2024年暑期，長(zhǎng)安大學(xué)引進(jìn)的英國(guó)Broadbent公司先進(jìn)GB GT150/3.0m大型土工離心機(jī)物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)在完成工廠整機(jī)開機(jī)測(cè)試后順利交貨并開始安裝調(diào)試準(zhǔn)備工作。該項(xiàng)目屬于交鑰匙工程，除了土工離心機(jī)主體本身以外，還配置了多個(gè)機(jī)載巖土測(cè)試裝置，投入使用后即可以開展多個(gè)方向的科學(xué)研究。
離心機(jī)在工廠整機(jī)開機(jī)測(cè)試視頻截圖
建設(shè)離心機(jī)實(shí)驗(yàn)室是一項(xiàng)綜合而復(fù)雜的任務(wù)，需考慮設(shè)備選型、環(huán)境調(diào)控與安全規(guī)范，確保運(yùn)行安全與實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確，要求供應(yīng)商提供全方位、高集成度的解決方案。鑒于學(xué)科的科研創(chuàng)新需求，項(xiàng)目還需定制配套設(shè)備，這對(duì)供應(yīng)商的技術(shù)、協(xié)調(diào)效率及售后服務(wù)構(gòu)成全面挑戰(zhàn)。
科研資金承載著國(guó)家期望，我們深知責(zé)任重大。歐美大地專業(yè)團(tuán)隊(duì)與長(zhǎng)安大學(xué)深入交流，優(yōu)化技術(shù)細(xì)節(jié)與配置方案，力求在性能參數(shù)、解決方案協(xié)調(diào)、售后服務(wù)及性價(jià)比上滿足甚至超越項(xiàng)目需求。長(zhǎng)安大學(xué)在進(jìn)行了大量的市場(chǎng)調(diào)研和實(shí)地考核后，引進(jìn)歐美大地Broadbent大型土工離心機(jī)物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)。
簽約后，歐美大地專案小組緊密監(jiān)控項(xiàng)目進(jìn)度，協(xié)助用戶進(jìn)行場(chǎng)地準(zhǔn)備等前期工作，確保系統(tǒng)按期交付。2024年9月，總重量超過25噸，體積龐大且超寬的大型土工離心機(jī)物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)交貨，歐美大地克服困難最終將這臺(tái)龐然大物安全運(yùn)送至用戶實(shí)驗(yàn)室。
大型土工離心機(jī)物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)抵學(xué)校場(chǎng)地
大型土工離心機(jī)物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)是一套大型室內(nèi)巖土工程超重力縮比模型模擬測(cè)試平臺(tái)整體解決方案，整合了縮比模型力學(xué)場(chǎng)、降雨、施工過程、動(dòng)靜態(tài)加載、試驗(yàn)前期準(zhǔn)備工具等，為巖土工程研究提供分析巖土介質(zhì)在復(fù)雜靜態(tài)或動(dòng)態(tài)應(yīng)力場(chǎng)下的物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)試手段，為研究人員洞悉巖土體多場(chǎng)多相耦合災(zāi)變?nèi)^程提供強(qiáng)有力支撐。
大型土工離心機(jī)物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)是多個(gè)室內(nèi)巖土工程測(cè)試子系統(tǒng)的有機(jī)集合體，包括以下幾個(gè)主要組成部分：
主系統(tǒng)：超重力土工離心機(jī)系統(tǒng)
巖土重力加速模擬系統(tǒng)（超重力土工離心機(jī)系統(tǒng)）：系統(tǒng)最大容量150g.t，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)半徑3.0m，最大負(fù)荷1000kg，最大離心加速度200g。
3m 150g-噸 土工梁離心機(jī)-GB GT150/3.0m
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吊籃有效載荷
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150 GT
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吊籃平臺(tái)半徑
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3.0m
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有效荷載半徑
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2.6m
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吊籃最大尺寸
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寬=1.0m（圓周方向）
高=0.9m（垂直方向）
長(zhǎng)=1.2m（徑向）
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最小加速度
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10g，1000kg（轉(zhuǎn)速58 RPM）
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典型加速度
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150g，1000kg（轉(zhuǎn)速227 RPM）
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最大加速度
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200g，750kg轉(zhuǎn)速262 RPM）
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自動(dòng)平衡能力
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+/- 30kN
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平衡力分辨率
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+/-1kN
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最大剩余不平衡力
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+/-50kN
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驅(qū)動(dòng)電機(jī)
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160 kW，460V - 4 極 – 3 相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)
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子系統(tǒng)一：48通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于高重力作業(yè)，基于Windows數(shù)字化，多通道離心機(jī)轉(zhuǎn)臂安裝，用于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)采集和控制，各測(cè)量模塊可進(jìn)行自由組合測(cè)量，可測(cè)量動(dòng)態(tài)電壓，應(yīng)變，振動(dòng)，溫度等多種動(dòng)態(tài)信號(hào)。
子系統(tǒng)二：電機(jī)伺服四維機(jī)械手裝置
用于自動(dòng)模擬各種工程進(jìn)展，3+1自由度，可以在X、Y、Z三個(gè)方向自由運(yùn)動(dòng)，此外還增加一個(gè)扭轉(zhuǎn)作動(dòng)器提供扭轉(zhuǎn)自由度，可以施加扭力，裝上相對(duì)應(yīng)的刀具可以模擬鉆孔、掘進(jìn)等工況。
機(jī)械手是在土工離心機(jī)實(shí)驗(yàn)過程中模擬各種工程工況（比如打樁、壓樁、拔樁，邊坡支護(hù)、CPT靜力觸探勘測(cè)、各方向加載、鉆孔等）的首要利器，在預(yù)先編好操作程序后，可以全自動(dòng)執(zhí)行各種規(guī)定動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)在線驅(qū)動(dòng)有效載荷運(yùn)動(dòng)并進(jìn)行有效工作。
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四個(gè)自由度 X, Y, Z,θ
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設(shè)計(jì)重力環(huán)境：≥50g
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每個(gè)自由度都是數(shù)字伺服控制
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帶數(shù)字界面接口板的控制器和驅(qū)動(dòng)器安裝在離心機(jī)上，通過無線網(wǎng)絡(luò)集線器控制機(jī)械手的數(shù)字伺服控制器
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直觀而且易于操作的機(jī)械手控制軟件
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操作方便性：機(jī)械手平臺(tái)以及離心機(jī)隨機(jī)控制器都采用快速拆卸方式設(shè)計(jì)，不使用的時(shí)候可以快速?gòu)碾x心機(jī)拆卸，延長(zhǎng)機(jī)械手使用壽命。
子系統(tǒng)三：微型土工離心機(jī)靜力觸探儀
靜力觸探儀及全流動(dòng)貫入儀：用于超重力縮比模型現(xiàn)場(chǎng)勘探測(cè)試。
靜力觸探試驗(yàn)（CPT）是一種確定土的巖土工程特性和劃分土層的方法。 我們采用專門用于物理模型試驗(yàn)的微型靜力觸探儀。它是采用最先進(jìn)的數(shù)控車床和銑床進(jìn)行精密加工而成，外徑為12mm，錐尖有一個(gè)60°的錐角。該CPT設(shè)計(jì)能夠提供最大5kN的豎向摩阻力(錐尖阻力)，適合在一個(gè)典型的離心模型試驗(yàn)中獲取土層應(yīng)力。
CPT
（a）總體結(jié)構(gòu)
（b）安裝完成的CPT
（c）安裝于TBS二維作動(dòng)器上的CPT
在超重力土工離心機(jī)模擬降雨過程，降雨強(qiáng)度完全可控，可以研究黃土邊坡降雨沖蝕滲流效應(yīng)、地下水位變化所引起的巖土災(zāi)害問題。
水-力耦合效應(yīng)主要是在采用土工離心機(jī)在縮比土工模型中通過超重力離心加速度產(chǎn)生和原型同樣的力學(xué)條件的情況下，再通過其他方法改變模型里面的水力狀況，比如人工降雨等，研究降雨對(duì)巖土工程的影響，特別是模擬降雨所引起的滑坡、泥石流現(xiàn)象等。用于降雨+地震多災(zāi)種耦合作用下，邊坡、泥石流、高土塌方、潰壩等自然災(zāi)害模擬實(shí)驗(yàn)研究。
超重力降雨模擬設(shè)備是在超重力土工離心機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加人工降雨設(shè)備，實(shí)現(xiàn)在超重力土工縮比模型中模擬自然界降雨的情景。因?yàn)榻涤暝O(shè)備要結(jié)合已有的超重力土工離心機(jī)以及其他設(shè)備一起聯(lián)合工作，所以所有部件都要進(jìn)行抗高重力加速度的設(shè)計(jì)和加強(qiáng)處理，同時(shí)還要實(shí)現(xiàn)降雨和其他力學(xué)加載聯(lián)合實(shí)驗(yàn)功能。
本套超重力降雨模擬設(shè)備將包括以下幾個(gè)組成部分：1. 多級(jí)水-氣混合撒雨器；2. 水、氣旋轉(zhuǎn)接頭與壓力供應(yīng)系統(tǒng)； 3. 特種降雨吊籃（模型箱）。
多級(jí)水-氣混合灑雨器及降雨吊籃整體裝配圖
子系統(tǒng)五：超重力一維伺服動(dòng)態(tài)加載裝置
及振動(dòng)測(cè)試平臺(tái)(振動(dòng)臺(tái))
可以在超重力離心機(jī)內(nèi)模擬動(dòng)靜態(tài)加載，以及模擬地震震動(dòng)，研究土動(dòng)力學(xué)。
一維動(dòng)態(tài)加載作動(dòng)器主要用于施加豎向荷載來測(cè)試地基承載力，來研究樁土及其他結(jié)構(gòu)之間的相互作用。不同的垂直加載方式可以通過預(yù)先編程來實(shí)現(xiàn)線性加載、周期加載、分級(jí)加載及循環(huán)加載。也可以采用水平安裝方式，模擬水平動(dòng)態(tài)荷載的施加。單通道可編程控制的數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)器，通過預(yù)先編好的配置文件發(fā)送運(yùn)動(dòng)命令，通過以太網(wǎng)通訊進(jìn)行模擬控制或交互控制，可以施加正弦波、方波、三角波、隨機(jī)波，甚至是地震波。
土工離心機(jī)直線電機(jī)高頻水平振動(dòng)臺(tái)
振動(dòng)臺(tái)高頻地震波重現(xiàn)結(jié)果
子系統(tǒng)六：超重力試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖?/strong>
數(shù)量不少于3個(gè)，分別可用于普通應(yīng)用、振動(dòng)滑臺(tái)應(yīng)用、PIV應(yīng)用等。
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1個(gè)普通剛性模型箱，用于一般用途，可以容納巖土重力加速模擬系統(tǒng)滿載負(fù)荷；
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多層剪切巖土模型箱一個(gè)，內(nèi)部尺寸≥500X400mm，高度≥400m，層數(shù)≥15層；
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PIV專用模型箱一個(gè)，為一個(gè)測(cè)面透明的剛性模型箱，可以采用攝像頭監(jiān)測(cè)試樣的變形和運(yùn)動(dòng)矢量。
作為一項(xiàng)交鑰匙工程，該系統(tǒng)的順利落成預(yù)示著學(xué)?？蒲心芰Φ娘@著提升。設(shè)備一旦投入使用，將立即為長(zhǎng)安大學(xué)在巖土工程、地質(zhì)工程、材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)以及防災(zāi)減災(zāi)等多個(gè)研究方向提供強(qiáng)有力的實(shí)驗(yàn)支持，推動(dòng)跨學(xué)科研究的深入發(fā)展，加速科研成果的轉(zhuǎn)化與應(yīng)用。
歐美大地有能力承接復(fù)雜的定制化大型項(xiàng)目，能夠根據(jù)使用者需求，量身定制高品質(zhì)、高性價(jià)比的綜合解決方案，且方案靈活多變，既可提供原裝進(jìn)口的尖端設(shè)備，也能將進(jìn)口設(shè)備與個(gè)性化改造完美融合，更能根據(jù)用戶獨(dú)特需求，設(shè)計(jì)并制造專屬的定制系統(tǒng)。
