2024年暑期，長安大學(xué)引進(jìn)的英國Broadbent公司先進(jìn)GB GT150/3.0m大型土工離心機物理模擬試驗系統(tǒng)在完成工廠整機開機測試后順利交貨并開始安裝調(diào)試準(zhǔn)備工作。該項目屬于交鑰匙工程，除了土工離心機主體本身以外，還配置了多個機載巖土測試裝置，投入使用后即可以開展多個方向的科學(xué)研究。
建設(shè)離心機實驗室是一項綜合而復(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，確保運行安全與實驗準(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，項目還需定制配套設(shè)備，這對供應(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)。
科研資金承載著國家期望，我們深知責(zé)任重大。歐美大地專業(yè)團隊與長安大學(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)及性價比上滿足甚至超越項目需求。長安大學(xué)在進(jìn)行了大量的市場調(diào)研和實地考核后，引進(jìn)歐美大地Broadbent大型土工離心機物理模擬試驗系統(tǒng)。
簽約后，歐美大地專案小組緊密監(jiān)控項目進(jìn)度，協(xié)助用戶進(jìn)行場地準(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物理模擬試驗系統(tǒng)交貨，歐美大地克服困難最終將這臺龐然大物安全運送至用戶實驗室。
大型土工離心機物理模擬試驗系統(tǒng)運抵學(xué)校場地
大型土工離心機物理模擬試驗系統(tǒng)是一套大型室內(nèi)巖土工程超重力縮比模型模擬測試平臺整體解決方案，整合了縮比模型力學(xué)場、降雨、施工過程、動靜態(tài)加載、試驗前期準(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)或動態(tài)應(yīng)力場下的物理力學(xué)性質(zhì)測試手段，為研究人員洞悉巖土體多場多相耦合災(zāi)變?nèi)^程提供強有力支撐。
大型土工離心機物理模擬試驗系統(tǒng)是多個室內(nèi)巖土工程測試子系統(tǒng)的有機集合體，包括以下幾個主要組成部分：
主系統(tǒng)：超重力土工離心機系統(tǒng)
巖土重力加速模擬系統(tǒng)（超重力土工離心機系統(tǒng)）：系統(tǒng)最大容量150g.t，旋轉(zhuǎn)平臺半徑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-GB GT150/3.0m
吊籃有效載荷
| 150 GT
|
吊籃平臺半徑
| 3.0m
|
有效荷載半徑
| 2.6m
|
吊籃最大尺寸
| 寬=1.0m（圓周方向）
高=0.9m（垂直方向）
長=1.2m（徑向）
|
最小加速度
| 10g，1000kg（轉(zhuǎn)速58 RPM）
|
典型加速度
| 150g，1000kg（轉(zhuǎn)速227 RPM）
|
最大加速度
| 200g，750kg轉(zhuǎn)速262 RPM）
|
自動平衡能力
| +/- 30kN
|
平衡力分辨率
| +/-1kN
|
最大剩余不平衡力
| +/-50kN
|
驅(qū)動電機
| 160 kW，460V - 4 極 – 3 相感應(yīng)電動機
|
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)計用于高重力作業(yè)，基于Windows數(shù)字化，多通道離心機轉(zhuǎn)臂安裝，用于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)采集和控制，各測量模塊可進(jìn)行自由組合測量，可測量動態(tài)電壓，應(yīng)變，振動，溫度等多種動態(tài)信號。
用于自動模擬各種工程進(jìn)展，3+1自由度，可以在X、Y、Z三個方向自由運動，此外還增加一個扭轉(zhuǎn)作動器提供扭轉(zhuǎn)自由度，可以施加扭力，裝上相對應(yīng)的刀具可以模擬鉆孔、掘進(jìn)等工況。
機械手是在土工離心機實驗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、各方向加載、鉆孔等）的首要利器，在預(yù)先編好操作程序后，可以全自動執(zhí)行各種規(guī)定動作，實現(xiàn)在線驅(qū)動有效載荷運動并進(jìn)行有效工作。
四個自由度 X, Y, Z,θ
設(shè)計重力環(huán)境：≥50g
每個自由度都是數(shù)字伺服控制
帶數(shù)字界面接口板的控制器和驅(qū)動器安裝在離心機上，通過無線網(wǎng)絡(luò)集線器控制機械手的數(shù)字伺服控制器
直觀而且易于操作的機械手控制軟件
操作方便性：機械手平臺以及離心機隨機控制器都采用快速拆卸方式設(shè)計，不使用的時候可以快速從離心機拆卸，延長機械手使用壽命。
靜力觸探儀及全流動貫入儀：用于超重力縮比模型現(xiàn)場勘探測試。
靜力觸探試驗（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60°的錐角。該CPT設(shè)計能夠提供最大5kN的豎向摩阻力(錐尖阻力)，適合在一個典型的離心模型試驗中獲取土層應(yīng)力。
CPT
（a）總體結(jié)構(gòu)
（b）安裝完成的CPT
（c）安裝于TBS二維作動器上的CPT
在超重力土工離心機模擬降雨過程，降雨強度完全可控，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)害模擬實驗研究。
超重力降雨模擬設(shè)備是在超重力土工離心機系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加人工降雨設(shè)備，實現(xiàn)在超重力土工縮比模型中模擬自然界降雨的情景。因為降雨設(shè)備要結(jié)合已有的超重力土工離心機以及其他設(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)計和加強處理，同時還要實現(xiàn)降雨和其他力學(xué)加載聯(lián)合實驗功能。
本套超重力降雨模擬設(shè)備將包括以下幾個組成部分：1. 多級水-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：超重力一維伺服動態(tài)加載裝置
及振動測試平臺(振動臺)
可以在超重力離心機內(nèi)模擬動靜態(tài)加載，以及模擬地震震動，研究土動力學(xué)。
一維動態(tài)加載作動器主要用于施加豎向荷載來測試地基承載力，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)先編程來實現(xiàn)線性加載、周期加載、分級加載及循環(huán)加載。也可以采用水平安裝方式，模擬水平動態(tài)荷載的施加。單通道可編程控制的數(shù)字伺服驅(qū)動器，通過預(yù)先編好的配置文件發(fā)送運動命令，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、隨機波，甚至是地震波。
子系統(tǒng)六：超重力試驗?zāi)Ｐ拖?/strong>
數(shù)量不少于3個，分別可用于普通應(yīng)用、振動滑臺應(yīng)用、PIV應(yīng)用等。
1個普通剛性模型箱，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；
多層剪切巖土模型箱一個，內(nèi)部尺寸≥500X400mm，高度≥400m，層數(shù)≥15層；
PIV專用模型箱一個，為一個測面透明的剛性模型箱，可以采用攝像頭監(jiān)測試樣的變形和運動矢量。
作為一項交鑰匙工程，該系統(tǒng)的順利落成預(yù)示著學(xué)校科研能力的顯著提升。設(shè)備一旦投入使用，將立即為長安大學(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)等多個研究方向提供強有力的實驗支持，推動跨學(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)雜的定制化大型項目，能夠根據(jù)使用者需求，量身定制高品質(zhì)、高性價比的綜合解決方案，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)備與個性化改造完美融合，更能根據(jù)用戶獨特需求，設(shè)計并制造專屬的定制系統(tǒng)。
