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隧道和其他地下結構已經使用了數千年，并由于一些社會、經濟和環境的原因繼續建造。這些措施包括利用繁忙的市中心的地下空間，將重要設施與惡劣天氣和自然災害隔離起來,或為城市居民提供飲用水或廢水的進出通道(ITA-AITES, 2014)。 隧道工程技術的進步導致許多技術被用于建造地下空間，包括使用隧道鉆孔機、炸藥、頂管和推力鉆機（英國隧道協會，2014）。然而，徹底的巖土工程調查對地下項目仍然至關重要，使隧道設計能夠在其運行壽命中保持穩定，并限制地面上的沉降，以避免破壞現有結構。 GDS設計并制造的巖土測試設備，可用于獲取對隧道設計和施工很重要的土和巖石的工程參數。這些系統包括允許研究地質材料的小應變剛度的系統，如彎曲元件和共振柱，以及提供大應變響應和強度參數的更傳統的系統，如三軸試驗系統。
隧道試驗標準
隧道試驗設備
GDSTAS – 自動三軸試驗系統  自動三軸試驗系統（GDSTAS）是一種基于荷載框架的三軸測試系統。該系統通過選擇一系列載荷框架、三軸壓力室、壓力控制器和軟件來進行配置。該系統可配置為一個多站商業測試設備，以及研究水平的高范圍巖石測試。如果現有的三軸系統需要升級，GDSTAS系統的部分可以與現有設備（包括其他制造商的設備）結合起來進行升級。可以從GDSTAS獲得典型的排水和不排水抗剪強度參數，如內摩擦角和粘聚力，以便在設計和建造新的地下空間時進行隧道穩定性評估。 自動三軸系統在隧道試驗中能模擬隧道施工中土體的復雜應力狀態，進行如固結排水、固結不排水等多種三軸試驗，以評估土體的力學特性及穩定性。通過精確的數據采集與分析，為隧道設計、施工監控及安全評估提供科學依據，確保隧道工程的安全與質量。 GDSTTS - 應力路徑三軸測試系統系  應力路徑三軸測試系統（GDSTTS）是一種主要為應力路徑測試而設計的全自動三軸測試系統。GDSTTS是基于經典的Bishop和Wesley型應力路徑三軸壓力室，它直接對土壤樣品施加軸向應力和徑向應力。在該系統中，可以將與堤壩材料的特定施工和操作順序相關的應力路徑應用于試樣，從而觀察到特有的土體響應，并相應地調整隧道設計。 應力路徑三軸測試系統能夠模擬隧道開挖過程中土體所經歷的復雜應力路徑變化，通過精確控制應力和應變條件，進行如UU、CU、CD等多種三軸試驗，深入評估土體的變形特性和強度變化。這些測試結果對于優化隧道設計方案、確保施工安全和穩定性具有重要意義。 GDSRCA - 共振柱試驗系統  共振柱儀（RCA）用于獲得中剪切應變范圍（<1 %）的剪切模量、楊氏模量和阻尼系數的值。這是通過使用電磁驅動系統來實現的，該系統對飽和和固結的圓柱形土壤樣品施加高頻（15-300Hz）的扭轉或彎曲循環載荷。注意，該系統還可以升級，以在2 Hz和低于頻率范圍內進行扭轉剪切試驗，允許觀察到完整的剪切應力-應變行為。從共振柱裝置獲得的參數允許進行先進的分析和數值響應分析，例如使用有限元或非線性分析方法，使隧道周圍或上方的土壤響應得到評估。 共振柱試驗系統基于共振原理，通過對圓柱形試樣施加動載荷，測求試樣的動彈性模量及阻尼比等參數。在隧道工程中，它有助于深入理解土體的動力特性，評估隧道開挖過程中土體的穩定性和變形特性。這一技術的應用，為隧道設計、施工及安全評估提供了重要的科學依據。 GDSBES - 彎曲元試驗系統
彎曲元系統（BES）能夠測量土壤的小應變剪切模量，當對隧道或其他地下空間周圍的土壤進行高級分析和數值響應分析時，這是一個重要的參數。該系統的獨特之處在于，它的設計是使彎曲元件測試可靠和易于執行，與一個信號硬件盒用于產生和記錄傳播的壓縮(P)和剪切(S)波。BES系統可以作為一個選項添加到大多數GDS實驗室測試系統，以及由其他制造商生產的實驗室系統。迄今為止，彎曲元已經安裝在三軸和共振柱系統中，以及固結、直接簡單剪切系統。 彎曲元試驗系統在隧道試驗中的應用主要體現在對隧道周圍巖土體力學特性的精細測試上。該系統通過測量巖土體在彎曲載荷下的響應，能夠評估其模量、剛度等關鍵參數。在隧道工程中，這些參數對于理解隧道的穩定性、預測變形和沉降至關重要。 GDSVIS – 虛擬無限剛度加載系統  虛擬無限剛度加載系統是GDS的首要荷載框架，荷載能力為250kN，或400kN。GDSVIS的加載框架比經典的加載框架剛性更高。這是為了更準確的測試較硬的樣品與更少的設備符合性。此外，每個GDSVIS都經過內部校準，允許自動自我補償。這種類型的框架是GDS所獨有的。當與三軸壓力室、壓力/體積控制器和數據采集相結合時，GDSVIS能夠確定典型的排水和不排水抗剪強度參數用于設計和建造新的地下空間時。 虛擬無限剛度加載系統能夠在隧道模擬試驗中提供高精度的加載控制，模擬隧道結構在極端或特定條件下的受力情況。該系統通過精密的力學設計和控制算法，實現加載力的快速響應和穩定輸出，確保試驗過程中的加載條件接近或達到“無限剛度”的理想狀態。 在隧道試驗中，虛擬無限剛度加載系統可以模擬隧道襯砌、圍巖等結構在開挖、支護等過程中的受力變化，評估隧道結構的承載能力和穩定性。通過實時監測和記錄加載過程中的各項參數，如應力、應變、位移等，研究人員可以深入分析隧道結構的力學行為，為隧道工程的設計、施工和運營提供科學依據。 ELDYN – 標準型動三軸試驗系統
標準型動三軸是一個入門級的動態三軸系統，基于一個軸向剛性負載框架與橫梁上安裝的電機作動器。ELDYN的設計旨在滿足巖土實驗室測試行業對更低成本、更基本的動態三軸測試系統的需求，但仍然符合客戶期望的GDS的非常先進的標準。這使得ELDYN能夠提供典型的排水和不排水抗剪強度參數，以及土體的動態循環響應，用于設計和建造新的地下空間。 標準型動三軸主要應用于隧道工程中的常規土工試驗，如模擬隧道開挖過程中的土體動力響應、評估隧道周邊土體的穩定性和變形特性等。它具備基本的動三軸試驗功能，能夠提供相對準確的土體動力參數，為隧道設計和施工提供基礎數據支持。 DYNTTS – 高級動態三軸測試系統  高級動態三軸測試系統（DYNTTS）是一款高端測試設備，它將三軸壓力室與動態作動器相結合，能夠在高達10Hz的頻率下施加循環載荷、變形和應力。壓力室本身由容納電機驅動器的一體式基座單元螺旋驅動。軸向載荷和變形通過壓力室的底座施加。該系統可以與動態壓力室壓力作動器相結合，使得壓力室壓力也可以動態施加直到系統的設計頻率（即2Hz、5Hz或10Hz）。這些特性使得DYNTTS能夠提供典型的排水和不排水抗剪強度參數，以及土體的動態循環響應，用于設計和建造新的地下空間。 科研級動三軸則更側重于隧道工程中的復雜問題和前沿研究。其高精度、高穩定性和多功能性使其能夠模擬更復雜的振動條件和土體行為，如高頻振動、多向振動等。科研級動三軸在隧道抗震、抗液化、長期穩定性研究等方面發揮著重要作用，為隧道工程的安全性和耐久性提供深入的科學依據。同時，它還能夠進行定制化的試驗設計，滿足特殊研究需求。 GDSTTA – 真三軸試驗系統  真三軸試驗系統與傳統的三軸裝置不同，所有三個主應力都可以獨立控制，而不是在傳統的三軸系統中只控制兩個。這允許執行更廣泛的復雜應力路徑。該動態循環系統由先進的電機作動器或可選的液壓作動器提供動力，是一個極其復雜的研究工具。垂直軸和一個水平軸通過動態驅動器（軸1和軸2）加載，通過壓力室壓力為第二水平軸（軸3）提供應力控制。總之，GDSTTA可用于對土壤樣品應用廣泛的應力路徑，包括那些在設計和建造新的地下空間時使用的相關應力路徑。 真三軸在隧道試驗中的應用至關重要。它能夠模擬隧道開挖過程中土體在三個方向上的真實受力狀態，通過獨立控制X、Y、Z三個方向的應力加載，評估土體的力學特性和穩定性。這一系統為隧道工程的設計、施工及安全評估提供了精確的數據支持，有助于優化隧道結構，提高工程的安全性和耐久性。在巖土工程和地下工程領域，真三軸試驗已成為不可或缺的研究手段。 ETAS – 自動環境三軸系統  自動環境三軸系統（ETAS）是一種基于溫度控制的荷載框架的三軸測試系統。主要功能包括：凍土測試、天然氣水合物測試、高壓測試和高、低溫測試。-20℃的冷卻系統為凍土試驗提供了理想的條件。其高壓測試能力（高達100MPa）和低溫為氣體水合物測試提供了理想的環境。該系統還可選擇僅加熱系統。這些方案使ETAS能夠在一定溫度和限制壓力范圍內進行三軸試驗，并提供典型的排水和不排水抗剪強度參數并為在設計和建造新的地下空間時提供典型的排水和不排水的抗切強度參數。 該系統能夠模擬隧道開挖及運營過程中土體在不同環境條件下的真實受力狀態，如溫度、濕度、壓力等。通過自動化控制和數據采集，它能夠實時監測土體的力學響應和變形特性，為隧道工程的設計、施工及后期維護提供科學依據。自動環境三軸系統的高精度和多功能性，使其在隧道工程領域具有重要的應用價值。 ETTS – 應力路徑環境三軸試驗系統  應力路徑環境三軸測試系統（ETTS）是一個用于應力路徑測試的溫度控制測試系統。主要功能包括：凍土測試、天然氣水合物測試、高壓測試和高、低溫測試。-20℃的冷卻系統為凍土試驗提供了理想的條件。其高壓測試能力（高達100MPa）和低溫為氣體水合物測試提供了理想的環境。該系統還可選擇僅加熱系統。這些方案使ETAS能夠在一定溫度和限制壓力范圍內進行三軸試驗，并提供典型的排水和不排水抗剪強度參數，并為在設計和建造新的地下空間時提供典型的排水和不排水的抗切強度參數。 應力路徑環境三軸測試系統不僅能模擬隧道開挖過程中土體的復雜應力路徑變化，還能同時考慮環境因素（如溫度、濕度）對土體特性的影響。通過精確控制應力路徑和環境條件，系統能夠全面評估隧道土體的力學響應和穩定性，為隧道設計、施工及安全評估提供可靠數據支持。 ST-RTS – 靜態巖石三軸測試系統  靜態巖石三軸測試系統（ST-RTS）是一個三軸系統，使用被動三軸壓力室和剛性荷載框架，荷載高達1MN。當使用該系統時，三軸壓力室限制壓力最高可達70MPa。ST-RTS施加高負荷和壓力的能力，使該系統能夠確定巖石試樣的強度和變形參數作為新地下空間設計和施工的一部分。 該系統能夠模擬隧道開挖及支護過程中巖石在三個方向上的真實受力狀態，通過施加不同大小的圍壓和軸壓，測試巖石的抗壓強度、變形特性及破壞模式。這一測試為隧道工程的設計、施工及穩定性評估提供了重要依據，有助于預測隧道圍巖的變形趨勢，優化支護結構設計，確保隧道施工和運營的安全穩定。 DT-RTS – 動態巖石三軸測試系統
動態巖石三軸測試系統（DT-RTS）是一個動態三軸系統，設計荷載高達450kN，加載頻率高達20Hz。使用動態作動器以確保三軸壓力室壓力得到持續控制，該系統可達到高達70MPa的三軸壓力室壓力。DT-RTS動態應用高負荷和壓力的能力，使該系統能夠確定巖石試樣的強度和變形參數，可以幫助設計和施工新的地下空間。 該系統能夠模擬隧道掘進過程中巖石所承受的復雜動態應力狀態，包括不同方向上的振動、沖擊等。通過測試，可以獲取巖石在動態加載條件下的強度、變形、破壞模式等關鍵參數，為隧道工程的設計、施工及安全評估提供科學依據。 GDSAV – 聲速傳感器  聲速傳感器用于測量試樣內的P波和S波速度。在某些情況下，傳感器可以安裝在底座和頂蓋上，或安裝在試樣的兩側，以便在多個方向上測量聲波速度。在設計和建造新的地下空間時，經常需要這樣的小應變信息。 聲速傳感器利用超聲波在介質中的傳播速度來測量和評估隧道結構及其周圍巖土體的物理力學性質。在隧道工程中，聲速傳感器可用于檢測隧道襯砌混凝土的強度、監測隧道壁的位移以及分析隧道內部結構的完整性。通過測量超聲波在隧道材料中的傳播速度，可以評估材料的密實度、強度等關鍵參數，為隧道的設計、施工和長期維護提供重要依據。此外，聲速傳感器還具有無損檢測的優點，能夠在不破壞隧道結構的情況下進行實時、連續的監測。 HARRCA – 哈丁共振柱試驗系統  哈丁共振柱裝置（HARRCA）是一個系統，允許樣品在保持各向異性載荷的同時進行各向異性測試。這是通過一個細長的、薄壁的加載柱通過驅動系統到達頂蓋來實現的。GDS哈丁振蕩器包含一個電磁驅動系統，包括精密卷繞線圈和復合燒結釹鐵硼（NdFeB）“稀土”磁鐵。該裝置可以安裝在一個具有完整的軸向力執行器的獨立系統中，或作為一個集成到現有載荷框架的單元。HARRCA為土壤樣品提供G和D曲線，是設計和建造新的地下空間的有用工具。 哈丁共振柱可實現對土動力特性的精確測試。該設備通過共振原理，對隧道周邊土樣施加周期性振動，測定其共振頻率及相應參數，進而計算出土的動彈性模量、阻尼比等關鍵指標。這些參數對于評估隧道開挖過程中土體的穩定性、預測變形及沉降具有重要意義。 GDSAOS – 自動固結試驗系統  自動固結儀GDSAOS是傳統懸重固結儀的現代替代品。具有一個獨立的步進電機驅動單元，可以使用其智能鍵盤控制，也可以從個人PC端使用USB接口控制。不要求使用壓縮空氣或手動放置重量。當與GDSLAB控制和數據采集軟件一起使用時，GDSAOS可以用于一系列完整的測試，超出了懸重固結儀可以執行的那些測試。這包括確定在設計和建造新的地下空間時有用的加固參數。 能夠自動施加垂直壓力于隧道周圍土樣，并實時監測土樣在壓力作用下的體積變化，從而精確測定土樣的固結特性和固結系數。這一特性使得自動固結儀在評估隧道開挖后土體的穩定性和預測長期沉降方面具有重要意義。 GDSCTS – 高級固結試驗系統  固結儀GDSCTS是一種最先進的、為土體設計的全自動固結試驗系統。該系統基于Rowe和Barden型固結壓力室，使用來自高級、標準或商業型的GDS壓力/體積控制器。其中兩個壓力控制器連接到計算機，一個用于軸向應力和軸向位移控制，另一個用于反壓。這種功能使GDSCTS能夠確定在設計和建造新的地下空間時有用的固結參數，包括滲透率（增加一個壓力/體積控制器）。 高級液壓固結儀進一步提升了隧道試驗的精度和靈活性。它不僅具備自動固結儀的基本功能，還能通過液壓系統實現更精細的壓力控制和更復雜的加載路徑模擬。這使得高級液壓固結儀在隧道試驗中能夠更準確地模擬開挖過程中土體的受力情況，為隧道設計和施工提供更加可靠的數據支持。 GDSCRS – 恒應變速率固結試驗系統  恒應變速率固結儀主要為希望減少完成固結測試所需時間的高級商業測試實驗室設計。CRS使用一個新的GDS或現有的荷載框架來代替一個三軸壓力室。基于荷載框架的一維固結單元能夠施加反壓，并測量高達1MPa（低壓版本）或20MPa（高壓版本）的孔隙壓力。總的來說，CRS系統允許在設計和建造新的地下空間時快速和準確地確定有用的整合參數。 恒應變速率固結儀（CRS）在隧道試驗中展現了獨特的優勢。它能夠以恒定的應變速率對隧道周圍土樣施加軸向荷載，從而顯著縮短固結試驗的時間，提高工作效率。CRS固結儀還能在試驗過程中保持反壓（水）的可控性，并通過設備底座進行排水，確保試驗結果的準確性。這一特性使得CRS固結儀在隧道工程的快速評估和應急響應中具有重要意義。 GDSLADS - 大型自動直剪系統 (300mm)  大型自動直接剪切系統是一種機電直接剪切測試裝置，用于尺寸高達300mm的試件。 該系統能夠模擬隧道開挖過程中土體與結構界面的復雜剪切作用，通過高精度伺服電機施加水平和垂直荷載，實時監測并記錄剪切力和位移變化。它可用于評估隧道襯砌與周圍土體的相互作用，預測滑坡風險，優化支護設計，確保隧道施工及運營過程中的安全性和穩定性。 HPBPS - 高壓反壓直剪儀
高壓反壓直剪儀是GDSBPS的高壓版本。可在試樣上施加高達100kN的正常和剪切載荷，背壓可達10MPa。 高壓反壓直剪儀能夠模擬隧道開挖過程中，土體與隧道結構界面在高壓和復雜應力狀態下的剪切行為。該儀器通過施加垂直壓力和水平剪切力，同時控制反壓力以模擬地下水壓等環境因素，實時監測并記錄剪切過程中的應力、應變及位移變化。這有助于評估隧道襯砌與周圍土體的剪切強度、穩定性及耐久性，為隧道的設計、施工及后期維護提供關鍵數據支持，確保隧道工程的安全性和長期穩定性。
AUTOTRIAXQube – 一體式應力路徑三軸儀  新的AUTOTRIAX Qube是一款一體式應力路徑三軸儀試驗系統，它將三軸測試的許多組件集成到一套緊湊的系統中。設計使得三軸試驗比以前更加容易，AUTOTRIAXQube 適用于很多實驗室，可進一步提升已有的測試能力。 一體式應力路徑三軸儀在隧道試驗中具有重要應用。它能模擬隧道施工及運營過程中土體的復雜應力狀態，通過精確控制應力路徑，研究土體的變形、強度和穩定性。此儀器可自動進行高級土工試驗，如應力路徑測試、低頻循環加載等，有效分析隧道開挖對周圍土體的影響，為隧道工程的設計、施工及安全評估提供可靠依據。 ACE EmS – 自動固結儀  ACE EmS固結儀是一款多功能、全自動的土體固結測試系統，得益于新型的低維護、高效和環保的機電伺服驅動(EmS)技術。無噪音、緊湊、高性能的ACE EmS可以通過我們獨創的軟件運行，該軟件可以用一臺電腦連接多達60臺設備，使您能夠逐步、無縫地擴展您的實驗室。 ACE EmS固結儀在隧道試驗中的應用主要體現在對隧道周圍土體的固結特性研究上。它能模擬隧道開挖過程中土體的受力狀態，通過精確測量和記錄土體的固結過程，評估土體的壓縮性和穩定性，為隧道工程的設計、施工及后期維護提供重要的參考數據。 彎曲元測試系統  彎曲元測試系統，用于測量土體的最大剪切模量(Gmax)。彎曲元系統可以通過測量土體的最大剪切模量(Gmax)來評估其剛度—通常使用的剪應變水平可達0.001% —Gmax 在小應變動態分析中是一個關鍵參數，用于地震、爆炸或機器和交通振動期間預測土體或土體結構的相互作用。 彎曲元測試系統在隧道試驗中的應用主要體現在對隧道周圍巖土體特性的無損檢測上。該系統通過發射和接收剪切波或壓縮波，測量波在巖土體中的傳播速度，進而推算巖土體的彈性模量和剪切模量。這有助于評估隧道施工對周圍巖土體的影響，確保隧道結構的安全穩定。其無損檢測特性使得在隧道現場和實驗室中都能方便使用。
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