2025年我国土工离心机进展与研发关键技术 .pdfVIP

老当益壮，宁移白首之心；穷且益坚，不坠青云之志。——唐·王勃

我国土工离心机进展与研发关键技术

作者：王永志王体强王海汤兆光

·········2025年第03期

操千曲尔后晓声，观千剑尔后识器。——刘勰

君子忧道不忧贫。——孔丘

好学近乎知，力行近乎仁，知耻近乎勇。——《中庸》

长风破浪会有时，直挂云帆济沧海。——李白

士不可以不弘毅，任重而道远。仁以为己任，不亦重乎?死而后已，不亦远乎?——《论语》

人人好公，则天下太平；人人营私，则天下大乱。——刘鹗

不飞则已，一飞冲天；不鸣则已，一鸣惊人。——《韩非子》

穷则独善其身，达则兼善天下。——《孟子》

百川东到海，何时复西归?少壮不努力，老大徒伤悲。——汉乐府

丹青不知老将至，贫贱于我如浮云。——杜甫

摘要：回顾并总结我国土工离心机的发展历程、现状及趋势，概括了现役设备的性能指标

和功能特点。以中国地震局工程力学研究所DCIME-40-300土工离心机为例，阐述了针对地震

韧性工程研制土工离心机的关键技术，包括土工离心机、离心振动台、主机室冷却系统、降雨

子曰:“知者不惑，仁者不忧，勇者不惧。”——《论语》

模拟系统、冻融循环系统等，给出了解决关键难题的基本思路与总体设计方案。针对离心振动

台性能评价需求，提出了离心振动台性能测试方法与评价指标，并给出了若干性能测试结果。

结果显示：正弦波输入时，平均波形失真度约为10.7%;地震波输入时，平均幅值误差约为

4.44%，平均频谱面积误差约为5.89%，均优于相关行业标准规定的技术指标。

关键词：土工离心机;振动台;关键技术;性能评价

0引言

土体是人类赖以生存的、最早使用和最原始的工程材料之一，也是人类文明的重要载体和

主要标志。土力学作为一门独立学科，其发展历程与试验技术息息相关，尤其是多相耦合机

制、本构模型的认知与检验（黄文熙，1979;汪闻韶，2005;包承纲，2006），大量物理试验为

其提供了不可或缺的丰富数据。发展和提升先进实验技术，对科学理论、设计方法与施工技术

等的创新与进步具有极大推动作用，是各学科发展的一项重要基础研究工作（陈祖煜，2017;

陈云敏，2017;王永志等，2018）。《国家十三五发展规划》明确指出，应强化基础试验技术

的发展和应用，以快速提升我国原始创新和学科交叉的综合科研能力。

近20年来，超高堤/坝/堰、海洋工程、深地基础、尾矿坝、边坡等岩土结构物和地基基础

开发需求连续攀升;城市地下结构、超高土石坝、深基础工程、海洋风力发电、人工岛礁及“一

带一路”使岩土工程面临空前的挑战与机遇，也为土工离心机快速发展提供了重要契机（杜延

龄，1993;张俊，杨志银，2005;包承纲，2013）。据统计，2014—2019年国家各部委对土工离

心机建设的总投资（含立项）约30亿元，规模最大为浙江大学牵头的《国家“十三五”重大科

技基础设施》项目，拟建2套容量≥1300gt的巨型土工离心机，经费约20亿元。然而，伴随

大量应用成果的产出和范围扩展，土工离心试验技术发展的不足与理论基础的薄弱也逐渐暴

露。具体表现为：①各单位的制模、固结装置等多为自主开发而形式各异，量测传感器型号不

一且性能差异显著，尚缺少明确规定制模方法、评价模型质量和标定传感器的通用标准和统一

认识;②相似比（如黏滞系数）、运行时间等由设备性能和机室冷却条件进行设计与调整，缺

少合理科学基础（陈正发，于玉贞，2006;侯瑜京，2006;林明，2012）;③平行试验结果出现很

大离散且与理论推测值差异较大，例如2015年美、日、英、中四国开展的LEAP平行试验，

各单位试验结果呈现较大离散（Kutteretal，2018;Zeghaletal，2018）。

本文回顾并总结了我国土工离心机的发展历程、现状及趋势，概括了现役设备的性能指标