安徽地下工程專用模型實驗裝置生產廠家

❶ 大斷面地下結構抗震模型試驗

長期以來,人們對地下結構抗震問題注意不夠,一直認為「地下結構是安全的」。然而1995年1月17日發生在日本的阪神大地震,使神戶市地鐵等各類地下結構均遭受不同程度的破壞,打破了「日本地鐵不可破壞」的神話,充分暴露了地下結構抗震的弱點。因此必須深入研究地下結構地震時的響應規律,對其抗震能力重新進行評估。對地下結構抗震問題的研究,主要採用理論分析與實驗研究相結合的途徑。分析影響地下結構地震響應的因素時,試驗研究是重要的、不可缺少的辦法。然而國內外現有的研究主要集中在一維線性地下結構,大斷面地下結構抗震試驗研究的工作開展得極少。
本文通過開展大斷面地下結構振動台模型試驗,揭示出地震情況下大斷面地下結構的一些動力響凱橋應分布規律。
1 試驗情況
本試驗以人防工程中常用的單層多跨無梁樓蓋結構為研究對象,用有機玻璃製作了9區格的結構模型。結構模型尺寸為60cm×60cm×24cm,其中中柱橫斷面尺寸為1.2cm×1.2cm,頂底板厚度為1.2cm,側牆厚度為5cm。以細干沙模擬場地土,沙層厚度為1m。裝沙箱體尺寸為2.8m×1.2m×1.2m。在MTS振動台上結構分別以36cm(工況1)和洞鄭10cm(工況2)兩種埋深進行了地下結構振動台模型試驗。在土和結構模型的關鍵部位布置了62個測點,其中加速度22個(結構上14個,土中6個,箱體上2個),應變30個(結構上),位移3個(結構上),土壓力7個(土中2個,結構上5個),分水平、豎直、水平與豎直耦合等3種方式輸入阪神(輸入量級0.1g~1.2g)和ELcentro(輸入量級0.1g~1.2g)兩類地震波,主要測得土-結構界面上的動土壓力、加速度、結構的動應變、位移等4種物理量。試驗輸入地震波波形見圖1~3,結構模型測點布置見圖4,試驗用材料參數見表1,各物理量的動力相似關系見表2。
2 試驗結果
2.1 加速度反應
隨著各測點位置的不同,加速度響應差異較大,總體趨勢是:土體和地下結構的加速度都是由低到高逐漸增大,而在同一高程處,土體中的加速度大於結構上的加速度(圖5)。結構頂板的加速度響應比底板大,可達到底板的2.3倍。淺埋時加速度響應值普遍比深埋時大,而且增加的幅度比較大。頂板和側牆上方的放大系數較大,放大作用較強,振動比較激烈。因此,地震時地下結構振動反應最激烈的部位是結構頂板及其兩側牆頂,這些部位需要承受的激振力最大,容易遭受破壞。
2.2 動應變反應
結構頂板的動應變峰值最大,受拉受壓循環變化,反應最小的位於結構底板,以受壓為最大。中柱和側牆都是上下兩端大,中間小,而中柱比側牆動應變大(圖6)。圖7反映的是兩種埋深情況下結構側牆動應變隨荷載輸入強度的變化。由此可見,深埋結構比淺埋結構動應變小得多。這說明地下結構頂部的覆土對結構的地震反應影響很大,埋深越大,覆土對地下結構的約束作用越大,結構對地震荷載的動力響應越小。圖8顯示的是兩種輸入情況下結構中柱的應變情況。由圖8可見,水平與豎直耦合輸入的地震荷載與同級別水平荷載相比,結構的動應變響應顯著增大,因此城市直下型地震對結構的破壞極大,應特別注意預防。
2.3 變形分析
由結構側牆上排列的3個位移計的測量結果可以發現,在地震荷載作用下,周圍場地土的運動會引起結構的變形和運動。由於周圍場地土的運動會發生放大作用,其上下位置變形不一致,使結構也發生相應的變形。結構的變形隨輸入荷載的增大而增大。結構上部的變形大,下部的變形小,結構由原來的矩形變成了平行四邊形。且結構中柱和側牆的上下端動應變和位移都比中間大,這說明地下結構的上下牆角和上下柱角最容易遭到地震的破壞。
2.4 應力分析
就結構各點應力大小來看,結構頂板的角隅處,支柱頂端和底端以及靠近底板的角隅處,應力較大,比較危險,需要在設計和施工時著重注意。
3 結 論
(1)由於地下結構的振動變形受周圍場地土的約束作用十分顯著,因此地下結構的振動特性受埋深的影響很大,淺埋結構比深埋結構的動力響應大(特別是動應變)。這說明淺埋結構比深埋結構在地震時更易遭到破壞。
(2)地震荷載的豎直分量對結構的動力響應,包括加速度、動應變都有顯著的影響,特別是對結構中柱動應變的影響很大。同時結構中柱的動力響應又比側牆大,由此可推斷阪神地震地鐵車站破壞的主要原因有:①阪神地納孫頌震波的主頻率比較低,低頻成分較多。②阪神地震中地震波的垂直分量比較大,這使得地鐵車站的重要構件———中柱內力大大增大,造成中柱破壞,最終導致結構的破壞。
(3)結構的動力響應與輸入加速度峰值近似成線性關系,而隨著激勵振幅的增加,土的共振頻率和振幅減小,場地土顯示出較強的非線性特性。

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❷ EAST的EAST科研團隊

[科學時報 鄭千里 報道]繼2006年9月首次成功放電後，我國「人造太陽」實驗裝置——位於合肥的全超導非圓截面核聚變實驗裝置（EAST）1月14日23時01分至15日1時連續放電4次，單次時間長約50毫秒，從而標志著第二輪物理實驗的開始。 本報記者 保婷婷/攝
聚變曙光耀東方
一位長者，清癯，精瘦。然而，他的言辭卻讓人感受到其中的睿智與分量。2007年3月1日，為超導托卡馬克核聚變實驗裝置EAST在合肥進行國家工程竣工驗收的就是這位長者萬元熙。他代表EAST工程指揮部作了報告：與國外同類裝置相比，我們已建成的裝置使用資金最少、建設速度最快、自主創新最多。完全可以樂觀地預見，EAST的成功建造和運行，將為中國磁約束核聚變研究的下一步計劃奠定物理、工程技術和人才隊伍的堅實基礎！
「未來高效聚變堆必須穩態運行，因此實現托卡馬克穩態運行的工程和物理問題成為托卡馬克的前沿研究領域；全超導托卡馬克是實現穩態運行最必要的工程技術基礎之一；世界上還沒有全超導托卡馬克；我們及時向國家提出了建造先進全超導托卡馬克計劃。」 萬元熙追溯。
他的報告獲得熱烈的掌聲。蒞臨的國家發改委副主任張曉強稱EAST的建設成功，「是向和平利用聚變能邁出的重要一步，也是中國科技工作者對世界科技發展作出的重要貢獻！」
「十年磨劍終成器，聚變曙光耀東方」，中國科學院常務副院長白春禮在致詞里，更是言簡意賅地作了點題。
太陽發出的能量來自氫原子核。氫原子核相互作用，發生核聚變，釋放出光和熱。如果發明一種裝置，它不僅能承受上億攝氏度的高溫，還能控制氘和氚聚變穩定持續輸出能量，無異於發明「人造太陽」，為人類提供無限清潔的能源。受控熱核聚變反應的途徑之一，就是製造托卡馬克磁容器。科學家在該裝置上研究發現，可以把氘氚的聚變燃料加熱到幾億攝氏度的高溫區，然後發生大量聚變反應。
「稱我們的EAST是人造太陽，可能會造成公眾的曲解。EAST進行的與未來聚變堆相關的工程和物理問題的探索性實驗研究，是要為未來穩態、安全、高效先進聚變堆的物理和工程技術基礎作貢獻，但要建造在地球上的受控熱核聚變反應堆或核聚變電站，能像太陽一樣通過核聚變反應放出能量，進而實現商業化發電，那大約是50年後的事。」萬元熙實事求是地解釋。
EAST是英文Experimental Advanced Superconcting Tokamak（實驗的、先進的超導托卡馬克）的縮寫，原意「東方」。它從1998年國家批准立項到今天通過驗收，如吸收天地山川之精華，今天才噴薄於東方的地平線。中科院等離子體物理研究所的團隊通過10年頑強拼搏，正在托起和明天一樣輝煌的太陽。
萬元熙：老驥引領「新潮流」
雖然年齡68，萬元熙心態依然年輕，「我提出很多大膽的改革思路，年輕人說我不像是位老同志。我引領『新潮流』，是所里第一個貸款買車的。」
天柱山，「自己開車想上哪就上哪，多自由、多瀟灑呀！」
早年所里分房，萬元熙廢除了領導加分的老規定，根據所里未來的發展需求，把全所人員分成不同的群組，按其對所里的貢獻打分，誰分數高誰就優先挑選房子，「群眾有自己辨別是非的能力，比如李建剛所長當時還只是個小年輕，打分下來他排隊很靠前，自然就分到了房子，現在也確實證明了他是研究所的中堅力量」。
萬元熙認為骨幹隊伍的穩定和凝聚牽一發而動全身，要靠感情動人、待遇留人、事業凝人。「1995年，所里遴選出15位大家公認的學科和技術帶頭人，給他們每人發一張銀行卡，每個月打進1000元錢。當時研究所經濟拮據，造成一些人才因囊中羞澀而流失，我們採取這一措施是痛下決心。一些骨幹拿到這1000元錢，說這樣要『玩命』時在老婆孩子面前也硬氣了。」
和諧社會，應該人盡其才，才得其酬。「既然我是所長，就得對決策承擔責任。關鍵崗位上的熟練技工收入能否比研究員還高？關鍵要看他對研究所發展的貢獻。誰要吊兒郎當我也會拍桌子，當然事後我也會道歉。『上山下鄉』那年月我啥苦頭沒吃過？我與任何人都可以很好地溝通。」
「理論物理講究做事出發點不能錯，工程要為物理研究服務，不要本末倒置，因強調工程的難度而影響實驗。所有工作都要落到實處，二級項、三級項，談得再漂亮也不行，先跟我談零級項。一定要先判斷出最清晰的需求。」聽萬元熙這么「強硬」的口氣，誰能相信他是胃切除4/5，至今還留有心肌梗塞病灶的人？
「很多決策包含著風險，如果硬要給我上綱上線，可能我就犯錯誤了，若不給我上綱上線，人家就說我英明決策。」 萬元熙笑曰。
早在20多年前，萬元熙就參加過托卡馬克的國際會議，「以前我們與發達國家有很大差距，出國口袋裡沒有一點錢，根本談不上社交」。
2006年10月在成都舉行的國際聚變能會議，萬元熙作了開幕式上的第一個報告，題為Overview of Progress of EAST Project and Future Plan。按過去的慣例，這一般都是由世界上最先進的聚變研究所作報告。報告結束後大家熱烈提問，第二個提問的是美國教授Goldstone，他過去參加國際大會都會坐在第一排，都會提出非常尖銳的問題，但他這次卻站了起來說：「我建議我們全體起立，為中國的EAST熱烈鼓掌祝賀！」
在國際聚變能的類似大會上，以前還沒有發生過700多位與會代表一起，為某項科研成就的取得熱烈鼓掌，這次大家卻為EAST的成就共同鼓掌充分說明，我國科學家已成為該研究領域的VIP。
過去托卡馬克裝置多半是圓截面，但後來理論證明非圓截面的效果更好。萬元熙生平作的「最冒險」決定，就是要做全超導、非圓截面托卡馬克。「我的冒險有理論根據。一是世界上已經有模型線圈作了相關實驗，證明托卡馬克可以承受一定量的快速磁通變化；二是物理上也有其他可採用的辦法，能夠用來降低超導托卡馬克對其快速磁通變化的要求。就像是走路，如果前頭是一面牆，人肯定穿越不過，但即使前面只有一條小路，人也能夠通過，如果這面牆是紙糊的，人就很容易穿越。」
武松濤：陽光十足地「修行」
武松濤是等離子體所副所長，EAST的裝置主機負責人。「我1983年華中工學院畢業，專業是光學工程，如果始終停留在原有專業就走不到今天。大學只能是『師傅引進門』，工作上『修行』的道路更漫長，要在等離子體所干好就必須懂得聚變，到處找這方面的書自學。」
武松濤找到一本《受控熱核聚變實驗裝置概論》。油印講義因年代久遠已卷邊發毛，但扉頁上「中國科學技術大學四系」「一九七九年十二月」字樣尚清晰可辨，「不記得當時是向誰借的，它只有上本沒有下本，我得到後如獲至寶，通宵達旦地看了好幾遍。」
武松濤參與聚變實驗裝置建設是在1990年。他寫的《HT-7主機改造工程的組織、協調與管理》發表在《科研管理》上。HT-7裝置建造成功後又及時提出建造超導托卡馬克EAST裝置。「中科院希望能有年輕的科研人員參與項目，所領導到院里匯報工作有年輕人他們就高興，如果只是所領導自己，院領導就苦臉相對。我介入裝置總體設計，跟著霍裕平、萬元熙、翁佩德幾位老領導跑，他們都比我大20歲左右。我參加了院里及國家組織的幾十次項目方案論證，我作總體方案這部分報告。有關部委領導看了HT-7U（EAST原名）都說，項目本身不錯，但工程要持續那麼久能否做到後續有人？大科學工程給了我成長的機會，我感謝老同志對我的信任和培養。」
武松濤一步一個腳印走了過來。「我們腦子里已逐漸把裝置各個關鍵部件的結構清晰化，從1998年到2001年，我們每年出一本裝置設計的文集，既作為文獻把工作記錄下來，也給大家增加點壓力，思考未來的發展戰略。文集的序言都是我自己寫。」
聽說用2000萬美元就要建造全超導核聚變裝置，國外沒人相信，國內質疑的聲音也不絕於耳。每次方案匯報和論證都像是舌戰群儒，就是在這樣的不斷磨礪中，武松濤得到了鍛煉成長。
武松濤巧妙地藉助國際合作平台，為承擔EAST接著搞「熱身」。為合作夥伴美國得克薩斯大學核聚變研究中心設計製造新型等離子體物理實驗裝置，他帶領五人的一個小組，前後用了兩年時間，圓滿完成了經費125萬美元的合作項目。「這是我國首次以技術方式向發達國家輸出托卡馬克聚變系統。美國能源部對這一成功合作也很滿意，稱它是中美核聚變合作的新型的方式。它也是迄今為止中美聚變界最大的國際合作項目，對提高我們的自信心起到很大作用。」
2002年12月，武松濤因為一天到晚不停地工作，突然嗓子疼得厲害，幾天之後乾脆成了「啞巴」，醫生診斷患了急性扁桃體炎，要他立即住院動手術。那時EAST正處於建設的關鍵期，他除了到醫院打點滴，每天照常上班。無可奈何的醫生只好在他病歷上作了「病人拒絕住院」的記錄。
「這在我們團隊根本算不了什麼。『保證星期六不休息，星期天休息不保證』是我們不成文的作息守則。」武松濤說，「平時我總給人很陽光的感覺，但記得EAST立項一年多時，有一次我召集每周一次的全體例會，因為項目推進得很慢而帶來壓力，我忍不住說：如果項目延緩進度或者出了差錯，我們不但愧對前輩，也愧對國家！當時我不由自主地哽咽了。大家好幾分鍾不說話，都感到我的動情之處，會後對我說，他們能體會我的壓力，大家會同舟共濟。」
2006年9月28日，EAST首次成功獲得高溫等離子體放電向媒體開放，李建剛所長找了武松濤一下午，想把他推向「前台」接受采訪，但武松濤卻如同「蒸發」了一般，「我在辦公室，把衣服疊作枕頭就躺在沙發上睡著了。從吃午飯後一直睡到傍晚。我將手機關掉，哪裡也不想去」。
「大學同學畢業後曾聚會過兩次，他們大多都已改行，其中經商的居多，目前還在搞科研的除我之外可能僅有一位同學。同學聚會問我怎麼搞到聚變工程上來，還調侃說我是最有可能當院士的人。」武松濤笑了笑說：「眾所周知，大科學裝置的建造周期一般都很長，如果一個人耐不住寂寞，幹不了那麼長時間，就像跑馬拉松運動員沒有毅力似的，中途就會自行被淘汰出局。」
潘皖江：關乎「大腦毛細血管」
在EAST團隊中，潘皖江主要負責裝置絕緣結構的設計以及絕緣子的研製。
武松濤等早年在外國參觀過托卡馬克的絕緣子，但外國根本不願意透露研製技術，每個絕緣子報價高達1400~1600美金，如果EAST需要600個絕緣子，就意味著僅此一項的花費就需要約90萬美金。
1997年夏天，由武松濤出面游說，校友潘皖江就被趕上了架。潘皖江1989年華中工學院金屬材料及熱處理專業畢業，在等離子體所研製中心工作的幾年裡，也參與過一些絕緣材料的研製。
從俄羅斯T-7上拆卸的絕緣子，陶瓷材料不符合EAST裝置的要求，他們想在國內尋找合作夥伴做絕緣材料，但相關單位不是因為工藝不能解決，就是因為經濟效益的考慮，都不願揀超導體絕緣材料這個「燙手的山芋」。當時31歲的潘皖江雖然還缺乏歷練，但逼上樑山，只好自己做復合材料。
「高大明老師去國外訪問時拿回一個樣品，我們把它當寶貝似的，小心翼翼地不敢動，充其量是用X光為其拍照，但後來測試出它是壞的。詢問外國的絕緣子價格，不僅貴得嚇人，還不讓測試性能。」
萬元熙打過一個形象的比方，EAST里用的絕緣子就相當於人體大腦的毛細血管，哪怕其中一個毛細血管破裂，人可能就會腦癱瘓。所以，600多個絕緣子都要嚴格要求質量、嚴格加以測試。
「絕緣子前後研發了3年，自己做了兩年。我們只能自力更生，在實踐中摸索著干。」潘皖江輕描淡寫地，一句話就帶過了10年的歷史。
潘皖江原創的「金點子」，是提出「液態樹脂低溫氦密封電流引線」的辦法。
EAST在2006年初第一次調試，所有引線都發現電流引線外漏的情況。問題如不及時解決，可能導致超導磁體損毀，從而導致整個裝置失效。萬元熙和武松濤認為潘皖江提出的想法很新穎，值得嘗試。從下午五點鍾開始做，到七點半就出效果，從根本上解決了EAST的真空問題。「其他人可能受所學專業局限，想用強度很高的材料將外頭的引線固化住，我是求異思維。」潘皖江還是輕描淡寫，「後來開總結大會，萬元熙總經理說我的主意不錯，應該『重獎』，給了我1500元的額外獎勵。」
EAST第二次調試低溫超導出現了內漏，大家又想到了潘皖江。他採用真空管，兩天就解決了問題。
在EAST的工作中，潘皖江等人摸索出的一些新工藝、新方法都在申請專利之中，「很多人在跟蹤我們的技術。我們研製絕緣子的成功率也很高，對外說我們的成功率達到90%，人家一般不相信，怎麼可能那麼高呢？我還沒好意思跟他們說，我們的成功率甚至高達99%呢！」
高大明：抓質量就是「摳問題」
EAST的主要構成部分是超導磁體，為了節省項目經費，本來已和美國的一個科研機構商談提供超導或電纜，但因李文和事件的突發使得這一合作可能中斷。考慮到蘇聯因為解體，大加速器項目暫時擱淺，於是合作的指向自然掉轉到俄羅斯。主管設計的副總經理翁佩德與俄羅斯聯系，對方說倉庫里有很多超導股線，但是放置的時間很長了，性能究竟怎麼樣不好說，但可以便宜點賣。
「柳暗花明又一村」，讓大家眼前一亮。時值2001年春節前夕，所里趕緊組織8個人兵分兩路，一路由陳灼民帶隊，一路由高大明帶隊。
陳灼民等人在塵封的倉庫里，除了要把所有超導股線一團一團地全部倒出，還要測試每團線的3R性能。超導絲團和車輪子差不多大，他們足足折騰了三四個月，總算挑出4500多根、20噸參數能匹配的超導股線。最後，高大明坐鎮指揮另一路兵馬，在電纜研究所將這些超導股線絞纜。運回國內的成型電纜都是600多米長，最終用較少的錢買回了EAST重要的也是合格的材料。
此前，高大明和EAST研究中心主任陳思躍考察俄羅斯電纜所發現，該所雖然生產過800米的銅纜，但僅僅是驗證工藝，從來沒有連續、滿負荷地生產過批量的超導導體。由於穿管導體內部充滿液氦才能實現超導，必須對套管焊縫質量提出嚴格要求。超導導體的鋼管焊接需要很好的技術，沒有焊透不行，若焊得太透鋼管就會鼓出一團，按什麼標准來控制呢？高大明來回摳問題，總算得到一些比較關鍵的技術標准。
2001年8月26日，600米穿管超導導體（CICC）生產線建成，並成功生產出第一根銅纜導體。EAST所有超導磁體需要的導體都由這條生產線生產。從俄羅斯高能所購買的0.85毫米直徑的超導股線，按照設計絞製成直徑約20毫米的超導電纜，在這條生產線上穿入用特種高強度不銹鋼管焊接成的長達600米的套管。
在總工藝師高大明指導下建成的CICC生產線，為EAST的超導磁體繞制、超導磁體實驗等奠定了基礎。
「嚴格管理是我們團隊的特點。搞大科學工程本身就有很大風險，必須建立嚴格的質量管理體系。ISO9000標準的核心就是要文件化，實行過程式控制制，防患於未然。2000年底我們終於建成了EAST的質量管理體系。」高大明說。
高大明1978年從東北第一機械廠調來，「那時正是『科學的春天』，受我們這個年齡段的人的理想主義教育影響，我就想扎扎實實為國家作貢獻。搞大科學工程不像是在居里夫人時代，兩三個人在地下室晃一晃化學瓶子，或許就可以搞出成果，我們EAST團隊最注重的是團結協作。」高大明介紹說，「現在參加國際ITER計劃，因為我們有全過程搞超導托卡馬克裝置的經驗和技術積累，在國際舞台上說話的聲音也響亮了。」
「我們的學生在國外，別人問起EAST怎麼做，他完全可以應答如流。過去發達國家與我們合作純粹是為了省點加工費用，現在我們EAST的整套經驗對它們有用。」高大明打了個比喻，「這就像一位研究生雖然考試只七八十分，但和一位小學生考試得一百分，水平肯定不在一個檔次。」
吳傑峰：施工現場「魂牽夢繞」
在俄羅斯轉移的T-7上作物理實驗，必須作許多技術改造。如它要多開窗口，才能實現ECRH、離子迴旋等輔助加熱；要了解等離子體的參數，必須要有相應的診斷窗口、實現抽真空的抽氣窗口。總共要開100多個窗口。
吳傑峰1988年7月華中理工大學機械工程系畢業，就被分配到等離子體所的研製中心，他早年當過焊接項目負責人，現為研製中心主任。「真空室窗口原來只有12個，要改造到48個。管道共有3000個接頭需要焊接，有一個產生漏焊、虛焊都非常可怕，氦氣就可能跑到真空里，使外杜瓦變成大冰塊。為把好質量關，我經常要鑽進真空室，744毫米的直徑，操作的焊工在這狹小的空間里頭，無論仰焊、側焊、橫焊，都比較困難。」
超導線圈繞制是全新課題，高大明1998年帶著吳傑峰等出國考察線圈繞控，1999年就自主研發出了「替代材料管內電纜導體」，接著繞制出D型線圈。「鎧裝導體的無張力連繞技術」獲得了發明專利，繞線機獲得了新型設計專利。
2002年2月做出第一條真正的超導導體，2003年8月做完58根、總共34公里的鎧裝電纜導體，「我們在現場抓質量和進度，最初40天做成一根導體，後來5天就能做成一根，一是技術操作大家已經熟練，二是批量生產採用了計件式的管理。一年半做完全部58根導體，是目前在國際上做得最多、速度也最快的。」
做EAST的超導磁體非能等閑視之。首先要建特種繞線車間、絕緣子真空壓力浸漬車間等。研製中心進行了諸多技術集成和工藝上的探索。超導磁體34公里共3500多個接頭，研製中心一次焊接合格率達到98%，超過了一級焊縫的標准。「從確保質量考慮，我們每次焊前都要試焊3次，連剛換了瓶氣體也要先試焊3次。」
低溫容器的密封度要求高，研製中心採用了內窺鏡、滲透、超聲等6種檢測技術，「容器絕對不能出現泄漏。我們能想到的檢測方法基本都採用了，只要一個方法未通過就得重來。因為哪怕一個焊頭出問題，就可能陷入和別國的托卡馬克一樣尷尬的情況：真空上不去，低溫下不來」 。
吳傑峰說，「檢測出了某些問題，無論是我還是焊接的工人，睡覺都不踏實，可能睡夢中會突然翻身起來，說：哦，問題是不是出在那裡！就趕緊披衣從家裡跑到現場。」
白紅宇：科研路上的感情「流量」
EAST有兩個大規模低溫超導磁體系統，超導線圈有好幾個流體通道，必須通過控制保證其流量的分配。超導磁體要在4.5K下運行，低溫製冷系統是冷卻超導磁體及保證磁體運行在工作溫度不可或缺的子系統。該系統不僅體積龐大，而且工藝技術復雜，「委託國外公司製造不僅時間周期較長，而且報價也相當昂貴，我們只好自己動手做」。白紅宇說。
白紅宇「自己動手做」做得非常好。「低溫流量計先是買了個美國的，發現用它測量數據並不準，我們也自己動手做出來。」
在EAST的低溫下傳統流量計已經「失靈」，也可以用超聲波的辦法做，但先前國內沒有人做過，誰要做就要有條件去標定它。「因為EAST用的是循環的氦，在這樣條件下的流量計用戶太少，企業從經濟效益考慮認為得不償失，也就不願意做。我們自己做出來，不但可以做些對比，還可以標定，做出來非常准確。現也有用戶提出要我們為他們做這種低溫流量計。」
白紅宇1993年西安交大低溫工程專業畢業，1997年考上在職研究生後剛上了一年，研究所聯繫到去德國進修低溫超導的機會，就把白紅宇作為「馬普學者」派去。
正好趕上德國大型超導聚變實驗裝置的模型線圈測試，「本來我去那裡可以專門學習德語，但我想參加裝置測試的機會更難得，就放棄了」。「我從德國回來，是把德國的1.2千瓦製冷機經改造後用於EAST，還是自己研發大型製冷系統，大家最初有爭議，我認為1.2千瓦的『小馬』拉不了EAST『大車』，堅持要自己做製冷機。先是做到1.5千瓦，後來做到了2.4千瓦」。
除了要把製冷機做好，還要做好冷卻對象，迴路設計還要考慮到合理設計液氦流量。白紅宇經過對國內外的多方考察，確定膨脹機從國外買；壓縮機用國產的；換熱器通過國內的招標，從3個生產廠家中尋找最優化的設計和價格。2.4千瓦的製冷系統最終只花了2000萬元。
「全部交給國外做肯定要多花錢。現在我們這樣做雖然成功了，但當時卻冒了很大的風險和壓力。特別是去年初對裝置的降溫實驗，畢竟是第一次調試，低溫系統涉及到的問題實在太多，大家對裝置的性能也不熟悉。好在這一切我們都挺過來了。」
大學剛畢業時，白紅宇還未曾聽說家鄉湖南鼎鼎大名的遠大空調，「遠大空調是後來才起步並且做普冷的。我們那屆低溫班的30多位同學畢業，後來真正從事低溫的只有幾個，很多同學都轉到了空調方面。我和同學之間聯系不多，一是合肥比較偏僻，二是我天性專注於搞研究，不太擅長交際。雖然北京、上海對人才有很大吸引力，但像EAST這么大的項目，才是適合我搞科研的大平台。我從2000年正式參加，到2006年EAST調試實驗成功，我非常慶幸自己有機會參與，而且從頭做到尾。」
正是這些獻身科學的人們，托起了明天輝煌的太陽！

❸ 中國錦屏實驗室，它在地下多少米深呢

首個由清華大學作為獨立法人單位承擔的國家重大科技基礎設施——「極深地下極低輻射本底前沿物理實驗設施」啟動儀式在四川省雅礱江錦屏山隧道舉行，標志著由清華大學和雅礱江流域水電開發有限公司共同建設的中國首個、世界最深的極深地下實驗室——「中國錦屏地下實驗室」進入加快建設新階段。

「中國錦屏地下實驗室」建成投入使用，成為我國首個、全球最深的地下實驗室。清華大學與雅礱江流域水電開發有限公司簽署協議，共同建設「中國錦屏地下實驗室」二期工程，將地下可用實驗空間由原來的4000立方米增加到30萬立方米。

「極深地下極低輻射本底前沿物理實驗設施」項目面向超越當前粒子物理標准模型的新粒子和新物理的重大基礎前沿研究，開展暗物質直接探測實驗、無中微子雙貝塔衰變實驗，以及核天體物理領域關鍵核素合成過程和恆星演化等基礎科學前沿研究，探究極深地下近零宇宙射線本底條件下各類基礎前沿領域探測新機理、新方法、新技術，發展極低輻射本底屏蔽新方法與新技術，為我國粒子物理和核物理領域的重大基礎前沿物理問題研究提供平台支撐

❹ 機械設備分為哪幾大類

機械
jī xiè

①利用力學原理組成的各種裝置。杠桿、滑輪、機器以及槍炮等都是機械。
②比喻方式拘泥死板，沒有變化；不是辯證的：工作方法太～。

機械（machine），源自於希臘語之mechine及拉丁文mecina，原指「巧妙的設計」，作為一般性的機械概念，可以追溯到古羅馬時期，主要是為了區別與手工工具。現代中文之「機械」一詞為機構為英語之（mechanism）和機器（machine）的總稱。

機構的特徵有：

機械是一種人為的實物構件的組合。
機械各部分之間具有確定的相對運動。
機器具備機構的特徵外，還必須具備第三個特徵即能代替人類的勞動以完成有用的機械功或轉換機械能，故機器能轉換機械能或完成有用的機械功的機構。從結構和運動的觀點來看，機構和機器並無區別泛稱為機械。

機構和機器的定義來源於機械工程學，屬於現代機械原理中的最基本的概念，中文機械的現代概念多源自日語之「機械」一詞，日本的機械工程學對機械概念做如下定義（即符合下面三個特徵稱為機械machine）：

機械是物體的組合，假定力加到其各個部分也難以變形。
這些物體必須實現相互的、單一的、規定的運動。
把施加的能量轉變為最有用的形式，或轉變為有效的機械功。
(<>的解釋)：一切具有確定的運動系統的機器和機構的總稱。如機床·拖拉機等；呆板；不靈活。

1。通常的解釋：

機械是簡單的裝置，它能夠將能量、力從一個地方傳遞到另一個地方。它能改變物體的形狀結構創造出新的物件.在生活中，我們周圍有數不清的不同種類的機械在為我們工作。

機械的日常的理解是機械裝置，也就是各種機器與器械。

2。重要性的解釋：

從機械專業的角度來說：機械具有相當重要的基礎地位。

機械是現代社會進行生產和服務的五大要素(即人、資金、能量、材料和機械)之一。

在馬克思說到工業社會時候，說工業社會，尤其是大工業社會，即用機器生產機器的時代。

無論從生活中接觸的各種物理的裝置，如電燈 電話 電視機 冰箱 電梯等等都包含有機器的成分，或者包含在廣義的機械之中，而從生產中來看，各種機床，自動化裝備，飛機，輪船，神五，神六等等，都缺不了機械。

更不用說化工廠，電廠等。

所以，毫不誇張的說，機械是現代社會的一個基礎。如果有人要說農業也是基礎的話，也無可厚非，但是在現代的社會來說，機械做為整個工業和工程的基礎，可以毫不誇張的認為也是社會一根大柱子。

任何現代產業和工程領域都需要應用機械，就是人們的日常生活，也越來越多地應用各種機械了，如汽車、自行車、鍾表、照相機、洗衣機、冰箱、空調機、吸塵器，等等。

3。英語的解釋：machine machine tool mechanical cad/cam/cae/capp/cims

4.相關的詞彙：

機械工業 機器 機構 機械製造及其自動化 工作母機 優化設計 現代機械設計方法

機械設計 機構設計 有限元分析 反求工程

5。機械設計手冊 中國機械設計大典 中國機械工程師學會 機械工程學報 華中科技大學

機械是現代社會進行生產和服務的五大要素(即人、資金、能量、材料和機械)之一。任何現代產業和工程領域都需要應用機械，就是人們的日常生活，也越來越多地應用各種機械了，如汽車、自行車、鍾表、照相機、洗衣機、冰箱、空調機、吸塵器，等等。

機械工程就是以有關的自然科學和技術科學為理論基礎，結合在生產實踐中積累的技術經驗，研究和解決在開發設計、製造、安裝、運用和修理各種機械中的理論和實際問題的一門應用學科。

各個工程領域的發展都要求機械工程有與之相適應的發展，都需要機械工程提供所必需的機械。某些機械的發明和完善，又會導致新的工程技術和新的產業的出現和發展。例如大型動力機械的製造成功，促成了電力系統的建立；機車的發明導致了鐵路工程和鐵路事業的興起；內燃機、燃氣輪機、火箭發動機等的發明和進步，以及飛機和航天器的研製成功導致了航空、航天事業的興起；高壓設備的發展導致了許多新型合成化學工程的成功等等。

機械工程就是在各方面不斷提高的需求的壓力下獲得發展動力，同時又從各個學科和技術的進步中得到改進和創新的能力。

機械工程的內容

機械工程的服務領域廣闊而多面，凡是使用機械、工具，以至能源和材料生產的部門，都需要機械工程的服務。概括說來，現代機械工程有五大服務領域：研製和提供能量轉換機械、研製和提供用以生產各種產品的機械、研製和提供從事各種服務的機械、研製和提供家庭和個人生活中應用的機械、研製和提供各種機械武器。

不論服務於哪一領域，機械工程的工作內容基本相同，主要有：

建立和發展機械工程的工程理論基礎。例如，研究力和運動的工程力學和流體力學；研究金屬和非金屬材料的性能，及其應用的工程材料學；研究熱能的產生、傳導和轉換的熱力學；研究各類有獨立功能的機械元件的工作原理、結構、設計和計算的機械原理和機械零件學；研究金屬和非金屬的成形和切削加工的金屬工藝學和非金屬工藝學等等。

研究、設計和發展新的機械產品，不斷改進現有機械產品和生產新一代機械產品，以適應當前和將來的需要。

機械產品的生產，包括：生產設施的規劃和實現；生產計劃的制訂和生產調度；編制和貫徹製造工藝；設計和製造工具、模具；確定勞動定額和材料定額；組織加工、裝配、試車和包裝發運；對產品質量進行有效的控制。

機械製造企業的經營和管理。機械一般是由許多各有獨特的成形、加工過程的精密零件組裝而成的復雜的製品。生產批量有單件和小批，也有中批、大批，直至大量生產。銷售對象遍及全部產業和個人、家庭。而且銷售量在社會經濟狀況的影響下，可能出現很大的波動。因此，機械製造企業的管理和經營特別復雜，企業的生產管理、規劃和經營等的研究也多是肇始於機械工業。

機械產品的應用。這方麵包括選擇、訂購、驗收、安裝、調整、操作、維護、修理和改造各產業所使用的機械和成套機械裝備，以保證機械產品在長期使用中的可靠性和經濟性。

研究機械產品在製造過程中，尤其是在使用中所產生的環境污染，和自然資源過度耗費方面的問題，及其處理措施。這是現代機械工程的一項特別重要的任務，而且其重要性與日俱增。

機械工程分類

機械的種類繁多，可以按幾個不同方面分為各種類別，如：按功能可分為動力機械、物料搬運機械、粉碎機械等；按服務的產業可分為農業機械、礦山機械、紡織機械等；按工作原理可分為熱力機械、流體機械、仿生機械等。

另外，機械在其研究、開發、設計、製造、運用等過程中都要經過幾個工作性質不同的階段。按這些不同階段，機械工程又可劃分為互相銜接、互相配合的幾個分支系統，如機械科研、機械設計、機械製造、機械運用和維修等。

這些按不同方面分成的多種分支學科系統互相交叉，互相重疊，從而使機械工程可能分化成上百個分支學科。例如，按功能分的動力機械，它與按工作原理分的熱力機械、流體機械、透平機械、往復機械、蒸汽動力機械、核動力裝置、內燃機、燃氣輪機，以及與按行業分的中心電站設備、工業動力裝置、鐵路機車、船舶輪機工程、汽車工程等都有復雜的交叉和重疊關系。船用汽輪機是動力機械，也是熱力機械、流體機械和透平機械，它屬於船舶動力裝置、蒸汽動力裝置，可能也屬於核動力裝置等等。

分析這種復雜關系，研究機械工程最合理的分支系統，有一定的知識意義，但沒有太大的實用價值。

機械工程的發展歷程

人類成為「現代人」的標志就是製造工具。石器時代的各種石斧、石錘和木質、皮質的簡單粗糙的工具是後來出現的機械的先驅。從製造簡單工具演進到製造由多個零件、部件組成的現代機械，經歷了漫長的過程。

幾千年前，人類已創制了用於穀物脫殼和粉碎的臼和磨，用來提水的桔槔和轆轤，裝有輪子的車，航行於江河的船及槳、櫓、舵等。所用的動力，從人自身的體力，發展到利用畜力、水力和風力。所用材料從天然的石、木、土、皮革，發展到人造材料。最早的人造材料是陶瓷，製造陶瓷器皿的陶車，已是具有動力、傳動和工作三個部分的完整機械。

人類從石器時代進入青銅時代，再進而到鐵器時代，用以吹旺爐火的鼓風器的發展起了重要作用。有足夠強大的鼓風器，才能使冶金爐獲得足夠高的爐溫，才能從礦石中煉得金屬。在中國，公元前1000～前900年就已有了冶鑄用的鼓風器，並逐漸從人力鼓風發展到畜力和水力鼓風。

15～16世紀以前，機械工程發展緩慢。但在以千年計的實踐中，在機械發展方面還是積累了相當多的經驗和技術知識，成為後來機械工程發展的重要潛力。17世紀以後，資本主義在英、法和西歐諸國出現，商品生產開始成為社會的中心問題。

18世紀後期，蒸汽機的應用從采礦業推廣到紡織、麵粉、冶金等行業。製作機械的主要材料逐漸從木材改用更為堅韌，但難以用手工加工的金屬。機械製造工業開始形成，並在幾十年中成為一個重要產業。

機械工程通過不斷擴大的實踐，從分散性的、主要依賴匠師們個人才智和手藝的一種技藝，逐漸發展成為一門有理論指導的、系統的和獨立的工程技術。機械工程是促成18～19世紀的工業革命，以及資本主義機械大生產的主要技術因素。

動力是發展生產的重要因素。17世紀後期，隨著各種機械的改進和發展，隨著煤和金屬礦石的需要量的逐年增加，人們感到依靠人力和畜力不能將生產提高到一個新的階段。

在英國，紡織、磨粉等產業越來越多地將工場設在河邊，利用水輪來驅動工作機械。但當時的煤礦、錫礦、銅礦等礦井中的地下水，仍只能用大量畜力來提升和排除。在這樣的生產需要下，18世紀初出現了紐科門的大氣式蒸汽機，用以驅動礦井排水泵。但是這種蒸汽機的燃料消耗率很高，基本上只應用於煤礦。

1765年，瓦特發明了有分開的冷凝器的蒸汽機，降低了燃料消耗率。1781年瓦特又創制出提供回轉動力的蒸汽機，擴大了蒸汽機的應用范圍。蒸汽機的發明和發展，使礦業和工業生產、鐵路和航運都得以機械動力化。蒸汽機幾乎是19世紀唯一的動力源，但蒸汽機及其鍋爐、凝汽器、冷卻水系統等體積龐大、笨重，應用很不方便。

19世紀末，電力供應系統和電動機開始發展和推廣。20世紀初，電動機已在工業生產中取代了蒸汽機，成為驅動各種工作機械的基本動力。生產的機械化已離不開電氣化，而電氣化則通過機械化才對生產發揮作用。

發電站初期應用蒸汽機為原動力。20世紀初期，出現了高效率、高轉速、大功率的汽輪機，也出現了適應各種水利資源的水輪機，促進了電力供應系統的蓬勃發展。

19世紀後期發明的內燃機經過逐年改進，成為輕而小、效率高、易於操縱、並可隨時啟動的原動機。它先被用以驅動沒有電力供應的陸上工作機械，以後又用於汽車、移動機械和輪船，到20世紀中期開始用於鐵路機車。蒸汽機在汽輪機和內燃機的排擠下，已不再是重要的動力機械。內燃機和以後發明的燃氣輪機、噴氣發動機的發展，是飛機、航天器等成功發展的基礎技術因素之一。

工業革命以前，機械大都是木結構的，由木工用手工製成。金屬(主要是銅、鐵)僅用以製造儀器、鎖、鍾表、泵和木結構機械上的小型零件。金屬加工主要靠機匠的精工細作，以達到需要的精度。蒸汽機動力裝置的推廣，以及隨之出現的礦山、冶金、輪船、機車等大型機械的發展，需要成形加工和切削加工的金屬零件越來越多，越來越大，要求的精度也越來越高。應用的金屬材料從銅、鐵發展到以鋼為主。

機械加工包括鍛造、鍛壓、鈑金工、焊接、熱處理等技術及其裝備，以及切削加工技術和機床、刀具、量具等，得到迅速發展，保證了各產業發展生產所需的機械裝備的供應。

社會經濟的發展，對機械產品的需求猛增。生產批量的增大和精密加工技術的進展，促進了大量生產方法的形成，如零件互換性生產、專業分工和協作、流水加工線和流水裝配線等。

簡單的互換性零件和專業分工協作生產，在古代就已出現。在機械工程中，互換性最早體現在莫茨利於1797年利用其創制的螺紋車床所生產的螺栓和螺帽。同時期，美國工程師惠特尼用互換性生產方法生產火槍，顯示了互換性的可行性和優越性。這種生產方法在美國逐漸推廣，形成了所謂「美國生產方法」。

20世紀初期，福特在汽車製造上又創造了流水裝配線。大量生產技術加上泰勒在19世紀末創立的科學管理方法，使汽車和其他大批量生產的機械產品的生產效率很快達到了過去無法想像的高度。

20世紀中、後期，機械加工的主要特點是：不斷提高機床的加工速度和精度，減少對手工技藝的依賴；提高成形加工、切削加工和裝配的機械化和自動化程度；利用數控機床、加工中心、成組技術等，發展柔性加工系統，使中小批量、多品種生產的生產效率提高到近於大量生產的水平；研究和改進難加工的新型金屬和非金屬材料的成形和切削加工技術。

18世紀以前，機械匠師全憑經驗、直覺和手藝進行機械製作，與科學幾乎不發生聯系。到18～19世紀，在新興的資本主義經濟的促進下，掌握科學知識的人士開始注意生產，而直接進行生產的匠師則開始學習科學文化知識，他們之間的交流和互相啟發取得很大的成果。在這個過程中，逐漸形成一整套圍繞機械工程的基礎理論。

動力機械最先與當時的先進科學相結合。蒸汽機的發明人薩弗里、瓦特，應用了物理學家帕潘和布萊克的理論；在蒸汽機實踐的基礎上，物理學家卡諾、蘭金和開爾文建立起一門新的科學——熱力學。內燃機的理論基礎是法國的羅沙在1862年創立的；1876年奧托應用羅沙的理論，徹底改進了他原來創造的粗陋笨重、雜訊大、熱效率低的內燃機而奠定了內燃機的地位。其他如汽輪機、燃氣輪機、水輪機等都在理論指導下得到發展，而理論也在實踐中得到改進和提高。

早在公元前，中國已在指南車上應用復雜的齒輪系統，在被中香爐中應用了能永保水平位置的十字轉架等機件。古希臘已有圓柱齒輪、圓錐齒輪和蝸桿傳動的記載。但是，關於齒輪傳動瞬時速比與齒形的關系和齒形曲線的選擇，直到17世紀之後方有理論闡述。

手搖把和踏板機構是曲柄連桿機構的先驅，在各文明古國都有悠久歷史，但是曲柄連桿機構的形式、運動和動力的確切分析和綜合，則是近代機構學的成就。機構學作為一個專門學科，遲至19世紀初才首次列入高等工程學院(巴黎的工藝學院)的課程。通過理論研究，人們方能精確地分析各種機構，包括復雜的空間連桿機構的運動，並進而能按需要綜合出新的機構。

機械工程的工作對象是動態的機械，它的工作情況會發生很大的變化。這種變化有時是隨機而不可預見；實際應用的材料也不完全均勻，可能存有各種缺陷；加工精度有一定的偏差，等等。

與以靜態結構為工作對象的土木工程相比，機械工程中各種問題更難以用理論精確解決。因此，早期的機械工程只運用簡單的理論概念，結合實踐經驗進行工作。設計計算多依靠經驗公式；為保證安全，都偏於保守，結果製成的機械笨重而龐大，成本高，生產率低，能量消耗很大。

從18世紀起，新理論的不斷誕生，以及數學方法的發展，使設計計算的精確度不斷的提高。進入20世紀，出現各種實驗應力分析方法，人們已能用實驗方法測出模型和實物上各部位的應力。

20世紀後半葉，有限元法和電子計算機的廣泛應用，使得對復雜的機械及其零件、構件進行力、力矩、應力等的分析和計算成為可能。對於掌握有充分的實踐或實驗資料的機械或其元件，已經可以運用統計技術，按照要求的可靠度，科學地進行機械設計。

機械工程的發展展望

機械工程以增加生產、提高勞動生產率、提高生產的經濟性為目標來研製和發展新的機械產品。在未來的時代，新產品的研製將以降低資源消耗，發展潔凈的再生能源，治理、減輕以至消除環境污染作為超經濟的目標任務。

機械可以完成人用雙手和雙目，以及雙足、雙耳直接完成和不能直接完成的工作，而且完成得更快、更好。現代機械工程創造出越來越精巧和越來越復雜的機械和機械裝置，使過去的許多幻想成為現實。

人類現在已能上游天空和宇宙，下潛大洋深層，遠窺百億光年，近察細胞和分子。新興的電子計算機硬、軟體科學使人類開始有了加強，並部分代替人腦的科技手段，這就是人工智慧。這一新的發展已經顯示出巨大的影響，而在未來年代它還將不斷地創造出人們無法想像的奇跡。

人類智慧的增長並不減少雙手的作用，相反地卻要求手作更多、更精巧、更復雜的工作，從而更促進手的功能。手的實踐反過來又促進人腦的智慧。在人類的整個進化過程中，以及在每個人的成長過程中，腦與手是互相促進和平行進化的。

人工智慧與機械工程之間的關系近似於腦與手之間的關系，其區別僅在於人工智慧的硬體還需要利用機械製造出來。過去，各種機械離不開人的操作和控制，其反應速度和操作精度受到進化很慢的人腦和神經系統的限制，人工智慧將會消除了這個限制。計算機科學與機械工程之間的互相促進，平行前進，將使機械工程在更高的層次上開始新的一輪大發展。

19世紀時，機械工程的知識總量還很有限，在歐洲的大學院校中它一般還與土木工程綜合為一個學科，被稱為民用工程，19世紀下半葉才逐漸成為一個獨立學科。進入20世紀，隨著機械工程技術的發展和知識總量的增長，機械工程開始分解，陸續出現了專業化的分支學科。這種分解的趨勢在20世紀中期，即在第二次世界大戰結束的前後期間達到了最高峰。

由於機械工程的知識總量已擴大到遠非個人所能全部掌握，一定的專業化是必不可少的。但是過度的專業化造成知識過分分割，視野狹窄，不能統觀和統籌稍大規模的工程的全貌和全局，並且縮小技術交流的范圍，阻礙新技術的出現和技術整體的進步，對外界條件變化的適應能力很差。封閉性專業的專家們掌握的知識過狹，考慮問題過專，在協同工作時配合協調困難，也不利於繼續自學提高。因此自20世紀中、後期開始，又出現了綜合的趨勢。人們更多地注意了基礎理論，拓寬專業領域，合並分化過細的專業。

綜合-專業分化-再綜合的反復循環，是知識發展的合理的和必經的過程。不同專業的專家們各具有精湛的專業知識，又具有足夠的綜合知識來認識、理解其他學科的問題和工程整體的面貌，才能形成互相協同工作的有力集體。

綜合與專業是多層次的。在機械工程內部有綜合與專業的矛盾；在全面的工程技術中也同樣有綜合和專業問題。在人類的全部知識中，包括社會科學、自然科學和工程技術，也有處於更高一層、更宏觀的綜合與專業問題。

❺ 結構模型實驗和地質力學模型實驗的異同

• 結構模型實驗和地質力學模型實驗的異同：

1 . 結構模型實驗

①是研究彈性范圍內線彈性應力模型，與研究超出彈性范圍直至破壞的彈塑性模型試驗，根據相似理論在模擬結構原型的模型上進行的力學試驗。

②將作用在原型水工建築上的力學現象，按一定的相似關系縮小，重演到模型上，從模型演示的與原型相似的力學現象中，採用電測技術量測應變和位移，以確定其應力、位移和安全度，再通過相似關系換算到原型，從而與設計成果分析對比，驗證設計方案的合理性、計算數據的可靠性。

2 .地質力學模型實驗

①是地力學模型試驗門或岩石力學模型試驗，用於研究地基本身及其對上部建築的影響。

②是基於一定的相似原理對某一工程地質構造進行縮尺研究的一種物理模擬方法。

• 地質力學模型實驗介紹：

地質力學模型試驗又稱地力學模型試驗門或岩石力學模型試驗。

• 地質力學模型實驗應用范圍：

近代由於生產建設及科學技術的發展越來越多的建築物需要修建在具有復雜地質構造的岩基上或岩體內，如大壩、廠房、隧洞、地下電站、地下油庫、礦井等等。這類建築物的抗沿滑穩定性、基礎變形對建築物結構的影響、地下結構的圍岩穩定和襯助壓力、岩體高邊坡的穩定問題等，都是地質力學模型試驗的研究內容。而且，近年來隨著試驗量測技術的提高，地質力學模型試驗中的一些研究課題，已由定性分析階段進入定量分析階段。

❻ 國土資源部地下水科學與工程重點實驗室

（一）實驗室簡介

國土資源部地下水科學與工程重點實驗室是國土資源部和中國地質科學院科技創新體系的重要組成部分，是組織我國地下水科學領域高水平基礎研究和應用研究、聚集和培養優秀科技人才、開展科技創新和學術交流的重要基地，是代表國家學術水平、實驗水平和管理水平的實驗研究基地和學術活動中心。重點實驗室依託中國地質科學院水文地質環境地質研究所尖端科研資源優勢，瞄準國家重大需求和國際地球科學發展前沿，深入研究地下水可持續利用方面的重大前沿基礎科學問題和關鍵科學技術問題，實現地下水可持續利用領域的原始性創新，獲取對地下水可持續利用具有戰略意義的自主創新成果。通過實驗室建設，推進國內、國際科技合作，營造有利於促進人才不斷成長並充分發揮創新人才作用的環境，成為「地下水科學與工程國家重點實驗室」和人才培養基地。

（二）2013年度重要科研成果

由實驗室承擔的國家重點基礎研究發展計劃（「973」）項目「華北平原地下水演變機制與調控」中的第三課題「深層含水層系統變異與地下水可更新能力演變機理」，經過近4年的綜合研究取得了一定的進展，主要成果如下。

1.深化了水-土復合作用及地面沉降發生機理認識

採用基於比奧固結理論的ADINA有限元分析軟體建立了三維地面沉降數值模型，提出了優化的地下水開采層位和控制地面沉降措施。分析了實施封井措施及反復抽水作用下的地面變形效應，提出了耦合效應因子的概念,揭示了抽水和荷載對地面沉降的共同作用規律。通過建立考慮滯後作用的地面沉降阿爾蒙分布滯後模型，對滄州地區地面沉降量進行了模擬預測。分析了在不同載入條件下含水砂層與黏性土層的變形規律，根據典型黏性土樣實驗結果，確定了壓縮量與釋水量之間的關系（圖40）。

2.編制了華北平原地面沉降防治分區圖

劃分了華北平原地下水調控類型分區，為提出各分區地下水調控目標與措施提供了基礎依據。

3.探索了地下淡水-鹹水界面移動與驅動機制

開展了鹹水下移的驅動機制研究，模擬了在大規模開采形成的水頭差、弱透水層和天窗的補給條件下鹹淡水下移的過程。建立了鹹淡水界面運移數值模型，模擬了弱透水層的吸附解析機制對鹹水下移的影響。採用地球物理探測方法對典型地區的地質剖面進行高密度電阻率成像，其反演結果驗證了基於T-PROGS建立的水文地質結構模型，為建立典型地區的淡鹹水界面運移模型提供了可靠依據。根據黏性土的化學滲透特性，利用PHREEQC軟體通過模擬淺層地下水化學組分的溶解、沉澱和運移，得到了淺層地下水中的降水入滲比例，初步揭示了淺層鹹水淡化的部分機理（圖41，圖42）。

圖40 封閉不同含水層開采井地面變形曲線

圖41 基於T-PROGS的地質結構模型

圖42 單目標與多目標優化後的鹽度分布對比

4.證明了越流過程中黏性土存在阻鹽效應

通過膜效應室內試驗分析了越流機理，通過水化學、同位素的證據表明膜效應的存在。原狀土樣對NaCl溶液中氯離子的截留作用存在一定的旋迴變化；水化學證據方面，分析NaCl溶液中氯離子的截留過程有三段變化，粘土膜實驗前後易溶鹽測試，表現出了「濾鹽」的性能；同位素證據方面，氯離子在膜效應作用下發生分餾，δ³⁷Cl值減小。初步總結了膜效應在濃度、壓力、孔隙等因素下的發生規律。

5.認識了復合地下水漏斗演變及地下水可更新能力

對石家莊至滄州剖面深層承壓含水層同一地下水樣品進行¹⁴C及惰性氣體樣品分析，通過對比分析地下水¹⁴C年齡與⁴He年齡，獲取了可靠的河北平原中部深層承壓水的年齡信息，證實了⁴He測年在研究區應用的可靠性，由此初步評估了河北平原深層含水層的更新能力。利用MODFLOW結合井中垂向流測定進行了井內垂向流數值模擬，分析了滄州漏斗區深層地下水開采井中垂向流對開采資源組成的影響，初步證實了井中滲漏在開采資源中佔有重要比例。