長江科學院土工離心機的應(yīng)用與發(fā)展

程永輝，李青云，饒錫保，劉 鳴

（長江科學院水利部巖土力學與工程重點實驗室，武漢 430010）

長江科學院土工離心機的應(yīng)用與發(fā)展

程永輝，李青云，饒錫保，劉 鳴

（長江科學院水利部巖土力學與工程重點實驗室，武漢 430010）

土工離心機是研究復雜巖土工程問題的大型專用設(shè)備，長江科學院（以下簡稱長科院）早在20世紀80年代建成了當時國內(nèi)最大的總?cè)萘?00 g-t、有效容量180 g-t的土工離心機，為我國離心機研制和離心模型試驗技術(shù)的發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)。簡要總結(jié)了國內(nèi)外土工離心機的發(fā)展歷史，介紹了長科院第一代土工離心機的研制過程和意義，回顧了第一代離心機所開展的重要研究工作及所取得的成果；詳細敘述了長科院第二代土工離心機的研制過程和性能。在此基礎(chǔ)上，對近期完成的幾個離心模型試驗成果進行介紹，并通過多項試驗研究驗證了試驗系統(tǒng)的可靠性。

土工離心機；升級改造；離心模型試驗

1 土工離心機發(fā)展概況

在對許多復雜工程問題的科學研究中，常常需要使用小比尺的物理模型去揭示和分析現(xiàn)象的本質(zhì)和機理，以驗證理論和解決工程實際問題。在巖土工程中，自重是主要荷載，巖土體內(nèi)的應(yīng)力場主要由自重引起的，且?guī)r土體屬非線性材料，若采用常規(guī)的小比尺的物理模型試驗，由于應(yīng)力水平大大降低，從而導致結(jié)果失真，必須在模型試驗中增大巖土體的自重應(yīng)力，才能真正達到試驗的目的。土工離心模型試驗是解決此問題的有效方法［1，2］，即將模型置于特制的離心機中旋轉(zhuǎn)，使得1／n縮尺的模型試驗在離心慣性力ng的空間中進行；由于慣性力與重力絕對等效，且加速度不會改變工程材料的性質(zhì)，使得模型與原型應(yīng)力、應(yīng)變相等，變形相似，破壞機理相同。

由于能夠模擬原型巖土結(jié)構(gòu)中起決定作用的自重應(yīng)力，離心機模擬技術(shù)成為巖土力學與巖土工程研究中不可缺少的試驗手段；近年來離心機及試驗技術(shù)在國內(nèi)外獲得了極大的發(fā)展，并已逐步成為巖土學科領(lǐng)域研究水平的重要標志。

1.1 國外發(fā)展概況

1869年，法國人Phillips在進行橫跨英吉利海峽的鋼大橋研究時，首次提出用離心機做模型試驗的設(shè)想，并明確提出了離心機設(shè)計的一般原理［1］。

60年后，美國Bucky（1931）在半徑0.5 m的離心機上研究了煤礦坑頂?shù)姆€(wěn)定問題；同期，蘇聯(lián)Pokrovskii和Dovidenkov（1932）研究了土坡穩(wěn)定問題，并在首界國際土力學與基礎(chǔ)工程學會上公開了研究成果，標志著離心模型試驗技術(shù)開始應(yīng)用于巖土工程領(lǐng)域。

20世紀30年代至60年代，前蘇聯(lián)土工離心機快速發(fā)展，建造了20余臺離心機，最大容量達到了750 g-t。60年代后期，英國、美國、日本、法國、德國、丹麥、意大利、荷蘭等國相繼開始建造土工離心機，如英國劍橋大學、美國國家土工離心模型試驗中心、日本港灣研究所、意大利ISMES、荷蘭Delft巖土研究所等，這些代表性離心機的建設(shè)和使用，使得離心模擬試驗理論和技術(shù)得到了長足的發(fā)展。80年代以后，土工離心模型試驗有了進一步發(fā)展，不同程度地采用了現(xiàn)代化的設(shè)計制造工藝及試驗監(jiān)測方法，美國、歐洲、日本、新加坡、印度等國家陸續(xù)建造了一些新型的離心機，部分離心機向大容量方向發(fā)展，以滿足研究高土石壩、高應(yīng)力等重型結(jié)構(gòu)工程問題的需要。但目前更多的研究者認為離心機具有較大的吊籃容積，合適的加速度值（如150～250 g），更具有優(yōu)越性。

1.2 國內(nèi)發(fā)展概況［3-5］

國內(nèi)土工離心機的發(fā)展大致可分為3個階段：（1）第一階段（20世紀80年代），以長江科學院（以下簡稱長科院）離心機為代表。

中國早在50年代就著手進行離心機建造的研究，但受各種原因影響，一直沒有實質(zhì)性的進展。20世紀80年代初，長科院建成當時國內(nèi)最大的一臺總?cè)萘?00 g-t的專用離心機，為中國土工離心機試驗技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新奠定了重要的基礎(chǔ)。期間，還有部分單位建造了容量20 g-t至100 g-t的中小型土工離心機。

（2）第二階段（20世紀90年代），以中國水科院和南科院大型土工離心機為代表。

在國家“七五”科技攻關(guān)期間，中國水利水電科學研究院建造了一臺有效容量450 g-t的大型土工離心機，1991正式投入運用；南京水利科學研究院也同時建造了一臺有效容量400 g-t的大型土工離心機；清華大學水利水電工程系1993年建成一臺50 g-t土工離心機；這些離心機為我國開展大型水利工程建設(shè)的技術(shù)攻關(guān)提供了有效的手段。

（3）第三階段（2000年以來），以香港科技大學離心機為代表。

香港科技大學于2002年建成了代表現(xiàn)代化發(fā)展水平的400 g-t大型土工離心機，配備有雙向振動臺、四組機械手、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集及處理功能。

近幾年，我國離心機發(fā)展迅速，離心機性能也正向高、精、尖和多功能方向發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計，已建或在建土工離心機21臺，分布在水利科研機構(gòu)、高等院校等，這些離心機的建設(shè)必將為推動離心模型試驗技術(shù)的發(fā)展和巖土工程科技進步發(fā)揮重要作用。

2 長科院第一代土工離心機的研制及應(yīng)用

2.1 研制過程及意義

受前蘇聯(lián)的影響，長科院曾在1957年就提出要建立一座大型的水利工程綜合應(yīng)用的離心機，并在1958年完成圖紙設(shè)計，但未進行加工。由于丹江口工程的需要，制造了一臺直徑為2.3 m的小型離心機進行試驗，完成了科研生產(chǎn)任務(wù)，也為大型離心機的制造提供了經(jīng)驗。

70年代后期，長科院開始著手建造大型土工離心機，攻克了當時存在的直流電機驅(qū)動、數(shù)據(jù)實時采集和高速運動圖像遙視等難題，解決了散熱和抗震等問題，但在機械中的螺旋傘齒輪制造方面遇到困難。后在林一山主任的幫助下，由天津第一機床廠完成了大型傘齒輪的制造，從而使得國內(nèi)第一臺大型土工離心機在長科院建成，并于1983年投入運行，為中國土工離心機試驗技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新奠定了重要的基礎(chǔ)［6，7］。

2.2 離心機性能

長科院第一代土工離心機最大加速度為300 g，轉(zhuǎn)斗最大容許重量1 000 kg（含轉(zhuǎn)斗自重），總?cè)萘?00 g-t，有效容量為180 g-t。離心機轉(zhuǎn)臂總長6 m，有效半徑3 m，加上轉(zhuǎn)斗長度，離心機半徑為4.42 m；直流驅(qū)動電機動率410 kW；模型箱尺寸為700 mm×700 mm×820 mm，長度方向可延伸至1 100 mm；連續(xù)運行時間可達36 h以上，可開展土工和結(jié)構(gòu)方面的離心模型試驗研究。如圖1所示。

圖1 長科院第一代土工離心機Fig.1 The first generation geotechnical centrifuge in CRSRI

2.3 巖土工程研究中的應(yīng)用

長科院第一代土工離心機自1983年底投入使用，至2002年運行近20年，期間完成了大量的開創(chuàng)性試驗研究成果，為工程建設(shè)和科技進步發(fā)揮了重要作用，以下簡要敘述部分代表性成果。

2.3.1 土石壩工程

李鳳鳴、饒錫保等（1990）以250倍的模型率開展了6組離心模型試驗，研究了小浪底斜墻堆石壩的上游壩體穩(wěn)定性和防滲墻的應(yīng)力應(yīng)變性狀，為工程設(shè)計和計算提供了依據(jù)［8］。

李玫、龔壁衛(wèi)等（1990）針對三峽二期圍堰水下拋填風化砂密度無法確定的問題，開展了8組離心模型試驗，獲得了水下拋填風化砂密度在1.68～1.85 g／cm3范圍內(nèi)變化的成果，解決了困擾工程設(shè)計的技術(shù)難題［9］。

饒錫保（1990）系統(tǒng)總結(jié)分析了土石壩離心模型試驗方法，并結(jié)合葛洲壩上游圍堰的試驗結(jié)果，開展了三峽二期深水土石圍堰低墻和高墻方案的離心模型試驗研究，論證了方案的優(yōu)劣，并與數(shù)值計算成果對比分析，為工程設(shè)計優(yōu)化提供了依據(jù)［10］。

2.3.2 粱柱式石油平臺

粱柱式海洋平臺是一種新型平臺，結(jié)構(gòu)復雜，工作機理不清，粱、柱分擔荷載以及與土的相互作用情況不明確，給設(shè)計帶來了很大的困難。李玫、包承綱（1995）在長科院離心機上開展了梁柱式海洋平臺基礎(chǔ)與土相互作用的離心模型試驗研究，由試驗測出了平臺柱底、粱底土反力及柱側(cè)摩阻力的大小和分布規(guī)律，得出了柱底、粱底及柱的土反力的荷載分擔比例。從而揭示了平臺土荷載傳遞的途徑，分析了影響平臺工作性能的主要因素及其彼此關(guān)系，為平臺的設(shè)計提供科學依據(jù)［11］。

2.3.3 格形鋼板樁碼頭

格形鋼板樁結(jié)構(gòu)具有很多優(yōu)點，但其設(shè)計和施工比較復雜，其技術(shù)在國內(nèi)外均不成熟。饒錫保，程展林等（1997）進行了8組離心模型試驗，揭示了鋼板樁格體與格倉內(nèi)外填料的相互作用的工作機理，為數(shù)值分析提供了良好的基礎(chǔ)，為建立格形鋼板樁碼頭側(cè)向變形計算方法提供了依據(jù)［12，13］。

2.3.4 軟基處理

軟土地基是工程建設(shè)中經(jīng)常遇到的地質(zhì)條件，因軟土具有高含水量、高壓縮性和低強度的特點，此類地區(qū)的地基處理往往是制約工程建設(shè)的關(guān)鍵問題。由于離心模型試驗的時間縮尺效應(yīng)，在模擬軟基方面具有獨特的優(yōu)勢。長科院針對廣佛、岱黃、宜黃、黃黃及武漢繞城公路等開展了大量的離心模型試驗研究，優(yōu)化了地基處理方案，掌握了軟土段穩(wěn)定和沉降規(guī)律，提出了簡化的分析模式和施工期穩(wěn)定的控制參數(shù)、方法，解決了工程問題并節(jié)省了大量投資［14］。

2.3.5 邊坡及護岸結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

擋板式護岸在河道治理工程具有挖方少、結(jié)構(gòu)輕、造價低等優(yōu)點，但其受力狀態(tài)和穩(wěn)定性計算尚不清晰。高大水（1990年）結(jié)合太湖流域的實際情況，開展了離心模型試驗研究，并獲得了結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)和岸坡的破壞機理，為該結(jié)構(gòu)的應(yīng)用提供了理論支撐［15］。

林開球、包承綱（1990）根據(jù)非粘性土加筋陡坡破壞面是沿著自然休止角的直線的離心模型試驗成果，利用極限平衡方法進行了推導，提出了等長度、不等間距、不同材料加筋陡坡新的設(shè)計方法，并通過離心模型試驗驗證了方法的正確性和合理性，對工程優(yōu)化設(shè)計有重要的參考意義［16］。

2.3.6 攔淤堤穩(wěn)定

吹填土初始強度很低，如何在吹填土上筑堤是困擾工程建設(shè)者的一個難題。針對寧波東錢湖湖心島堆筑工程，丁金華、包承綱（1999）在長科院的離心機上開展了吹填土上筑堤的模型試驗研究，論證了吹填土上筑堤的可行性和方法，為工程設(shè)計和施工提供了依據(jù)［17］。

除以上所提的方面外，在長江黃臘石滑坡、煤層開采引起地面沉降機理、尾礦壩加高、土釘加固機理［18］等方面也開展了研究工作，并取得了較好的成果。

長科院第一代土工離心機在經(jīng)過近20年的運行后，控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)等均已超過期限，于2002年停止運行。

3 長科院第二代土工離心機研制

3.1 升級改造論證

3.1.1 目 標

為了滿足科研生產(chǎn)的需要，通過升級改造，恢復原有離心機功能，在此基礎(chǔ)上改造建設(shè)一套現(xiàn)代化多功能土工離心機試驗系統(tǒng)；重點在模型安裝、電器控制、數(shù)據(jù)采集、輔助試驗系統(tǒng)等方面達到較高的自動化水平；升級改造過程中，充分考慮系統(tǒng)的擴展功能，預留接口。

3.1.2 升級改造方案及選擇

根據(jù)長科院原有離心機的條件，即機械系統(tǒng)尚完好，電器元件等老化，制定了2個方案：

方案一：原有離心機上直接進行升級改造，保留原有機械系統(tǒng)部分，對電器系統(tǒng)進行更換，對試驗室進行改造；

方案二：進行異地升級改造，將原有離心機進行拆除，并盡可能利用其部件，新建試驗室。

由于原有離心機試驗室位置不符合武漢市規(guī)劃要求，同時，試驗室基本屬于危房，最終選擇了異地升級改造方案。試驗系統(tǒng)總體布局如圖2所示，自2006年起，經(jīng)過了3年的研究、生產(chǎn)制造和調(diào)試，至2008年底，第二代土工離心機試驗系統(tǒng)已完成研制，并具備了開展試驗研究的條件。

3.2 離心機性能及特色

3.2.1 主機系統(tǒng)

主機系統(tǒng)在實驗室內(nèi)分為3層，如圖2所示。底層為傳動系統(tǒng)、稀油站及旋轉(zhuǎn)接頭；中層為轉(zhuǎn)動系統(tǒng)；上層為上儀器倉。傳動系統(tǒng)為400kW直流電機驅(qū)動，通過鼓型齒式聯(lián)軸器為轉(zhuǎn)動系統(tǒng)提供動力。轉(zhuǎn)動系統(tǒng)如圖3所示，為解決不平衡力檢測問題，在拉力梁上對稱設(shè)置4組力傳感器，實現(xiàn)不平衡力檢測；為保證轉(zhuǎn)動系統(tǒng)兩端平衡，在轉(zhuǎn)臂的配重一端設(shè)置平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)，如圖4所示；為滿足試驗需要，系統(tǒng)在模型吊籃一側(cè)，設(shè)置供油、供氣通道各2路，供水1路，回水、回油各1路，并通過快換接頭連接，以方便試驗時的安裝；設(shè)置了40通道靜態(tài)采集端口，預留60通道動態(tài)數(shù)據(jù)采集端口，模型監(jiān)測探頭信號可通過航空插頭接至監(jiān)控室，實現(xiàn)自動數(shù)據(jù)采集；模型吊籃為開敞式，為模型裝配提供了便利條件。上儀器倉內(nèi)為光電滑環(huán)系統(tǒng)，各路信號通過滑環(huán)傳至監(jiān)控室，實現(xiàn)自動控制和數(shù)據(jù)自動采集。

長科院第二代土工離心機主機系統(tǒng)在以下幾個方面具有較好的性能：

（1）離心機有效半徑3.75 m，最大加速度200 g，容量為200 g-t，比較符合現(xiàn)代土工離心機的設(shè)計要求，在一定程度可減少離心機的固有誤差。

（2）配置了高清照相系統(tǒng)，可以從旋轉(zhuǎn)室頂部對運行中的模型進行拍照，照片非常清晰且基本沒有畸變，可以通過照片數(shù)字化處理技術(shù)，實現(xiàn)運轉(zhuǎn)過程中變形監(jiān)測。

（3）主機安全控制性能較高，在底層傳動部位、中層轉(zhuǎn)動部位、上層儀器倉和監(jiān)控室均設(shè)置了急停按紐，緊急情況按下后，主機自動停止；各組成系統(tǒng)、機室門等設(shè)置了安全聯(lián)鎖，任何部位出現(xiàn)異?；驒C室門打開的情況下，主機均不能運轉(zhuǎn)，保障了設(shè)備和操作人員的安全。

3.2.2 附屬設(shè)備

為滿足水利巖土工程科研工作的需要，專門設(shè)計制造了以下附屬設(shè)備系統(tǒng)。

（1）機械手系統(tǒng)：在70 g條件下工作，可實現(xiàn)x，y，z三軸任意點定位，行程范圍為30 cm×50 cm× 40 cm，移動速度為20 mm／s，具有通用安裝接口，可模擬加荷、壓撥樁、開挖等多種復雜巖土工程問題，如圖5所示。

圖2 長科院第二代離心機建設(shè)方案Fig.2 Construction scheme of the second generation geotechnical centrifuge in CRSRI

圖3 轉(zhuǎn)動系統(tǒng)Fig.3 Rotation system of the second generation geotechnical centrifuge in CRSRI

圖4 長科院第二代離心機動平衡系統(tǒng)Fig.4 Dynam ic balance system of the second generation geotechnical centrifuge in CRSRI

圖5 離心機機械手系統(tǒng)Fig.5 Manipulator system of geotechnical centrifuge

（2）蓄水與疏干模擬系統(tǒng)：可模擬渠道、大壩、堤防邊坡等的蓄水和疏干過程，可在模型箱內(nèi)注水、排水，能夠進行水位高度控制和注、排水流量手動控制。

（3）降雨與蒸發(fā)模擬系統(tǒng)：實現(xiàn)了自然界降雨和蒸發(fā)過程的連續(xù)模擬；通過霧化技術(shù)，將水轉(zhuǎn)化為細水顆粒，可對降雨量和水的沖刷作用進行模擬；通過紅外加溫技術(shù)，實現(xiàn)了蒸發(fā)過程模擬。

（4）填筑過程模擬系統(tǒng)：可在100 g條件下進行散粒體的拋填和填筑過程模擬，通過計算機控制填筑形成任意形狀斷面，如圖6所示。

圖6 填筑過程模擬系統(tǒng)Fig.6 System of simulating the filling process

4 近期研究成果及應(yīng)用評價

脹土體產(chǎn)生膨脹變形，由膨脹變形引起的應(yīng)力重分布，進而產(chǎn)生的順坡向剪應(yīng)力，對邊坡穩(wěn)定性起著控制作用；由此對完整均勻的膨脹土邊坡（不存在原生裂隙），提出了失穩(wěn)模式為“膨脹作用下的邊坡滑動”的理論。

4.1 塊體理論非連續(xù)變形方法的離心模型驗證

塊體理論是由石根華在上世紀80年代初期提出的，隨后他又建立了非連續(xù)變形分析方法，簡稱DDA。由于DDA可以在計算中通過調(diào)整重力加速度的取值，實現(xiàn)同離心模型試驗原理相同的計算分析，稱之為DDA數(shù)值離心模型試驗［19］。為驗證DDA對塊體邊坡穩(wěn)定計算的合理性，以烏江銀盤工程右壩肩開挖巖質(zhì)邊坡為研究對象，開展了塊體邊坡穩(wěn)定離心模型試驗，試驗?zāi)Ｐ腿鐖D7所示。研究表明，離心模型試驗結(jié)果與DDA數(shù)值計算成果較為一致，印證了DDA計算方法的正確性。

4.2 降雨對膨脹土邊坡穩(wěn)定性的影響

膨脹土問題是工程地質(zhì)領(lǐng)域的世界級難題，以往普遍認為膨脹土邊坡失穩(wěn)是由于干濕循環(huán)作用引起的；但工程實際情況表明，即使新開挖的邊坡，在一次降雨后即可產(chǎn)生滑坡，另外，干濕循環(huán)引起的強度衰減作用有限，并不足以引起滑坡；為查明膨脹土滑坡的機理，開展了降雨條件下膨脹土邊坡穩(wěn)定的離心模型試驗研究，第一次真正意義上實現(xiàn)了離心機運轉(zhuǎn)過程中膨脹土邊坡的降雨模擬［20］。

試驗?zāi)Ｐ腿鐖D8所示，降雨引起的滑坡見圖9。研究表明：降雨引起土體含水量變化，一定程度上降低了土體強度，但不足以引起邊坡失穩(wěn)；降雨導致膨

圖7 巖石塊體邊坡模型Fig.7 M odel of rock block slope

圖8 膨脹土邊坡模型示意圖Fig.8 Sketch map of expansive soil slopemodel

4.3 離心機應(yīng)用評價

除以上研究成果外，近期還開展了散粒體水下拋填密度、山體跨塌機理、樁基承載力屈服面特性、黃土滑坡機理、船閘結(jié)構(gòu)安全性狀等研究工作，取得了一批有新意的成果，并驗證了設(shè)備的性能。研究表明，長科院第二代土工離心機運行情況良好，加速度控制精確，可實現(xiàn)自動控制或手動控制；監(jiān)測數(shù)據(jù)采集正常，精度滿足試驗要求；可實現(xiàn)各類復雜巖土工程問題的模擬。

5 結(jié) 語

土工離心機是研究復雜巖土工程問題的大型專用設(shè)備。長江科學院早在20世紀80年代即建成了當時國內(nèi)最大的總?cè)萘?00 g-t、有效容量為180 g-t的土工離心機，為我國離心機研制和離心模型試驗技術(shù)的發(fā)展奠定了重要的基礎(chǔ)。為三峽、小浪底、南水北調(diào)工程等重大科研項目的完成發(fā)揮了重要作用。長科院第二代土工離心機是在第一代的基礎(chǔ)上，充分利用現(xiàn)有的制造和自動化技術(shù)，建成的現(xiàn)代多功能土工離心機試驗系統(tǒng)；該設(shè)備為本院乃至中南地區(qū)巖土工程問題的解決和科研水平的提高提供了研究平臺，也將為技術(shù)骨干和研究生的培養(yǎng)發(fā)揮重要作用。

［1］ TAYLOR R N.Geotechnical Centrifuge Technology［M］.Glasgow：Blackie Academic＆Professional，1995.

［2］ 包承綱，饒錫保.土工離心模型試驗的基本原理［J］.長江科學院院報，1998，15（2）：1-3，7.（BAO Cheng-gang，RAO Xi-bao.Principle of the Geotechnical Centrifuge Model Test［J］.Journal of Yangtze River Scientific Research Institute，1998，15（2）：1-3，7.（in Chinese））

［3］ 包承綱.我國離心模擬試驗技術(shù)的現(xiàn)狀和展望［J］.巖土工程學報，1991，13（6）：92-97.（BAO Chenggang.The State and Prospectof CentrifugalModel Test in China［J］.Journal of Geotechnical Engineering，1991，13（6）：92-97.（in Chinese））

［4］ 濮家騮.土工離心模型試驗及其應(yīng)用的發(fā)展趨勢［J］.巖土工程學報，1996，18（5）：92-94.（PU Jia-liu.Trends of Centrifugal Model Test and Application［J］.Journal of Geotechnical Engineering，1996，18（5）：92 -94.（in Chinese））

［5］ 陳正發(fā)，于玉貞.土工動力離心模型試驗研究進展［J］.巖石力學與工程學報，2006，25（增刊2）：4026 -4033.（CHEN Zheng-fa，YU Yu-zhen.A Review on Development of Centrifugal Dynamic Model Test［J］.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2006，25（Sup.2）：4026-4033.（in Chinese））

［6］ 王學東.長江科學院大型離心機的研制［J］.長江志季刊，2000，（1）：13-14.（WANG Xue-dong.The Large Centrifuge Fabrication of Yangtze River Scientific Research Institute［J］.Changjiang Record Quarterly，2000，（1）：13-14.（in Chinese））

［7］ 王學東.用于土工和結(jié)構(gòu)模型實驗的離心機設(shè)計簡介［J］.長江科學院院報，1987，（2）：60-71.（WANG Xue-dong.A Brief Introduction on the Design of Centrifuge for Geotechnical and Structural Testing Purposes［J］.Journalof Yangtze River Scientific Research Institute，1987，（2）：60-71.（in Chinese））

［8］ 李鳳鳴，饒錫保.小浪底斜墻堆石壩離心模型試驗研究［R］.北京：中國水利水電科學研究院，武漢：長江科學院，1990.（LIFeng-ming，RAO Xi-bao.Report on Centrifuge Model Test on Sloping Core Rockfill Dam of Xiaolangdi Project［R］.Beijing：China Institute ofWater Resources and Hydropower Research，Wuhan：Yangtze River Scientific Research Institute，1990.（in Chinese））

［9］ 李 玫，龔壁衛(wèi).三峽深水圍堰風化砂料水下拋填密度和坡角的離心模型試驗研究報告［R］.武漢：長江科學院，1989.（LIMei，GONG Bi-wei.Report on Centrifuge Model Test on the Density and Angle of Underwater Dumping of Weathered Sand at Three Gorges Deep Cofferdam［R］.Wuhan：Yangtze River Scientific Research Institute，1989.（in Chinese））

［10］饒錫保.三峽工程二期深水土石圍堰的離心模型試驗研究報告［R］.武漢：長江科學院，1990.（RAO Xibao.Research Report of Centrifuge Model Test on the Deep Cofferdam of Three Gorges Project［R］.Wuhan：Yangtze River Scientific Research Institute，1990.（in Chinese））

［11］李玫，包承綱，單人秊.梁柱式海洋平臺基礎(chǔ)與土相互作用的離心模型試驗［J］.巖土工程學報，1995，17（5）：1-6.（LIMei，BAO Cheng-gang，SHAN Rengan.Centrifugal Model Test of the Interaction Between the Foundation of Beam-Pillar Offshore Platform and the Soil［J］.Journal of Geotechnical Engineering，1995，17（5）：1-6.（in Chinese））

［12］程展林，饒錫保.格形鋼板樁碼頭側(cè)向變形分析試驗研究［R］.武漢：長江科學院，1997.（CHENG Zhanlin，RAO Xi-bao.Report on the Lateral Deformation A-nalysis of Lattice-Shaped Steel Sheet Pile Wharf［R］.Wuhan：Yangtze River Scientific Research Institute，1997.（in Chinese））

［13］饒錫保，程展林，徐言勇.格形鋼板樁碼頭側(cè)向變形離心模型試驗研究［C］∥物理模擬技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用——中國水利學會2007學術(shù)年會論文集.北京：中國水利學會，2007：70-79.（RAO Xi-bao，CHENG Zhan-lin，XU Yan-yong.Centrifuge Model TestResearch on the Lateral Deformation Analysis of Lattice-Shaped Steel Sheet Pile Wharf［C］∥The 2007 Conference Proceedings of Chinese Hydraulic Engineering Society.Beijing：Chinese Hydraulic Engineering Society，2007：70-79.（in Chinese））

［14］經(jīng)德良，馮光愈，鄢重新，等.湖相沉積地區(qū)高等級公路軟土地基處理研究［R］.武漢：湖北省公路管理局，長江科學院，1996.（JING De-liang，F(xiàn)ENG Guang-yu，YAN Chong-xin，etal.Research of Soft Soil Treatmentof Highway of Lacustrine Deposition Region［R］.Wuhan：Hubei Highway Administration Bureau，Yangtze River Scientific Research Institute，1996.（in Chinese））

［15］高大水.擋板式護岸離心模型試驗研究［R］.武漢：長江科學院，1993.（GAO Da-shui.Centrifuge Model Test on the Baffle-Type Revetment［R］.Wuhan：Yangtze River Scientific Research Institute，1993.（in Chinese））

［16］林開球，包承綱.加筋陡坡設(shè)計的新方法及離心模型試驗驗證［R］.武漢：長江科學院，1990.（LIN Kaiqiu，BAO Chen-gang.New Design Method of Reinforced Steep Slope and Verification of the Centrifugal Model Test［R］.Wuhan：Yangtze River Scientific Research Institute，1990.（in Chinese））

［17］丁金華，包承綱.軟基和吹填土上加筋堤的離心模型試驗及有限元分析［J］.土木工程學報，1999，32（1）：21-25.（DING Jin-hua，BAO Cheng-gang.Centrifuge Model Testand Finite Element Analysis ofGeosynthetic Reinforced Embankments on SoftGround and Dredger Fill［J］.China Civil Engineering Journal，1999，32（1）：21-25.（in Chinese））

［18］陳樹銘，包承綱.土釘墻技術(shù)的離心機實驗研究［J］.長江科學院院報，1997，14（2）：41-43，56.（CHEN Shu-ming，BAO Cheng-gang.Centrifuge Model Experiment Research on Technique of Soil Nailed-Wall［J］.Journal of Yangtze River Scientific Research Institute，1997，14（2）：41-43，56.（in Chinese））

［19］鄔愛清，林紹忠，丁秀麗，等.塊體系統(tǒng)非連續(xù)變形分析方法（DDA）及應(yīng)用研究［R］.武漢：長江科學院，2010.（WU Ai-qing，LIN Shao-zhong，DING Xiu-li，et al.Discontinuous Deformation Analysis Method and Applied Research［R］.Wuhan：Yangtze River Scientific Research Institute，2010.（in Chinese））

［20］程永輝，程展林，張元斌.降雨條件下膨脹土邊坡失穩(wěn)機理的離心模型試驗研究［J］.巖土工程學報，2011，33（增刊1）：409-414.（CHENG Yong-hui，CHENG Zhan-lin，ZHANG Yuan-bin.Centrifugal Model Tests on Expansive Soil Slope under Rainfall［J］.Journal of Geotechnical Engineering，2011，33（Sup.1）：409-414.（in Chinese））

（編輯：周曉雁）

Application and Development of Geotechnical Centrifuge in Yangtze River Scientific Research Institute

CHENG Yong-hui，LIQing-yun，RAO Xi-bao，LIU Ming
（Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）

Geotechnical centrifuge is a large special equipment to study complex geotechnical engineering problems.As early as in the 1980s，the largest geotechnical centrifuge in china at that time with a total capacity of 300 g-t and an effective capacity of 180 g-twas built at Changjiang／Yangtze River Scientific Research Institute（CRSRI），which laid foundation for the developmentof centrifuge and centrifugalmodel test technology in china.The development history of geotechnical centrifuge at home and abroad is firstly summarized in this paper.The developing process of the first generation geotechnical centrifuge in CRSRI and its significance are introduced，and the main research work and achievements regarding the first generation centrifuge are reviewed.Moreover，the development and properties of the second generation geotechnical centrifuge of CRSRIare described in details，and the reliability of the test system is proved by centrifugalmodel tests completed recently.

geotechnical centrifuge；upgrade and reform；centrifugalmodel test

TU441

A

1001-5485（2011）10-0141-07

2011-07-20

國家“十一五”科技支撐課題（2006BAB04A10，2008BAB29B02）；中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費項目（CKSF2010015）。

程永輝（1977-），男，山東博興人，高級工程師，主要從事環(huán)境巖土工程及離心模型試驗技術(shù)方面的研究，（電話）027-82827141（電子信箱）chengyh＠m(xù)ail.crsri.cn。