中国·永利y23455(股份)有限公司

设备验收现场

大型超重力土工离心机测试平台 现场调试

安装于实验室现场的离心机主机

大型超重力土工离心机测试平台

生产安排及准备

建设大型超重力土工离心机测试平台是一项综合而复杂的任务，需考虑设备选型、环境调控与安全规范，确保运行安全与实验准确，要求供应商提供全方位、高集成度的解决方案。永利y23455专业团队与长安大学深入交流，优化技术细节与配置方案，力求在性能参数、解决方案协调、售后服务及性价比上满足甚至超越项目需求。长安大学在进行了大量的市场调研和实地考核后，引进永利y23455Broadbent大型超重力土工离心机测试系统。

英国BROADBENT公司始建于1864年（最早的离心机制造业始于1875年），是历史悠久的离心机和旋转仪器的制造商。BROADBENT已生产供应了超过一万台离心机，并且在设计、制造、监测、服务等操作过程中严格遵循国际质量认证标准ISO9001:2000。

签约后，永利y23455专案小组紧密监控项目进度，确保系统按期交付。2024年8月，长安大学引进的英国Broadbent公司GB GT150/3.0m大型土工离心机物理模拟试验系统在完成工厂整机开机测试，测试结果良好，满足交货要求。

离心机出厂前整机开机测试

大型土工离心机物理模拟试验系统运抵学校场地

基础施工及安装

基础开挖

基础及侧墙钢筋绑扎

离心机底盘锚固安装

离心机吊装机械安装

电控系统安装

安全防护门安装

大型超重力土工离心机测试平台

实验室布局

大型超重力土工离心机测试平台所需试样场地主要分为“试验大厅”和“监控及控制室”。

试验大厅中设置离心机实验室，实验室采用钢筋混凝土砌筑。实验室内部放置离心机主机，配有通风管道、电缆井等配套设置，同时还安装了高清监测摄像头、生物感知探头、高强度防护门，最大限度保证试验过程安全。实验室外部放置离心机控制面板、变频器、空压机等配套设施，均设置高清摄像头进行实时监控。

试验大厅及离心机实验室外部

实验室内部及离心机主机

离心机设备变频器及室外楼梯

离心机plc控制面板

离心机监控及控制室

离心机操作终端

操作软件

实时监控画面

大型超重力土工离心机测试平台

主系统介绍及试运行

岩土离心机是唯一用于在实验室产生加速环境的手段。加载状态的土工物理模型帮助设计工程师更好地了解实际的建筑工程在同等应力状态下的土力学特征。离心模型试验被当作是目前一个最有效的研究土壤在复杂的静态或动态应力场下的物理性能的方法。

土的基本力学性能是高度非线性的，而且很大程度上取决于应力条件。重力缩比离心模型技术来进行岩土工程研究最大的优势是可以模拟材料本身的重力。

通过在土层样品上施加离心力可以在一个小的试验模型上产生应力，从而可以模拟出重力在真正的土层原型中产生的影响，预测未来岩土地质工程基础变化，获知对主要而复杂的建筑项目构成威胁的地质因素。

应用包括：边坡稳定度扩散、拦水工程结构、渗流、堤坝、地震、地基、海浪冲击、基桩和土层的相互作用、污染物的扩散、隧道、冷冻和解冻、热传导、深层采矿的影响等多方面研究。

Broadbent离心机主机各角度一览

24RPM，1.9g测试结果及运行状态

93RPM，29g测试结果及运行实拍

262rpm，230g测试结果及运行实拍

大型超重力土工离心机测试平台

子系统介绍

大型超重力土工离心机测试平台整合了缩比模型力学场、降雨、施工过程、动静态加载、试验前期准备工具等，为岩土工程研究提供分析岩土介质在复杂静态或动态应力场下的物理力学性质测试手段，为研究人员洞悉岩土体多场多相耦合灾变全过程提供强有力支撑。

大型土工离心机物理模拟试验系统是多个室内岩土工程测试子系统的有机集合体，包括以下主要子系统：

离心机机载数据采集系统

用于自动模拟各种工程进展，3+1自由度，可以在X、Y、Z三个方向自由运动，此外还增加一个扭转作动器提供扭转自由度，可以施加扭力，装上相对应的刀具可以模拟钻孔、掘进等工况。

机械手是在土工离心机实验过程中模拟各种工程工况（比如打桩、压桩、拔桩，边坡支护、CPT静力触探勘测、各方向加载、钻孔等）的首要利器，在预先编好操作程序后，可以全自动执行各种规定动作，实现在线驱动有效载荷运动并进行有效工作。

技术特点：四个自由度 X, Y, Z,θ，设计重力环境：≥50g，每个自由度都是数字伺服控制；带数字界面接口板的控制器和驱动器安装在离心机上，通过无线网络集线器控制机械手的数字伺服控制器；直观而且易于操作的机械手控制软件；操作方便性：机械手平台以及离心机随机控制器都采用快速拆卸方式设计，不使用的时候可以快速从离心机拆卸，延长机械手使用寿命。

电机伺服四维机械手 4D-Robot

静力触探仪及全流动贯入仪：用于超重力缩比模型现场勘探测试。

静力触探试验（CPT）是一种确定土的岩土工程特性和划分土层的方法。我们采用专门用于物理模型试验的微型静力触探仪。它是采用最先进的数控车床和铣床进行精密加工而成，外径为12mm，锥尖有一个60°的锥角。该CPT设计能够提供最大5kN的竖向摩阻力(锥尖阻力)，适合在一个典型的离心模型试验中获取土层应力。

土工离心机CPTU静力触探装置

在超重力土工离心机模拟降雨过程，降雨强度完全可控，可以研究黄土边坡降雨冲蚀渗流效应、地下水位变化所引起的岩土灾害问题。

水-力耦合效应主要是在采用土工离心机在缩比土工模型中通过超重力离心加速度产生和原型同样的力学条件的情况下，再通过其他方法改变模型里面的水力状况，比如人工降雨等，研究降雨对岩土工程的影响，特别是模拟降雨所引起的滑坡、泥石流现象等。用于降雨+地震多灾种耦合作用下，边坡、泥石流、高土塌方、溃坝等自然灾害模拟实验研究。

超重力降雨模拟设备是在超重力土工离心机系统的基础上，增加人工降雨设备，实现在超重力土工缩比模型中模拟自然界降雨的情景。因为降雨设备要结合已有的超重力土工离心机以及其他设备一起联合工作，所以所有部件都要进行抗高重力加速度的设计和加强处理，同时还要实现降雨和其他力学加载联合实验功能。

本套超重力降雨模拟设备将包括以下几个组成部分：多级水-气混合撒雨器；水、气旋转接头与压力供应系统；特种降雨吊篮（模型箱）。

可以在超重力离心机内模拟动静态加载，以及模拟地震震动，研究土动力学。

一维动态加载作动器主要用于施加竖向荷载来测试地基承载力，来研究桩土及其他结构之间的相互作用。不同的垂直加载方式可以通过预先编程来实现线性加载、周期加载、分级加载及循环加载。也可以采用水平安装方式，模拟水平动态荷载的施加。单通道可编程控制的数字伺服驱动器，通过预先编好的配置文件发送运动命令，通过以太网通讯进行模拟控制或交互控制，可以施加正弦波、方波、三角波、随机波，甚至是地震波。

一维加载作动器及振动测试平台

振动台高频地震波重现结果

桩/土相互作用的粒子图像测速（PIV）和近景摄影

模型箱数量不少于3个，分别可用于普通应用、振动滑台应用、PIV应用等。将不同超重力试验模型箱固定在离心机吊篮上可用于多种试验研究。

（1）1个普通刚性模型箱，用于一般用途，可以容纳岩土重力加速模拟系统满载负荷；

（2）多层剪切岩土模型箱一个，内部尺寸≥500X400mm，高度≥400m，层数≥15层；

（3）平面应变模型箱一个，为一个侧面透明的刚性模型箱，可以采用摄像头监测试样的变形和运动矢量。

轴对称载荷桶

平面应变模型箱

多层剪切岩土模型箱

普通刚性模型箱

大型超重力土工离心机测试平台验收

验收会议现场

评审专家现场验收

岩土体多场多相耦合灾变过程三维物理模型试验装置（暨大型超重力土工离心机测试平台）是长安大学黄土科学全国重点实验室的标志性设备，该设备最大负荷1500kg，典型加速度为150g，最大加速度可达200g以上，是国际领先的超重力缩比模型试验核心装置。

系统由Broadbent主离心机平台与多个智能子系统构成多物理场耦合试验体系，包括四维机械手、高频振动台、超重力降雨模拟器、PIV监测、静力触探等，支持静态/动态全尺度灾变过程模拟。其突破性在于：

1、多场多相耦合灾变重现能力

通过150gt超重力环境精准复现岩土体应力场，集成地震模拟、人工降雨系统、污染物迁移等多相耦合试验功能，攻克了实验室无法还原复杂地质灾变过程的难题。

2、智能操作与高精度监测

国际领先的四维机械手，在超重力环境下自动执行打桩、触探、加载等复杂操作；48通道机载数据采集系统与PIV粒子图像测速技术，实现千点位非接触式变形监测。

3、全场景工程应用覆盖

支持边坡失稳、地震液化、隧道渗流、冻融侵蚀等多种灾变模拟，可为西北地区重大工程提供关键技术验证平台。