科技日报记者 付丽丽
工程安全不仅关乎工程本身的效益发挥和使用寿命，更直接关系到人员的生命安全和社会的和谐稳定。早期工程师们主要依靠常规缩尺物理模型和数学计算进行研究，结果证明，它没办法反映原型真实的应力，误差极大。1869年，法国人提出了土工离心机概念，利用人造超重力场，模拟原型的受力状态。1931年，首台土工离心机在美国建成。
随后，世界范围内掀起了建设土工离心机的热潮，但我国当时并没有实力建设这样一个超级装备。直到上个世纪80年代，我国土工离心机的建设才逐渐实现。1991年，在老一辈岩土人的努力下，中国水科院建成了当时亚洲最大的土工离心机，实现了我国在岩土工程物理模拟装备领域从跟跑到并跑的转变。
随着我国基建规模的不断扩大，工程建设条件日益复杂，原来的离心机已无法满足现代工程建设的需要。2009年，中国水科院岩土所提出建设双1000土工离心试验平台的设想。
双1000指的是什么？这要从土工离心机的性能说起。决定离心机模拟能力的主要有容量和加速度两个指标。容量越大，模拟大型工程和复杂结构的能力会显著增强，伴随而来的，是离心机本身的设计难度、建造难度和建设费用将成指数倍增加；而加速度越快，不但可实现用小模型模拟大工程的目的，更为重要的是可用小剂量的爆破能量模拟高能量的爆破效果。经过反复论证和调研，中国水科院岩土所提出了双1000离心试验平台（即由加速度为1000g的高速离心机和容量为1000g-ton的巨型离心机组成）的建设方案，这在当时是跨越性地突破。在彼时世界范围内，高速离心机能够达到的加速度的设计值是600g，而实际运行的最高纪录是350g，实际能达到1000g-ton模拟容量的巨型离心机也未有实证。
没有现成经验可以借鉴，难题接踵而至。首先是技术问题，以离心机基础的振动问题为例。直观来讲，1000g的加速度是1分钟旋转633次，也就是1秒旋转10次有余。1公斤的不平衡，在1000g的超重力下，就会变成1吨的不平衡，这个近百吨的设备1秒转10次，设备强度、稳定性稍有不慎就会造成灾难性的破坏。为了解决高速旋转带来的基础振动问题，中国水科院岩土所反复攻关，最终采取了加深基础、强化周边回填、加强设备与基础结构有机连接等一系列设计与施工综合措施，让离心机有一个稳固的底盘，从而保证了离心机平稳运转。
离心机配套冷却工程也是制约离心机建设的技术难题。由于转臂的高速旋转，会造成试验舱内的温度极速上升，设备和模型测试系统都无法承受，必须采取冷却措施，经过多番讨论，借鉴以往离心机的运行经验，并经过多种冷却方案的比较分析，最终选择了水冷壁+空冷综合温控措施，有效解决了冷却降温难题。
此外，要在高速旋转下，实现爆破模拟，并确保设备毫发无损，必须要通过测量、分析、控制等多重技术手段，巧妙地解决这些问题。这其中还有个极难的问题，那就是高加速度场中，普通的传感器根本没办法工作，常规数据采集也难以实现。为此，专家们提出了类似飞机上黑匣子的数据采集装置，较好地解决了高加速度条件下试验数据采集问题。
双1000土工离心试验平台面向国家重大战略需求而建设，它把人类对超重力场的认知拓展到千倍的重力加速度，它不但可以用于模拟300m级高坝的工作性状，还可以模拟深厚覆盖层地基在地震作用下的破坏程度，支撑重大工程的防爆安全研究，还原千米之下深地深海的高应力状况等。
经过10多年艰苦研发，中国水科院岩土所建成了世界上目前综合性能指标最优的土工离心试验平台，为提升我国水利工程模拟试验水平，保障工程的安全平稳运行提供坚实的支撑。目前，双1000土工离心试验平台已向全世界科学家开放。
