng)
浙江大學(xué)采購的HCA空心圓柱扭剪儀系統(tǒng)
河南工業(yè)大學(xué) 空心圓柱HCA 2009
河海大學(xué) HCA空心圓柱扭剪儀 2013
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)優(yōu)秀，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。
