目前，非饱和土直剪仪多数通过轴平移技术控制吸力（Fredlund和Morgestern，1978；Escario和Saez，1986；Gan等，1988；Vanapalli等，1996）。以下列举几个典型的非饱和土直剪仪。如图4.5所示为新加坡南洋理工大学的非饱和土直剪仪及结构示意图（Melinda等，2004）。图中方形外框为可加气压的压力容器，直剪盒放置在压力容器底座上。直剪盒基座上表面设置有环形凹槽，用于冲刷气泡，陶土板下表面紧贴凹槽面，上表面与试样紧密接触。数字式压力体积控制器（Digital Pressure Volume Controller，DPVC）用来控制陶土板下水室的水压。气压室内有两个荷载传感器，分别测量竖向和水平向的应力。直剪盒的上盒位置固定，与水平向荷载传感器相连。水平位移由加载齿轮或荷载驱动器施加。土样的竖向和水平向位移由线性可变差分传感器（Linear Variable Differential Transducer，LVDT）量测。
图4.5 非饱和土直剪仪（新加坡南洋理工大学，Melinda等，2004）
如图4.6（a）所示为日本神户大学Kim等（2013）研发的饱和/非饱和土直剪仪的实物图，图4.6（b）为构造示意图。试验过程中的剪应力、竖向应力、水平和竖向位移、排水体积和剪切率均由电脑记录。该直剪仪适用于饱和土样和非饱和土样，这归功于对剪切基座的巧妙设计。将500kPa进气值的陶土板和铝制金属多孔板做成半圆形嵌入基座的底板中，如图4.6（c）所示，另外，所用Teflon薄片用来减小上下剪切盒的接触摩擦。在试样顶面放置多孔板，可以使施加的气压均匀分布。气压室外壁采用透明亚克力材料，最大承压力为1MPa。水平剪切荷载通过马达施加于剪切盒基座，4个螺栓用来固定剪切盒的上盒。使用LVDT量测试样竖向位移的变化，使用Belloframe气缸施加竖向荷载（最大1MPa），使用差压传感器或双滴定管测量孔隙水压或排水体积。
图4.6 饱和/非饱和土直剪仪（日本神户大学，Kim等，2013）
国内，陈正汉等于1994年研制出一台非饱和土直剪仪，之后又对其进行改进，于2001年5月，与江苏省溧阳工程实验设备厂合作，成功研制了国内第一台非饱和土直剪仪，如图4.7所示（陈正汉等，2004）。该仪器主要由台架、气压室、剪切盒、竖向加载装置、水平剪力加载系统、排水系统、应力和位移量测系统等部件组成。其中，竖向加载采用杠杆式加载装置，水平剪力加载系统备有15档剪切速率，荷重传感器内置，提高了量测精度。(www.xing528.com)
图4.7 非饱和土直剪仪及结构示意图（陈正汉等，2004）
针对非饱和土直剪试验的特殊性要求，下剪切盒底座上刻有螺旋槽，装有高进气值陶土板。同时，增设了气压室和气压调控装置。该直剪仪能独立控制（或量测）总应力、孔隙水压和孔隙气压。气压的存在要求某些部件必须具有良好的密封性能，特别要确保运动部件与气压室的密封性。气压室底座与容器罩两部分用粗螺纹连接，并用O型圈密封。水平推力活塞杆及竖向压力活塞杆与气压室之间均采用滚动隔膜密封。
该仪器可进行以下试验：①控制基质吸力和竖向净正应力为常数的固结排水剪切试验；②控制气压力的固结不排水剪切试验；③控制气压力的不固结不排水剪切试验；④排气不排水剪切试验。
以上介绍的非饱和土直剪仪是基于轴平移技术设计的。Romero（1999）、Hoyos等（2008）指出在使用该技术时土体中水蒸气会转化为气压，而且提高压力会使陶土板底部产生气泡聚积的问题。另外，对饱和度较高的土体，气相不连续，轴平移技术不适合。Caruso和Tarantino（2004）对常规直剪仪的剪切盒进行改进，如图4.8所示，在加压板上打孔，放置两个高量程张力计，可量测固结和剪切过程中试样的基质吸力。装样后将剪切盒周围密封，确保试验过程中试样的含水率保持不变。通过该装置可以得到不同饱和状态土样的抗剪强度随饱和度和吸力的变化规律。
图4.8 可量测吸力的不排水直剪仪的剪切盒示意图（Caruso和Tarantino，2004）
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