土工离心机设计与应用综述

温继伟; 陈昊天; 曾现恩; 项天

doi:10.3969/j.issn.1007-2993.2023.04.001

土工离心机设计与应用综述

doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2023.04.001

温继伟^{1, 2,},
陈昊天²,
曾现恩²,
项天²

1.
石家庄铁道大学土木工程学院，河北石家庄　050043
2.
成都理工大学环境与土木工程学院，四川成都　610059

基金项目: 国家自然科学基金面上项目（42172348）；省级大学生创新创业训练计划项目（S202110616015）

详细信息

作者简介:
温继伟，男，1988年生，汉族，河北张家口人，博士，副教授，硕士生导师，主要从事隧道及地下工程、非开挖技术、地质工程等方面的教学与科研工作。E-mail：wenjiwei@stdu.edu.cn

中图分类号: P 642；TH 6
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出版历程
- 收稿日期: 2022-06-02
- 刊出日期: 2023-08-08

Review of Design and Application of Geotechnical Centrifuge

1.
School of Civil Engineering, Shijiazhuang Tiedao University, Shijiazhuang 050043, Hebei, China
2.
College of Environment and Civil Engineering, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, Sichuan, China

摘要

摘要: 在土木工程、地质工程等领域，为了在实验室内分析现场岩土体或结构物的原型工况，常采用土工离心机开展缩尺模拟试验研究。近年来，随着液压、电控、微型传感器及观测技术等多种科学技术的飞速发展，土工离心模型试验已从定性分析向定量分析过渡，可为滑坡灾害、地下结构开挖与稳定、地基失效、场地液化、桩基破坏等复杂工程难题的解决提供有效的技术途径，并取得了大量的研究成果。以臂式土工离心机为主要探究对象，通过对土工离心机的原理、发展概况、结构组成、现存主要问题等进行系统总结与梳理，对离心机的设计提出改良方案，结合目前土工离心机的发展进程和应用领域，展望了该技术今后的研究和应用方向。
- 土工离心机 /
- 岩土模型试验 /
- 土工离心机设计与应用
Abstract: In the civil engineering, geological engineering and other related fields, in order to analyze the prototype conditions of rock and soil mass or structure in the laboratory, the geotechnical centrifuge is often used to carry out scale simulation experimental research. A variety of science and technology has developed rapidly in recent years, including hydraulic transmission, electrical control, micro-sensors and observation technology, etc., and the geotechnical centrifuge model test has transitioned from the initial qualitative analysis to quantitative analysis. It can provide an effective technical approach to solve many complex engineering problems such as landslide disaster, underground structure excavation and stability, foundation failure, site liquefaction, pile foundation destruction and so on, and a lot of research achievements have been obtained. Taking the arm type geotechnical centrifuge as the main object of discussion and research, through the principle, development situation, structure composition and existing main problems of the geotechnical centrifuge, the improvement scheme of the centrifuge design was put forward. Combined with the development process and application field of the current geotechnical centrifuge, the future research and application direction of this technology is prospected, which can provide a certain reference for the research and application.
- geotechnical centrifuge /
- geotechnical model test /
- geotechnical centrifuge design and application

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图 1 TLJ-150土工离心机^[17]

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图 2 TLJ-500土工离心机

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图 3 土工离心机组成原理示意图^[19]

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图 4 静态测量系统^[18]

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图 5 动态测量系统^[18]

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图 6 监测系统组成^[27]

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参考文献(51)

[1]	程永辉,李青云,饶锡保,等. 长江科学院土工离心机的应用与发展[J]. 长江科学院院报,2011,28(10):141-147.
[2]	MIAO F S,WU Y P,TOROK A,et al. Centrifugal model test on a riverine landslide in the Three Gorges Reservoir induced by rainfall and water level fluctuation[J]. Geoscience Frontiers,2022,13(3):200-213.
[3]	沈超,薄景山,张雪东,等. 基于离心试验的强震土体破裂及避让距离研究[J]. 振动与冲击,2021,40(9):246-253. doi: 10.13465/j.cnki.jvs.2021.09.032
[4]	许元恒,冉光斌,陈红永. 高速土工离心机转臂设计与研究[J]. 岩土工程学报,2022,44(S2):62-65.
[5]	LU P,YUAN D J,JIN D L,et al. Centrifugal model tests on the structural response of the shield tunnel when constructing cross passages by mechanical methods[J]. Tunnelling and Underground Space Technology,2022,128:104621. doi: 10.1016/j.tust.2022.104621
[6]	蔡正银,周宏磊,蔡国军,等. 土工测试与勘察技术研究进展[J]. 土木工程学报,2020,53(5):100-117. doi: 10.15951/j.tmgcxb.2020.05.007
[7]	李家钢,王忠涛,徐博,等. 土工鼓式离心机研发及在海底滑坡研究中的应用[J]. 长江科学院院报,2015,32(1):106-111. doi: 10.3969/j.issn.1001-5485.2015.01.022
[8]	张霆,刘汉龙,胡玉霞,等. 鼓式土工离心机技术及其工程应用研究[J]. 岩土力学,2009,30(4):1191-1196. doi: 10.3969/j.issn.1000-7598.2009.04.058
[9]	包承纲. 我国岩土离心模拟技术的应用与发展[J]. 长江科学院院报,2013,30(11):55-66,71. doi: 10.3969/j.issn.1001-5485.2013.11.012
[10]	XU J M,FRANZA A,MARSHALLA M,et al. Tunnel-framed building interaction: comparison between raft and separate footing foundations[J]. Geotechnique,2021,71(7):631-644. doi: 10.1680/jgeot.19.P.393
[11]	孙瑞龙. 离心场微型静力触探设备的研制与应用[D]. 北京: 中国地质大学, 2016.
[12]	陈云敏,韩超,凌道盛,等. ZJU400离心机研制及其振动台性能评价[J]. 岩土工程学报,2011,33(12):1887-1894.
[13]	王学东. 长江科学院大型离心机的研制[J]. 长江志季报,2000,(1):13-14.
[14]	陈生水,顾行文,任国峰,等. NHRI-400 g·t大型土工离心机升级改造[J]. 岩土工程学报,2020,42(S2):7-12.
[15]	NG C W W. The state-of-the-art centrifuge modelling of geotechnical problems at HKUST[J]. Journal of Zhejiang University-Science A,2014,15(1):1-21. doi: 10.1631/jzus.A1300217
[16]	唐贤平,宋琼. 会当凌绝顶−中物院总体所科学试验用离心机研制技术发展综述[J]. 国防科技工业,2015,(7):58-60.
[17]	黎启胜,许元恒,罗龙. 科学试验用离心机发展综述[J]. 装备环境工程,2015,12(5):1-10,87.
[18]	赵玉虎,罗昭宇,林明. 土工离心机研制概述[J]. 装备环境工程,2015,12(5):19-27.
[19]	王　海. 土工离心模型试验技术若干关键问题研究[D]. 哈尔滨: 中国地震局工程力学研究所, 2019.
[20]	张莎莎. 基于离心模型试验的饱和土固结理论研究[D]. 西安: 长安大学, 2011.
[21]	冉光斌. 恒加速度离心机转臂的稳健设计方法[J]. 机械设计,2008,(5):5-7.
[22]	冉光斌,罗昭宇,刘小刚. 土工离心机吊篮的设计及优化方法[J]. 机械设计,2009,26(11):68-70.
[23]	冉光斌,洪建忠,刘小刚. 巨型多功能土工离心机吊篮的设计[J]. 机械设计,2011,28(10):33-36.
[24]	焦阳,任国峰,彭卫军,等. 沥青混凝土心墙坝抗震加固离心机振动台试验研究[J]. 岩土工程学报,2020,42(S1):167-171. doi: 10.11779/CJGE2020S1033
[25]	许元恒,程燕,冉光斌. 离心机试验模型箱的设计与研究[J]. 机械设计与制造,2020,(2):26-28,32. doi: 10.19356/j.cnki.1001-3997.2020.02.007
[26]	谢军,倪雅静,胡英飞,等. 振动台试验模型箱的研究进展[J]. 现代隧道技术,2021,58(4):79-85. doi: 10.13807/j.cnki.mtt.2021.04.009
[27]	贾立翔,施斌,魏广庆,等. 土工离心机光纤光栅测试系统及其模型试验研究[J]. 岩土工程学报,2017,39(5):896-905. doi: 10.11779/CJGE201705014
[28]	孙述祖. 土工离心机设计综述(二)[J]. 水利水运科学研究,1991,(2):219-226.
[29]	郭轶楠,杨毅,蒋建群,等. 氦工质替换和压力对土工离心机风阻功率影响分析[J]. 地震工程与工程振动,2020,40(6):197-206. doi: 10.13197/j.eeev.2020.06.197.guoyn.020
[30]	王永志,陈卓识,孙锐. 土工离心机稳态风阻功率简化估算方法与冷却设计优化[J]. 地震工程与工程振动,2014,34(S1):909-914. doi: 10.13197/j.eeev.2014.S0.909.wangyz.143
[31]	郝雨,尹益辉,万强,等. 土工离心机风阻计算方法的对比研究[J]. 装备环境工程,2018,15(3):61-66.
[32]	陈建阳. 大型土工离心机温升控制试验研究[D]. 杭州: 浙江大学, 2020.
[33]	徐嘉炜. 高速碟式离心机散热性能实验与仿真研究[D]. 杭州: 浙江大学, 2017.
[34]	毛泽宇. 地震作用下松散堆积体崩塌规模研究与应用[D]. 成都: 西南交通大学, 2008.
[35]	李世民,李晓军,冯进技. 防护工程离心模型试验研究现状及展望[J]. 防护工程,2017,39(5):70-78.
[36]	于玉贞,陈正发. 土工离心机振动台系统的发展研究[J]. 水利水电技术,2005,(5):19-21. doi: 10.13928/j.cnki.wrahe.2005.05.006
[37]	钱纪芸,张嘎,张建民. 降雨条件下土坡变形机制的离心模型试验研究[J]. 岩土力学,2011,32(2):398-402,416. doi: 10.3969/j.issn.1000-7598.2011.02.013
[38]	任国峰,蔡正银,顾行文,等. 基于NHRI离心机机械手的港池开挖模拟研究[J]. 岩土工程学报,2020,42(S1):105-110. doi: 10.11779/CJGE2020S1021
[39]	LOLI M,BRANSBY M F,ANASTASOPOULOS I,et al. Interaction of caisson foundations with a seismically rupturing normal fault: centrifuge testing versus numerical simulation[J]. Geotechnique,2012,62(1):29-43. doi: 10.1680/geot.9.P.153
[40]	赵宇,常胜,郑建靖,等. 离心模拟超重力场下的雨滴运动轨迹分析[J]. 浙江大学学报(工学版),2021,55(3):491-499. doi: 10.3785/j.issn.1008-973X.2021.03.009
[41]	王永志,王体强,王海,等. 我国土工离心机进展与研发关键技术[J]. 地震研究,2020,43(3):592-600,604. doi: 10.3969/j.issn.1000-0666.2020.03.023
[42]	陈景,唐茂颖,罗强. 土质路堑高边坡变形特性的离心模型试验研究[J]. 成都理工大学学报(自然科学版),2008,(5):532-536.
[43]	王维早,许强,郑海君. 基于土工离心模型试验的平缓堆积层滑坡形成机理−以四川南江七岭村滑坡为例[J]. 成都理工大学学报(自然科学版),2015,42(6):649-657.
[44]	马险峰,邹宇翔,李向红,等. 顶管注浆压力变化对地层沉降影响机理的离心模型试验[J]. 工程科学与技术,2021,53(5):110-117.
[45]	冯文凯,易小宇,孟睿,等. 三峡库区木鱼包滑坡不同库水升降速率变形响应离心模型试验研究[J]. 水利学报,2021,52(5):578-588. doi: 10.13243/j.cnki.slxb.20200557
[46]	巨能攀,邓天鑫,李龙起,等. 强震作用下陡倾顺层斜坡倾倒变形机制离心振动台试验[J]. 岩土力学,2019,40(1):99-108,117. doi: 10.16285/j.rsm.2017.1274
[47]	张陈羊,巨能攀,李龙起,等. 离心场中陡倾顺层岩质边坡振动试验关键技术研究[J]. 长江科学院院报,2017,34(9):104-109. doi: 10.11988/ckyyb.20160537
[48]	裴向军,张硕,黄润秋,等. 地下水雍高诱发黄土滑坡离心模型试验研究[J]. 工程科学与技术,2018,50(5):55-63.
[49]	郭轶楠,杨毅,王亚林,等. 基于ZJU400土工离心机的CFD模拟方法[J]. 装备环境工程,2020,17(11):85-89.
[50]	张浩,贾亚杰,梁发云,等. 砂土中垫层隔震基础地震响应离心模型试验及数值分析[J]. 同济大学学报(自然科学版),2021,49(6):770-782. doi: 10.11908/j.issn.0253-374x.21141
[51]	唐春安,唐烈先,李连崇,等. 岩土破裂过程分析RFPA离心加载法[J]. 岩土工程学报,2007,29(1):71-76. doi: 10.3321/j.issn:1000-4548.2007.01.011