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隧道和其他地下结构已经使用了数千年，并由于一些社会、经济和环境的原因继续建造。这些措施包括利用繁忙的市中心的地下空间，将重要设施与恶劣天气和自然灾害隔离起来,或为城市居民提供饮用水或废水的进出通道(ITA-AITES, 2014)。 隧道工程技术的进步导致许多技术被用于建造地下空间，包括使用隧道钻孔机、炸药、顶管和推力钻机（英国隧道协会，2014）。然而，彻底的岩土工程调查对地下项目仍然至关重要，使隧道设计能够在其运行寿命中保持稳定，并限制地面上的沉降，以避免破坏现有结构。 GDS设计并制造的岩土测试设备，可用于获取对隧道设计和施工很重要的土和岩石的工程参数。这些系统包括允许研究地质材料的小应变刚度的系统，如弯曲元件和共振柱，以及提供大应变响应和强度参数的更传统的系统，如三轴试验系统。
隧道试验标准
隧道试验设备
GDSTAS – 自动三轴试验系统  自动三轴试验系统（GDSTAS）是一种基于荷载框架的三轴测试系统。该系统通过选择一系列载荷框架、三轴压力室、压力控制器和软件来进行配置。该系统可配置为一个多站商业测试设备，以及研究水平的高范围岩石测试。如果现有的三轴系统需要升级，GDSTAS系统的部分可以与现有设备（包括其他制造商的设备）结合起来进行升级。可以从GDSTAS获得典型的排水和不排水抗剪强度参数，如内摩擦角和粘聚力，以便在设计和建造新的地下空间时进行隧道稳定性评估。 自动三轴系统在隧道试验中能模拟隧道施工中土体的复杂应力状态，进行如固结排水、固结不排水等多种三轴试验，以评估土体的力学特性及稳定性。通过精确的数据采集与分析，为隧道设计、施工监控及安全评估提供科学依据，确保隧道工程的安全与质量。 GDSTTS - 应力路径三轴测试系统系  应力路径三轴测试系统（GDSTTS）是一种主要为应力路径测试而设计的全自动三轴测试系统。GDSTTS是基于经典的Bishop和Wesley型应力路径三轴压力室，它直接对土壤样品施加轴向应力和径向应力。在该系统中，可以将与堤坝材料的特定施工和操作顺序相关的应力路径应用于试样，从而观察到特有的土体响应，并相应地调整隧道设计。 应力路径三轴测试系统能够模拟隧道开挖过程中土体所经历的复杂应力路径变化，通过精确控制应力和应变条件，进行如UU、CU、CD等多种三轴试验，深入评估土体的变形特性和强度变化。这些测试结果对于优化隧道设计方案、确保施工安全和稳定性具有重要意义。 GDSRCA - 共振柱试验系统  共振柱仪（RCA）用于获得中剪切应变范围（<1 %）的剪切模量、杨氏模量和阻尼系数的值。这是通过使用电磁驱动系统来实现的，该系统对饱和和固结的圆柱形土壤样品施加高频（15-300Hz）的扭转或弯曲循环载荷。注意，该系统还可以升级，以在2 Hz和低于频率范围内进行扭转剪切试验，允许观察到完整的剪切应力-应变行为。从共振柱装置获得的参数允许进行先进的分析和数值响应分析，例如使用有限元或非线性分析方法，使隧道周围或上方的土壤响应得到评估。 共振柱试验系统基于共振原理，通过对圆柱形试样施加动载荷，测求试样的动弹性模量及阻尼比等参数。在隧道工程中，它有助于深入理解土体的动力特性，评估隧道开挖过程中土体的稳定性和变形特性。这一技术的应用，为隧道设计、施工及安全评估提供了重要的科学依据。 GDSBES - 弯曲元试验系统
弯曲元系统（BES）能够测量土壤的小应变剪切模量，当对隧道或其他地下空间周围的土壤进行高级分析和数值响应分析时，这是一个重要的参数。该系统的独特之处在于，它的设计是使弯曲元件测试可靠和易于执行，与一个信号硬件盒用于产生和记录传播的压缩(P)和剪切(S)波。BES系统可以作为一个选项添加到大多数GDS实验室测试系统，以及由其他制造商生产的实验室系统。迄今为止，弯曲元已经安装在三轴和共振柱系统中，以及固结、直接简单剪切系统。 弯曲元试验系统在隧道试验中的应用主要体现在对隧道周围岩土体力学特性的精细测试上。该系统通过测量岩土体在弯曲载荷下的响应，能够评估其模量、刚度等关键参数。在隧道工程中，这些参数对于理解隧道的稳定性、预测变形和沉降至关重要。 GDSVIS – 虚拟无限刚度加载系统  虚拟无限刚度加载系统是GDS的首要荷载框架，荷载能力为250kN，或400kN。GDSVIS的加载框架比经典的加载框架刚性更高。这是为了更准确的测试较硬的样品与更少的设备符合性。此外，每个GDSVIS都经过内部校准，允许自动自我补偿。这种类型的框架是GDS所独有的。当与三轴压力室、压力/体积控制器和数据采集相结合时，GDSVIS能够确定典型的排水和不排水抗剪强度参数用于设计和建造新的地下空间时。 虚拟无限刚度加载系统能够在隧道模拟试验中提供高精度的加载控制，模拟隧道结构在极端或特定条件下的受力情况。该系统通过精密的力学设计和控制算法，实现加载力的快速响应和稳定输出，确保试验过程中的加载条件接近或达到“无限刚度”的理想状态。 在隧道试验中，虚拟无限刚度加载系统可以模拟隧道衬砌、围岩等结构在开挖、支护等过程中的受力变化，评估隧道结构的承载能力和稳定性。通过实时监测和记录加载过程中的各项参数，如应力、应变、位移等，研究人员可以深入分析隧道结构的力学行为，为隧道工程的设计、施工和运营提供科学依据。 ELDYN – 标准型动三轴试验系统
标准型动三轴是一个入门级的动态三轴系统，基于一个轴向刚性负载框架与横梁上安装的电机作动器。ELDYN的设计旨在满足岩土实验室测试行业对更低成本、更基本的动态三轴测试系统的需求，但仍然符合客户期望的GDS的非常先进的标准。这使得ELDYN能够提供典型的排水和不排水抗剪强度参数，以及土体的动态循环响应，用于设计和建造新的地下空间。 标准型动三轴主要应用于隧道工程中的常规土工试验，如模拟隧道开挖过程中的土体动力响应、评估隧道周边土体的稳定性和变形特性等。它具备基本的动三轴试验功能，能够提供相对准确的土体动力参数，为隧道设计和施工提供基础数据支持。 DYNTTS – 高级动态三轴测试系统  高级动态三轴测试系统（DYNTTS）是一款高端测试设备，它将三轴压力室与动态作动器相结合，能够在高达10Hz的频率下施加循环载荷、变形和应力。压力室本身由容纳电机驱动器的一体式基座单元螺旋驱动。轴向载荷和变形通过压力室的底座施加。该系统可以与动态压力室压力作动器相结合，使得压力室压力也可以动态施加直到系统的设计频率（即2Hz、5Hz或10Hz）。这些特性使得DYNTTS能够提供典型的排水和不排水抗剪强度参数，以及土体的动态循环响应，用于设计和建造新的地下空间。 科研级动三轴则更侧重于隧道工程中的复杂问题和前沿研究。其高精度、高稳定性和多功能性使其能够模拟更复杂的振动条件和土体行为，如高频振动、多向振动等。科研级动三轴在隧道抗震、抗液化、长期稳定性研究等方面发挥着重要作用，为隧道工程的安全性和耐久性提供深入的科学依据。同时，它还能够进行定制化的试验设计，满足特殊研究需求。 GDSTTA – 真三轴试验系统  真三轴试验系统与传统的三轴装置不同，所有三个主应力都可以独立控制，而不是在传统的三轴系统中只控制两个。这允许执行更广泛的复杂应力路径。该动态循环系统由先进的电机作动器或可选的液压作动器提供动力，是一个极其复杂的研究工具。垂直轴和一个水平轴通过动态驱动器（轴1和轴2）加载，通过压力室压力为第二水平轴（轴3）提供应力控制。总之，GDSTTA可用于对土壤样品应用广泛的应力路径，包括那些在设计和建造新的地下空间时使用的相关应力路径。 真三轴在隧道试验中的应用至关重要。它能够模拟隧道开挖过程中土体在三个方向上的真实受力状态，通过独立控制X、Y、Z三个方向的应力加载，评估土体的力学特性和稳定性。这一系统为隧道工程的设计、施工及安全评估提供了精确的数据支持，有助于优化隧道结构，提高工程的安全性和耐久性。在岩土工程和地下工程领域，真三轴试验已成为不可或缺的研究手段。 ETAS – 自动环境三轴系统  自动环境三轴系统（ETAS）是一种基于温度控制的荷载框架的三轴测试系统。主要功能包括：冻土测试、天然气水合物测试、高压测试和高、低温测试。-20℃的冷却系统为冻土试验提供了理想的条件。其高压测试能力（高达100MPa）和低温为气体水合物测试提供了理想的环境。该系统还可选择仅加热系统。这些方案使ETAS能够在一定温度和限制压力范围内进行三轴试验，并提供典型的排水和不排水抗剪强度参数并为在设计和建造新的地下空间时提供典型的排水和不排水的抗切强度参数。 该系统能够模拟隧道开挖及运营过程中土体在不同环境条件下的真实受力状态，如温度、湿度、压力等。通过自动化控制和数据采集，它能够实时监测土体的力学响应和变形特性，为隧道工程的设计、施工及后期维护提供科学依据。自动环境三轴系统的高精度和多功能性，使其在隧道工程领域具有重要的应用价值。 ETTS – 应力路径环境三轴试验系统  应力路径环境三轴测试系统（ETTS）是一个用于应力路径测试的温度控制测试系统。主要功能包括：冻土测试、天然气水合物测试、高压测试和高、低温测试。-20℃的冷却系统为冻土试验提供了理想的条件。其高压测试能力（高达100MPa）和低温为气体水合物测试提供了理想的环境。该系统还可选择仅加热系统。这些方案使ETAS能够在一定温度和限制压力范围内进行三轴试验，并提供典型的排水和不排水抗剪强度参数，并为在设计和建造新的地下空间时提供典型的排水和不排水的抗切强度参数。 应力路径环境三轴测试系统不仅能模拟隧道开挖过程中土体的复杂应力路径变化，还能同时考虑环境因素（如温度、湿度）对土体特性的影响。通过精确控制应力路径和环境条件，系统能够全面评估隧道土体的力学响应和稳定性，为隧道设计、施工及安全评估提供可靠数据支持。 ST-RTS – 静态岩石三轴测试系统  静态岩石三轴测试系统（ST-RTS）是一个三轴系统，使用被动三轴压力室和刚性荷载框架，荷载高达1MN。当使用该系统时，三轴压力室限制压力最高可达70MPa。ST-RTS施加高负荷和压力的能力，使该系统能够确定岩石试样的强度和变形参数作为新地下空间设计和施工的一部分。 该系统能够模拟隧道开挖及支护过程中岩石在三个方向上的真实受力状态，通过施加不同大小的围压和轴压，测试岩石的抗压强度、变形特性及破坏模式。这一测试为隧道工程的设计、施工及稳定性评估提供了重要依据，有助于预测隧道围岩的变形趋势，优化支护结构设计，确保隧道施工和运营的安全稳定。 DT-RTS – 动态岩石三轴测试系统
动态岩石三轴测试系统（DT-RTS）是一个动态三轴系统，设计荷载高达450kN，加载频率高达20Hz。使用动态作动器以确保三轴压力室压力得到持续控制，该系统可达到高达70MPa的三轴压力室压力。DT-RTS动态应用高负荷和压力的能力，使该系统能够确定岩石试样的强度和变形参数，可以帮助设计和施工新的地下空间。 该系统能够模拟隧道掘进过程中岩石所承受的复杂动态应力状态，包括不同方向上的振动、冲击等。通过测试，可以获取岩石在动态加载条件下的强度、变形、破坏模式等关键参数，为隧道工程的设计、施工及安全评估提供科学依据。 GDSAV – 声速传感器  声速传感器用于测量试样内的P波和S波速度。在某些情况下，传感器可以安装在底座和顶盖上，或安装在试样的两侧，以便在多个方向上测量声波速度。在设计和建造新的地下空间时，经常需要这样的小应变信息。 声速传感器利用超声波在介质中的传播速度来测量和评估隧道结构及其周围岩土体的物理力学性质。在隧道工程中，声速传感器可用于检测隧道衬砌混凝土的强度、监测隧道壁的位移以及分析隧道内部结构的完整性。通过测量超声波在隧道材料中的传播速度，可以评估材料的密实度、强度等关键参数，为隧道的设计、施工和长期维护提供重要依据。此外，声速传感器还具有无损检测的优点，能够在不破坏隧道结构的情况下进行实时、连续的监测。 HARRCA – 哈丁共振柱试验系统  哈丁共振柱装置（HARRCA）是一个系统，允许样品在保持各向异性载荷的同时进行各向异性测试。这是通过一个细长的、薄壁的加载柱通过驱动系统到达顶盖来实现的。GDS哈丁振荡器包含一个电磁驱动系统，包括精密卷绕线圈和复合烧结钕铁硼（NdFeB）“稀土”磁铁。该装置可以安装在一个具有完整的轴向力执行器的独立系统中，或作为一个集成到现有载荷框架的单元。HARRCA为土壤样品提供G和D曲线，是设计和建造新的地下空间的有用工具。 哈丁共振柱可实现对土动力特性的精确测试。该设备通过共振原理，对隧道周边土样施加周期性振动，测定其共振频率及相应参数，进而计算出土的动弹性模量、阻尼比等关键指标。这些参数对于评估隧道开挖过程中土体的稳定性、预测变形及沉降具有重要意义。 GDSAOS – 自动固结试验系统  自动固结仪GDSAOS是传统悬重固结仪的现代替代品。具有一个独立的步进电机驱动单元，可以使用其智能键盘控制，也可以从个人PC端使用USB接口控制。不要求使用压缩空气或手动放置重量。当与GDSLAB控制和数据采集软件一起使用时，GDSAOS可以用于一系列完整的测试，超出了悬重固结仪可以执行的那些测试。这包括确定在设计和建造新的地下空间时有用的加固参数。 能够自动施加垂直压力于隧道周围土样，并实时监测土样在压力作用下的体积变化，从而精确测定土样的固结特性和固结系数。这一特性使得自动固结仪在评估隧道开挖后土体的稳定性和预测长期沉降方面具有重要意义。 GDSCTS – 高级固结试验系统  固结仪GDSCTS是一种最先进的、为土体设计的全自动固结试验系统。该系统基于Rowe和Barden型固结压力室，使用来自高级、标准或商业型的GDS压力/体积控制器。其中两个压力控制器连接到计算机，一个用于轴向应力和轴向位移控制，另一个用于反压。这种功能使GDSCTS能够确定在设计和建造新的地下空间时有用的固结参数，包括渗透率（增加一个压力/体积控制器）。 高级液压固结仪进一步提升了隧道试验的精度和灵活性。它不仅具备自动固结仪的基本功能，还能通过液压系统实现更精细的压力控制和更复杂的加载路径模拟。这使得高级液压固结仪在隧道试验中能够更准确地模拟开挖过程中土体的受力情况，为隧道设计和施工提供更加可靠的数据支持。 GDSCRS – 恒应变速率固结试验系统  恒应变速率固结仪主要为希望减少完成固结测试所需时间的高级商业测试实验室设计。CRS使用一个新的GDS或现有的荷载框架来代替一个三轴压力室。基于荷载框架的一维固结单元能够施加反压，并测量高达1MPa（低压版本）或20MPa（高压版本）的孔隙压力。总的来说，CRS系统允许在设计和建造新的地下空间时快速和准确地确定有用的整合参数。 恒应变速率固结仪（CRS）在隧道试验中展现了独特的优势。它能够以恒定的应变速率对隧道周围土样施加轴向荷载，从而显著缩短固结试验的时间，提高工作效率。CRS固结仪还能在试验过程中保持反压（水）的可控性，并通过设备底座进行排水，确保试验结果的准确性。这一特性使得CRS固结仪在隧道工程的快速评估和应急响应中具有重要意义。 GDSLADS - 大型自动直剪系统 (300mm)  大型自动直接剪切系统是一种机电直接剪切测试装置，用于尺寸高达300mm的试件。 该系统能够模拟隧道开挖过程中土体与结构界面的复杂剪切作用，通过高精度伺服电机施加水平和垂直荷载，实时监测并记录剪切力和位移变化。它可用于评估隧道衬砌与周围土体的相互作用，预测滑坡风险，优化支护设计，确保隧道施工及运营过程中的安全性和稳定性。 HPBPS - 高压反压直剪仪
高压反压直剪仪是GDSBPS的高压版本。可在试样上施加高达100kN的正常和剪切载荷，背压可达10MPa。 高压反压直剪仪能够模拟隧道开挖过程中，土体与隧道结构界面在高压和复杂应力状态下的剪切行为。该仪器通过施加垂直压力和水平剪切力，同时控制反压力以模拟地下水压等环境因素，实时监测并记录剪切过程中的应力、应变及位移变化。这有助于评估隧道衬砌与周围土体的剪切强度、稳定性及耐久性，为隧道的设计、施工及后期维护提供关键数据支持，确保隧道工程的安全性和长期稳定性。
AUTOTRIAXQube – 一体式应力路径三轴仪  新的AUTOTRIAX Qube是一款一体式应力路径三轴仪试验系统，它将三轴测试的许多组件集成到一套紧凑的系统中。设计使得三轴试验比以前更加容易，AUTOTRIAXQube 适用于很多实验室，可进一步提升已有的测试能力。 一体式应力路径三轴仪在隧道试验中具有重要应用。它能模拟隧道施工及运营过程中土体的复杂应力状态，通过精确控制应力路径，研究土体的变形、强度和稳定性。此仪器可自动进行高级土工试验，如应力路径测试、低频循环加载等，有效分析隧道开挖对周围土体的影响，为隧道工程的设计、施工及安全评估提供可靠依据。 ACE EmS – 自动固结仪  ACE EmS固结仪是一款多功能、全自动的土体固结测试系统，得益于新型的低维护、高效和环保的机电伺服驱动(EmS)技术。无噪音、紧凑、高性能的ACE EmS可以通过我们独创的软件运行，该软件可以用一台电脑连接多达60台设备，使您能够逐步、无缝地扩展您的实验室。 ACE EmS固结仪在隧道试验中的应用主要体现在对隧道周围土体的固结特性研究上。它能模拟隧道开挖过程中土体的受力状态，通过精确测量和记录土体的固结过程，评估土体的压缩性和稳定性，为隧道工程的设计、施工及后期维护提供重要的参考数据。 弯曲元测试系统  弯曲元测试系统，用于测量土体的最大剪切模量(Gmax)。弯曲元系统可以通过测量土体的最大剪切模量(Gmax)来评估其刚度—通常使用的剪应变水平可达0.001% —Gmax 在小应变动态分析中是一个关键参数，用于地震、爆炸或机器和交通振动期间预测土体或土体结构的相互作用。 弯曲元测试系统在隧道试验中的应用主要体现在对隧道周围岩土体特性的无损检测上。该系统通过发射和接收剪切波或压缩波，测量波在岩土体中的传播速度，进而推算岩土体的弹性模量和剪切模量。这有助于评估隧道施工对周围岩土体的影响，确保隧道结构的安全稳定。其无损检测特性使得在隧道现场和实验室中都能方便使用。
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