为了保证建筑和工程设施的安全和正常使用，经济合理地进行土木工程设计，必须研究土的力学性状及其与建筑物相互作用的力学过程。土工试验的目的就是测试土的物理性质指标和力学性能指标，为工程设计及数值计算提供合理的土的力学参数，进而对工程问题进行研究分析及预测。平面应变试验则是土工试验的一种，它是用来模拟工程实践中的土处于平面应变受力状态的试验。此外，平面应变试验更容易进行土的局部化变形、剪切带生成机理等问题的研究，为更全面的研究土的力学性质提供有效的工具。研究表明，土的变形是孔隙应变和土颗粒的滑移、破碎等形式共同作用的效果。如果能从试验中获得土颗粒滑移、破碎的变化规律，那么就可以借助于孔隙介质力学的方法来分析土体的应力应变特性，这与目前土力学研究中所应用的连续介质力学理论是有明显区别的，且更为合理。本课题所设计的平面应变仪的主要目的是建立一个试验的平台，依托于数字图像测量技术，在平面应变条件下，研究土样在外荷载作用下的变形特性，并且试图测量和探讨土颗粒滑移和滚动的变形机理。同时可进行土样在平面应变状态下的抗剪强度试验，确定剪切带位置，研究土体局部化变形规律。本文在研究分析了国内外现有平面应变仪的结构特点和工作原理的基础上，结合课题对土样表层土颗粒图像采集的特殊要求，完成了仪器的机械结构设计和数据采集系统设计。机械设计方面，主要以Pro／E软件为工具，设计了整个装置的结构，主要包括侧向力板、侧力挡板、加压帽组件、位移传感器组件等，并对装置进行了运动学的仿真和分析。数据采集系统主要是利用LabVIEW图形化编程语言编写了压力传感器和位移传感器的数据采集软件。课题所设计的平面应变仪与传统的平面应变仪相比，结构设计上的主要区别在于试样为砂土样且试验过程中试样没有橡皮膜的包裹，另外，仪器对试样的加载方式和量测方式都有不同。仪器的试验运行结果表明，该仪器可以完成砂土的平面应变试验，试验过程中能够采集到清晰的土样表层土颗粒的细观图像，为后期研究土颗粒的滑移、破碎变形机理等规律创造了条件，基本实现了最初的设计目的。