安徽地下工程专用模型实验装置生产厂家

❶ 大断面地下结构抗震模型试验

长期以来,人们对地下结构抗震问题注意不够,一直认为“地下结构是安全的”。然而1995年1月17日发生在日本的阪神大地震,使神户市地铁等各类地下结构均遭受不同程度的破坏,打破了“日本地铁不可破坏”的神话,充分暴露了地下结构抗震的弱点。因此必须深入研究地下结构地震时的响应规律,对其抗震能力重新进行评估。对地下结构抗震问题的研究,主要采用理论分析与实验研究相结合的途径。分析影响地下结构地震响应的因素时,试验研究是重要的、不可缺少的办法。然而国内外现有的研究主要集中在一维线性地下结构,大断面地下结构抗震试验研究的工作开展得极少。
本文通过开展大断面地下结构振动台模型试验,揭示出地震情况下大断面地下结构的一些动力响凯桥应分布规律。
1 试验情况
本试验以人防工程中常用的单层多跨无梁楼盖结构为研究对象,用有机玻璃制作了9区格的结构模型。结构模型尺寸为60cm×60cm×24cm,其中中柱横断面尺寸为1.2cm×1.2cm,顶底板厚度为1.2cm,侧墙厚度为5cm。以细干沙模拟场地土,沙层厚度为1m。装沙箱体尺寸为2.8m×1.2m×1.2m。在MTS振动台上结构分别以36cm(工况1)和洞郑10cm(工况2)两种埋深进行了地下结构振动台模型试验。在土和结构模型的关键部位布置了62个测点,其中加速度22个(结构上14个,土中6个,箱体上2个),应变30个(结构上),位移3个(结构上),土压力7个(土中2个,结构上5个),分水平、竖直、水平与竖直耦合等3种方式输入阪神(输入量级0.1g~1.2g)和ELcentro(输入量级0.1g~1.2g)两类地震波,主要测得土-结构界面上的动土压力、加速度、结构的动应变、位移等4种物理量。试验输入地震波波形见图1~3,结构模型测点布置见图4,试验用材料参数见表1,各物理量的动力相似关系见表2。
2 试验结果
2.1 加速度反应
随着各测点位置的不同,加速度响应差异较大,总体趋势是:土体和地下结构的加速度都是由低到高逐渐增大,而在同一高程处,土体中的加速度大于结构上的加速度(图5)。结构顶板的加速度响应比底板大,可达到底板的2.3倍。浅埋时加速度响应值普遍比深埋时大,而且增加的幅度比较大。顶板和侧墙上方的放大系数较大,放大作用较强,振动比较激烈。因此,地震时地下结构振动反应最激烈的部位是结构顶板及其两侧墙顶,这些部位需要承受的激振力最大,容易遭受破坏。
2.2 动应变反应
结构顶板的动应变峰值最大,受拉受压循环变化,反应最小的位于结构底板,以受压为最大。中柱和侧墙都是上下两端大,中间小,而中柱比侧墙动应变大(图6)。图7反映的是两种埋深情况下结构侧墙动应变随荷载输入强度的变化。由此可见,深埋结构比浅埋结构动应变小得多。这说明地下结构顶部的覆土对结构的地震反应影响很大,埋深越大,覆土对地下结构的约束作用越大,结构对地震荷载的动力响应越小。图8显示的是两种输入情况下结构中柱的应变情况。由图8可见,水平与竖直耦合输入的地震荷载与同级别水平荷载相比,结构的动应变响应显著增大,因此城市直下型地震对结构的破坏极大,应特别注意预防。
2.3 变形分析
由结构侧墙上排列的3个位移计的测量结果可以发现,在地震荷载作用下,周围场地土的运动会引起结构的变形和运动。由于周围场地土的运动会发生放大作用,其上下位置变形不一致,使结构也发生相应的变形。结构的变形随输入荷载的增大而增大。结构上部的变形大,下部的变形小,结构由原来的矩形变成了平行四边形。且结构中柱和侧墙的上下端动应变和位移都比中间大,这说明地下结构的上下墙角和上下柱角最容易遭到地震的破坏。
2.4 应力分析
就结构各点应力大小来看,结构顶板的角隅处,支柱顶端和底端以及靠近底板的角隅处,应力较大,比较危险,需要在设计和施工时着重注意。
3 结 论
(1)由于地下结构的振动变形受周围场地土的约束作用十分显著,因此地下结构的振动特性受埋深的影响很大,浅埋结构比深埋结构的动力响应大(特别是动应变)。这说明浅埋结构比深埋结构在地震时更易遭到破坏。
(2)地震荷载的竖直分量对结构的动力响应,包括加速度、动应变都有显著的影响,特别是对结构中柱动应变的影响很大。同时结构中柱的动力响应又比侧墙大,由此可推断阪神地震地铁车站破坏的主要原因有:①阪神地纳孙颂震波的主频率比较低,低频成分较多。②阪神地震中地震波的垂直分量比较大,这使得地铁车站的重要构件———中柱内力大大增大,造成中柱破坏,最终导致结构的破坏。
(3)结构的动力响应与输入加速度峰值近似成线性关系,而随着激励振幅的增加,土的共振频率和振幅减小,场地土显示出较强的非线性特性。

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❷ EAST的EAST科研团队

[科学时报 郑千里 报道]继2006年9月首次成功放电后，我国“人造太阳”实验装置——位于合肥的全超导非圆截面核聚变实验装置（EAST）1月14日23时01分至15日1时连续放电4次，单次时间长约50毫秒，从而标志着第二轮物理实验的开始。 本报记者 保婷婷/摄
聚变曙光耀东方
一位长者，清癯，精瘦。然而，他的言辞却让人感受到其中的睿智与分量。2007年3月1日，为超导托卡马克核聚变实验装置EAST在合肥进行国家工程竣工验收的就是这位长者万元熙。他代表EAST工程指挥部作了报告：与国外同类装置相比，我们已建成的装置使用资金最少、建设速度最快、自主创新最多。完全可以乐观地预见，EAST的成功建造和运行，将为中国磁约束核聚变研究的下一步计划奠定物理、工程技术和人才队伍的坚实基础！
“未来高效聚变堆必须稳态运行，因此实现托卡马克稳态运行的工程和物理问题成为托卡马克的前沿研究领域；全超导托卡马克是实现稳态运行最必要的工程技术基础之一；世界上还没有全超导托卡马克；我们及时向国家提出了建造先进全超导托卡马克计划。” 万元熙追溯。
他的报告获得热烈的掌声。莅临的国家发改委副主任张晓强称EAST的建设成功，“是向和平利用聚变能迈出的重要一步，也是中国科技工作者对世界科技发展作出的重要贡献！”
“十年磨剑终成器，聚变曙光耀东方”，中国科学院常务副院长白春礼在致词里，更是言简意赅地作了点题。
太阳发出的能量来自氢原子核。氢原子核相互作用，发生核聚变，释放出光和热。如果发明一种装置，它不仅能承受上亿摄氏度的高温，还能控制氘和氚聚变稳定持续输出能量，无异于发明“人造太阳”，为人类提供无限清洁的能源。受控热核聚变反应的途径之一，就是制造托卡马克磁容器。科学家在该装置上研究发现，可以把氘氚的聚变燃料加热到几亿摄氏度的高温区，然后发生大量聚变反应。
“称我们的EAST是人造太阳，可能会造成公众的曲解。EAST进行的与未来聚变堆相关的工程和物理问题的探索性实验研究，是要为未来稳态、安全、高效先进聚变堆的物理和工程技术基础作贡献，但要建造在地球上的受控热核聚变反应堆或核聚变电站，能像太阳一样通过核聚变反应放出能量，进而实现商业化发电，那大约是50年后的事。”万元熙实事求是地解释。
EAST是英文Experimental Advanced Superconcting Tokamak（实验的、先进的超导托卡马克）的缩写，原意“东方”。它从1998年国家批准立项到今天通过验收，如吸收天地山川之精华，今天才喷薄于东方的地平线。中科院等离子体物理研究所的团队通过10年顽强拼搏，正在托起和明天一样辉煌的太阳。
万元熙：老骥引领“新潮流”
虽然年龄68，万元熙心态依然年轻，“我提出很多大胆的改革思路，年轻人说我不像是位老同志。我引领‘新潮流’，是所里第一个贷款买车的。”
天柱山，“自己开车想上哪就上哪，多自由、多潇洒呀！”
早年所里分房，万元熙废除了领导加分的老规定，根据所里未来的发展需求，把全所人员分成不同的群组，按其对所里的贡献打分，谁分数高谁就优先挑选房子，“群众有自己辨别是非的能力，比如李建刚所长当时还只是个小年轻，打分下来他排队很靠前，自然就分到了房子，现在也确实证明了他是研究所的中坚力量”。
万元熙认为骨干队伍的稳定和凝聚牵一发而动全身，要靠感情动人、待遇留人、事业凝人。“1995年，所里遴选出15位大家公认的学科和技术带头人，给他们每人发一张银行卡，每个月打进1000元钱。当时研究所经济拮据，造成一些人才因囊中羞涩而流失，我们采取这一措施是痛下决心。一些骨干拿到这1000元钱，说这样要‘玩命’时在老婆孩子面前也硬气了。”
和谐社会，应该人尽其才，才得其酬。“既然我是所长，就得对决策承担责任。关键岗位上的熟练技工收入能否比研究员还高？关键要看他对研究所发展的贡献。谁要吊儿郎当我也会拍桌子，当然事后我也会道歉。‘上山下乡’那年月我啥苦头没吃过？我与任何人都可以很好地沟通。”
“理论物理讲究做事出发点不能错，工程要为物理研究服务，不要本末倒置，因强调工程的难度而影响实验。所有工作都要落到实处，二级项、三级项，谈得再漂亮也不行，先跟我谈零级项。一定要先判断出最清晰的需求。”听万元熙这么“强硬”的口气，谁能相信他是胃切除4/5，至今还留有心肌梗塞病灶的人？
“很多决策包含着风险，如果硬要给我上纲上线，可能我就犯错误了，若不给我上纲上线，人家就说我英明决策。” 万元熙笑曰。
早在20多年前，万元熙就参加过托卡马克的国际会议，“以前我们与发达国家有很大差距，出国口袋里没有一点钱，根本谈不上社交”。
2006年10月在成都举行的国际聚变能会议，万元熙作了开幕式上的第一个报告，题为Overview of Progress of EAST Project and Future Plan。按过去的惯例，这一般都是由世界上最先进的聚变研究所作报告。报告结束后大家热烈提问，第二个提问的是美国教授Goldstone，他过去参加国际大会都会坐在第一排，都会提出非常尖锐的问题，但他这次却站了起来说：“我建议我们全体起立，为中国的EAST热烈鼓掌祝贺！”
在国际聚变能的类似大会上，以前还没有发生过700多位与会代表一起，为某项科研成就的取得热烈鼓掌，这次大家却为EAST的成就共同鼓掌充分说明，我国科学家已成为该研究领域的VIP。
过去托卡马克装置多半是圆截面，但后来理论证明非圆截面的效果更好。万元熙生平作的“最冒险”决定，就是要做全超导、非圆截面托卡马克。“我的冒险有理论根据。一是世界上已经有模型线圈作了相关实验，证明托卡马克可以承受一定量的快速磁通变化；二是物理上也有其他可采用的办法，能够用来降低超导托卡马克对其快速磁通变化的要求。就像是走路，如果前头是一面墙，人肯定穿越不过，但即使前面只有一条小路，人也能够通过，如果这面墙是纸糊的，人就很容易穿越。”
武松涛：阳光十足地“修行”
武松涛是等离子体所副所长，EAST的装置主机负责人。“我1983年华中工学院毕业，专业是光学工程，如果始终停留在原有专业就走不到今天。大学只能是‘师傅引进门’，工作上‘修行’的道路更漫长，要在等离子体所干好就必须懂得聚变，到处找这方面的书自学。”
武松涛找到一本《受控热核聚变实验装置概论》。油印讲义因年代久远已卷边发毛，但扉页上“中国科学技术大学四系”“一九七九年十二月”字样尚清晰可辨，“不记得当时是向谁借的，它只有上本没有下本，我得到后如获至宝，通宵达旦地看了好几遍。”
武松涛参与聚变实验装置建设是在1990年。他写的《HT-7主机改造工程的组织、协调与管理》发表在《科研管理》上。HT-7装置建造成功后又及时提出建造超导托卡马克EAST装置。“中科院希望能有年轻的科研人员参与项目，所领导到院里汇报工作有年轻人他们就高兴，如果只是所领导自己，院领导就苦脸相对。我介入装置总体设计，跟着霍裕平、万元熙、翁佩德几位老领导跑，他们都比我大20岁左右。我参加了院里及国家组织的几十次项目方案论证，我作总体方案这部分报告。有关部委领导看了HT-7U（EAST原名）都说，项目本身不错，但工程要持续那么久能否做到后续有人？大科学工程给了我成长的机会，我感谢老同志对我的信任和培养。”
武松涛一步一个脚印走了过来。“我们脑子里已逐渐把装置各个关键部件的结构清晰化，从1998年到2001年，我们每年出一本装置设计的文集，既作为文献把工作记录下来，也给大家增加点压力，思考未来的发展战略。文集的序言都是我自己写。”
听说用2000万美元就要建造全超导核聚变装置，国外没人相信，国内质疑的声音也不绝于耳。每次方案汇报和论证都像是舌战群儒，就是在这样的不断磨砺中，武松涛得到了锻炼成长。
武松涛巧妙地借助国际合作平台，为承担EAST接着搞“热身”。为合作伙伴美国得克萨斯大学核聚变研究中心设计制造新型等离子体物理实验装置，他带领五人的一个小组，前后用了两年时间，圆满完成了经费125万美元的合作项目。“这是我国首次以技术方式向发达国家输出托卡马克聚变系统。美国能源部对这一成功合作也很满意，称它是中美核聚变合作的新型的方式。它也是迄今为止中美聚变界最大的国际合作项目，对提高我们的自信心起到很大作用。”
2002年12月，武松涛因为一天到晚不停地工作，突然嗓子疼得厉害，几天之后干脆成了“哑巴”，医生诊断患了急性扁桃体炎，要他立即住院动手术。那时EAST正处于建设的关键期，他除了到医院打点滴，每天照常上班。无可奈何的医生只好在他病历上作了“病人拒绝住院”的记录。
“这在我们团队根本算不了什么。‘保证星期六不休息，星期天休息不保证’是我们不成文的作息守则。”武松涛说，“平时我总给人很阳光的感觉，但记得EAST立项一年多时，有一次我召集每周一次的全体例会，因为项目推进得很慢而带来压力，我忍不住说：如果项目延缓进度或者出了差错，我们不但愧对前辈，也愧对国家！当时我不由自主地哽咽了。大家好几分钟不说话，都感到我的动情之处，会后对我说，他们能体会我的压力，大家会同舟共济。”
2006年9月28日，EAST首次成功获得高温等离子体放电向媒体开放，李建刚所长找了武松涛一下午，想把他推向“前台”接受采访，但武松涛却如同“蒸发”了一般，“我在办公室，把衣服叠作枕头就躺在沙发上睡着了。从吃午饭后一直睡到傍晚。我将手机关掉，哪里也不想去”。
“大学同学毕业后曾聚会过两次，他们大多都已改行，其中经商的居多，目前还在搞科研的除我之外可能仅有一位同学。同学聚会问我怎么搞到聚变工程上来，还调侃说我是最有可能当院士的人。”武松涛笑了笑说：“众所周知，大科学装置的建造周期一般都很长，如果一个人耐不住寂寞，干不了那么长时间，就像跑马拉松运动员没有毅力似的，中途就会自行被淘汰出局。”
潘皖江：关乎“大脑毛细血管”
在EAST团队中，潘皖江主要负责装置绝缘结构的设计以及绝缘子的研制。
武松涛等早年在外国参观过托卡马克的绝缘子，但外国根本不愿意透露研制技术，每个绝缘子报价高达1400~1600美金，如果EAST需要600个绝缘子，就意味着仅此一项的花费就需要约90万美金。
1997年夏天，由武松涛出面游说，校友潘皖江就被赶上了架。潘皖江1989年华中工学院金属材料及热处理专业毕业，在等离子体所研制中心工作的几年里，也参与过一些绝缘材料的研制。
从俄罗斯T-7上拆卸的绝缘子，陶瓷材料不符合EAST装置的要求，他们想在国内寻找合作伙伴做绝缘材料，但相关单位不是因为工艺不能解决，就是因为经济效益的考虑，都不愿拣超导体绝缘材料这个“烫手的山芋”。当时31岁的潘皖江虽然还缺乏历练，但逼上梁山，只好自己做复合材料。
“高大明老师去国外访问时拿回一个样品，我们把它当宝贝似的，小心翼翼地不敢动，充其量是用X光为其拍照，但后来测试出它是坏的。询问外国的绝缘子价格，不仅贵得吓人，还不让测试性能。”
万元熙打过一个形象的比方，EAST里用的绝缘子就相当于人体大脑的毛细血管，哪怕其中一个毛细血管破裂，人可能就会脑瘫痪。所以，600多个绝缘子都要严格要求质量、严格加以测试。
“绝缘子前后研发了3年，自己做了两年。我们只能自力更生，在实践中摸索着干。”潘皖江轻描淡写地，一句话就带过了10年的历史。
潘皖江原创的“金点子”，是提出“液态树脂低温氦密封电流引线”的办法。
EAST在2006年初第一次调试，所有引线都发现电流引线外漏的情况。问题如不及时解决，可能导致超导磁体损毁，从而导致整个装置失效。万元熙和武松涛认为潘皖江提出的想法很新颖，值得尝试。从下午五点钟开始做，到七点半就出效果，从根本上解决了EAST的真空问题。“其他人可能受所学专业局限，想用强度很高的材料将外头的引线固化住，我是求异思维。”潘皖江还是轻描淡写，“后来开总结大会，万元熙总经理说我的主意不错，应该‘重奖’，给了我1500元的额外奖励。”
EAST第二次调试低温超导出现了内漏，大家又想到了潘皖江。他采用真空管，两天就解决了问题。
在EAST的工作中，潘皖江等人摸索出的一些新工艺、新方法都在申请专利之中，“很多人在跟踪我们的技术。我们研制绝缘子的成功率也很高，对外说我们的成功率达到90%，人家一般不相信，怎么可能那么高呢？我还没好意思跟他们说，我们的成功率甚至高达99%呢！”
高大明：抓质量就是“抠问题”
EAST的主要构成部分是超导磁体，为了节省项目经费，本来已和美国的一个科研机构商谈提供超导或电缆，但因李文和事件的突发使得这一合作可能中断。考虑到苏联因为解体，大加速器项目暂时搁浅，于是合作的指向自然掉转到俄罗斯。主管设计的副总经理翁佩德与俄罗斯联系，对方说仓库里有很多超导股线，但是放置的时间很长了，性能究竟怎么样不好说，但可以便宜点卖。
“柳暗花明又一村”，让大家眼前一亮。时值2001年春节前夕，所里赶紧组织8个人兵分两路，一路由陈灼民带队，一路由高大明带队。
陈灼民等人在尘封的仓库里，除了要把所有超导股线一团一团地全部倒出，还要测试每团线的3R性能。超导丝团和车轮子差不多大，他们足足折腾了三四个月，总算挑出4500多根、20吨参数能匹配的超导股线。最后，高大明坐镇指挥另一路兵马，在电缆研究所将这些超导股线绞缆。运回国内的成型电缆都是600多米长，最终用较少的钱买回了EAST重要的也是合格的材料。
此前，高大明和EAST研究中心主任陈思跃考察俄罗斯电缆所发现，该所虽然生产过800米的铜缆，但仅仅是验证工艺，从来没有连续、满负荷地生产过批量的超导导体。由于穿管导体内部充满液氦才能实现超导，必须对套管焊缝质量提出严格要求。超导导体的钢管焊接需要很好的技术，没有焊透不行，若焊得太透钢管就会鼓出一团，按什么标准来控制呢？高大明来回抠问题，总算得到一些比较关键的技术标准。
2001年8月26日，600米穿管超导导体（CICC）生产线建成，并成功生产出第一根铜缆导体。EAST所有超导磁体需要的导体都由这条生产线生产。从俄罗斯高能所购买的0.85毫米直径的超导股线，按照设计绞制成直径约20毫米的超导电缆，在这条生产线上穿入用特种高强度不锈钢管焊接成的长达600米的套管。
在总工艺师高大明指导下建成的CICC生产线，为EAST的超导磁体绕制、超导磁体实验等奠定了基础。
“严格管理是我们团队的特点。搞大科学工程本身就有很大风险，必须建立严格的质量管理体系。ISO9000标准的核心就是要文件化，实行过程控制，防患于未然。2000年底我们终于建成了EAST的质量管理体系。”高大明说。
高大明1978年从东北第一机械厂调来，“那时正是‘科学的春天’，受我们这个年龄段的人的理想主义教育影响，我就想扎扎实实为国家作贡献。搞大科学工程不像是在居里夫人时代，两三个人在地下室晃一晃化学瓶子，或许就可以搞出成果，我们EAST团队最注重的是团结协作。”高大明介绍说，“现在参加国际ITER计划，因为我们有全过程搞超导托卡马克装置的经验和技术积累，在国际舞台上说话的声音也响亮了。”
“我们的学生在国外，别人问起EAST怎么做，他完全可以应答如流。过去发达国家与我们合作纯粹是为了省点加工费用，现在我们EAST的整套经验对它们有用。”高大明打了个比喻，“这就像一位研究生虽然考试只七八十分，但和一位小学生考试得一百分，水平肯定不在一个档次。”
吴杰峰：施工现场“魂牵梦绕”
在俄罗斯转移的T-7上作物理实验，必须作许多技术改造。如它要多开窗口，才能实现ECRH、离子回旋等辅助加热；要了解等离子体的参数，必须要有相应的诊断窗口、实现抽真空的抽气窗口。总共要开100多个窗口。
吴杰峰1988年7月华中理工大学机械工程系毕业，就被分配到等离子体所的研制中心，他早年当过焊接项目负责人，现为研制中心主任。“真空室窗口原来只有12个，要改造到48个。管道共有3000个接头需要焊接，有一个产生漏焊、虚焊都非常可怕，氦气就可能跑到真空里，使外杜瓦变成大冰块。为把好质量关，我经常要钻进真空室，744毫米的直径，操作的焊工在这狭小的空间里头，无论仰焊、侧焊、横焊，都比较困难。”
超导线圈绕制是全新课题，高大明1998年带着吴杰峰等出国考察线圈绕控，1999年就自主研发出了“替代材料管内电缆导体”，接着绕制出D型线圈。“铠装导体的无张力连绕技术”获得了发明专利，绕线机获得了新型设计专利。
2002年2月做出第一条真正的超导导体，2003年8月做完58根、总共34公里的铠装电缆导体，“我们在现场抓质量和进度，最初40天做成一根导体，后来5天就能做成一根，一是技术操作大家已经熟练，二是批量生产采用了计件式的管理。一年半做完全部58根导体，是目前在国际上做得最多、速度也最快的。”
做EAST的超导磁体非能等闲视之。首先要建特种绕线车间、绝缘子真空压力浸渍车间等。研制中心进行了诸多技术集成和工艺上的探索。超导磁体34公里共3500多个接头，研制中心一次焊接合格率达到98%，超过了一级焊缝的标准。“从确保质量考虑，我们每次焊前都要试焊3次，连刚换了瓶气体也要先试焊3次。”
低温容器的密封度要求高，研制中心采用了内窥镜、渗透、超声等6种检测技术，“容器绝对不能出现泄漏。我们能想到的检测方法基本都采用了，只要一个方法未通过就得重来。因为哪怕一个焊头出问题，就可能陷入和别国的托卡马克一样尴尬的情况：真空上不去，低温下不来” 。
吴杰峰说，“检测出了某些问题，无论是我还是焊接的工人，睡觉都不踏实，可能睡梦中会突然翻身起来，说：哦，问题是不是出在那里！就赶紧披衣从家里跑到现场。”
白红宇：科研路上的感情“流量”
EAST有两个大规模低温超导磁体系统，超导线圈有好几个流体通道，必须通过控制保证其流量的分配。超导磁体要在4.5K下运行，低温制冷系统是冷却超导磁体及保证磁体运行在工作温度不可或缺的子系统。该系统不仅体积庞大，而且工艺技术复杂，“委托国外公司制造不仅时间周期较长，而且报价也相当昂贵，我们只好自己动手做”。白红宇说。
白红宇“自己动手做”做得非常好。“低温流量计先是买了个美国的，发现用它测量数据并不准，我们也自己动手做出来。”
在EAST的低温下传统流量计已经“失灵”，也可以用超声波的办法做，但先前国内没有人做过，谁要做就要有条件去标定它。“因为EAST用的是循环的氦，在这样条件下的流量计用户太少，企业从经济效益考虑认为得不偿失，也就不愿意做。我们自己做出来，不但可以做些对比，还可以标定，做出来非常准确。现也有用户提出要我们为他们做这种低温流量计。”
白红宇1993年西安交大低温工程专业毕业，1997年考上在职研究生后刚上了一年，研究所联系到去德国进修低温超导的机会，就把白红宇作为“马普学者”派去。
正好赶上德国大型超导聚变实验装置的模型线圈测试，“本来我去那里可以专门学习德语，但我想参加装置测试的机会更难得，就放弃了”。“我从德国回来，是把德国的1.2千瓦制冷机经改造后用于EAST，还是自己研发大型制冷系统，大家最初有争议，我认为1.2千瓦的‘小马’拉不了EAST‘大车’，坚持要自己做制冷机。先是做到1.5千瓦，后来做到了2.4千瓦”。
除了要把制冷机做好，还要做好冷却对象，回路设计还要考虑到合理设计液氦流量。白红宇经过对国内外的多方考察，确定膨胀机从国外买；压缩机用国产的；换热器通过国内的招标，从3个生产厂家中寻找最优化的设计和价格。2.4千瓦的制冷系统最终只花了2000万元。
“全部交给国外做肯定要多花钱。现在我们这样做虽然成功了，但当时却冒了很大的风险和压力。特别是去年初对装置的降温实验，毕竟是第一次调试，低温系统涉及到的问题实在太多，大家对装置的性能也不熟悉。好在这一切我们都挺过来了。”
大学刚毕业时，白红宇还未曾听说家乡湖南鼎鼎大名的远大空调，“远大空调是后来才起步并且做普冷的。我们那届低温班的30多位同学毕业，后来真正从事低温的只有几个，很多同学都转到了空调方面。我和同学之间联系不多，一是合肥比较偏僻，二是我天性专注于搞研究，不太擅长交际。虽然北京、上海对人才有很大吸引力，但像EAST这么大的项目，才是适合我搞科研的大平台。我从2000年正式参加，到2006年EAST调试实验成功，我非常庆幸自己有机会参与，而且从头做到尾。”
正是这些献身科学的人们，托起了明天辉煌的太阳！

❸ 中国锦屏实验室，它在地下多少米深呢

首个由清华大学作为独立法人单位承担的国家重大科技基础设施——“极深地下极低辐射本底前沿物理实验设施”启动仪式在四川省雅砻江锦屏山隧道举行，标志着由清华大学和雅砻江流域水电开发有限公司共同建设的中国首个、世界最深的极深地下实验室——“中国锦屏地下实验室”进入加快建设新阶段。

“中国锦屏地下实验室”建成投入使用，成为我国首个、全球最深的地下实验室。清华大学与雅砻江流域水电开发有限公司签署协议，共同建设“中国锦屏地下实验室”二期工程，将地下可用实验空间由原来的4000立方米增加到30万立方米。

“极深地下极低辐射本底前沿物理实验设施”项目面向超越当前粒子物理标准模型的新粒子和新物理的重大基础前沿研究，开展暗物质直接探测实验、无中微子双贝塔衰变实验，以及核天体物理领域关键核素合成过程和恒星演化等基础科学前沿研究，探究极深地下近零宇宙射线本底条件下各类基础前沿领域探测新机理、新方法、新技术，发展极低辐射本底屏蔽新方法与新技术，为我国粒子物理和核物理领域的重大基础前沿物理问题研究提供平台支撑

❹ 机械设备分为哪几大类

机械
jī xiè

①利用力学原理组成的各种装置。杠杆、滑轮、机器以及枪炮等都是机械。
②比喻方式拘泥死板，没有变化；不是辩证的：工作方法太～。

机械（machine），源自于希腊语之mechine及拉丁文mecina，原指“巧妙的设计”，作为一般性的机械概念，可以追溯到古罗马时期，主要是为了区别与手工工具。现代中文之“机械”一词为机构为英语之（mechanism）和机器（machine）的总称。

机构的特征有：

机械是一种人为的实物构件的组合。
机械各部分之间具有确定的相对运动。
机器具备机构的特征外，还必须具备第三个特征即能代替人类的劳动以完成有用的机械功或转换机械能，故机器能转换机械能或完成有用的机械功的机构。从结构和运动的观点来看，机构和机器并无区别泛称为机械。

机构和机器的定义来源于机械工程学，属于现代机械原理中的最基本的概念，中文机械的现代概念多源自日语之“机械”一词，日本的机械工程学对机械概念做如下定义（即符合下面三个特征称为机械machine）：

机械是物体的组合，假定力加到其各个部分也难以变形。
这些物体必须实现相互的、单一的、规定的运动。
把施加的能量转变为最有用的形式，或转变为有效的机械功。
(<>的解释)：一切具有确定的运动系统的机器和机构的总称。如机床·拖拉机等；呆板；不灵活。

1。通常的解释：

机械是简单的装置，它能够将能量、力从一个地方传递到另一个地方。它能改变物体的形状结构创造出新的物件.在生活中，我们周围有数不清的不同种类的机械在为我们工作。

机械的日常的理解是机械装置，也就是各种机器与器械。

2。重要性的解释：

从机械专业的角度来说：机械具有相当重要的基础地位。

机械是现代社会进行生产和服务的五大要素(即人、资金、能量、材料和机械)之一。

在马克思说到工业社会时候，说工业社会，尤其是大工业社会，即用机器生产机器的时代。

无论从生活中接触的各种物理的装置，如电灯 电话 电视机 冰箱 电梯等等都包含有机器的成分，或者包含在广义的机械之中，而从生产中来看，各种机床，自动化装备，飞机，轮船，神五，神六等等，都缺不了机械。

更不用说化工厂，电厂等。

所以，毫不夸张的说，机械是现代社会的一个基础。如果有人要说农业也是基础的话，也无可厚非，但是在现代的社会来说，机械做为整个工业和工程的基础，可以毫不夸张的认为也是社会一根大柱子。

任何现代产业和工程领域都需要应用机械，就是人们的日常生活，也越来越多地应用各种机械了，如汽车、自行车、钟表、照相机、洗衣机、冰箱、空调机、吸尘器，等等。

3。英语的解释：machine machine tool mechanical cad/cam/cae/capp/cims

4.相关的词汇：

机械工业 机器 机构 机械制造及其自动化 工作母机 优化设计 现代机械设计方法

机械设计 机构设计 有限元分析 反求工程

5。机械设计手册 中国机械设计大典 中国机械工程师学会 机械工程学报 华中科技大学

机械是现代社会进行生产和服务的五大要素(即人、资金、能量、材料和机械)之一。任何现代产业和工程领域都需要应用机械，就是人们的日常生活，也越来越多地应用各种机械了，如汽车、自行车、钟表、照相机、洗衣机、冰箱、空调机、吸尘器，等等。

机械工程就是以有关的自然科学和技术科学为理论基础，结合在生产实践中积累的技术经验，研究和解决在开发设计、制造、安装、运用和修理各种机械中的理论和实际问题的一门应用学科。

各个工程领域的发展都要求机械工程有与之相适应的发展，都需要机械工程提供所必需的机械。某些机械的发明和完善，又会导致新的工程技术和新的产业的出现和发展。例如大型动力机械的制造成功，促成了电力系统的建立；机车的发明导致了铁路工程和铁路事业的兴起；内燃机、燃气轮机、火箭发动机等的发明和进步，以及飞机和航天器的研制成功导致了航空、航天事业的兴起；高压设备的发展导致了许多新型合成化学工程的成功等等。

机械工程就是在各方面不断提高的需求的压力下获得发展动力，同时又从各个学科和技术的进步中得到改进和创新的能力。

机械工程的内容

机械工程的服务领域广阔而多面，凡是使用机械、工具，以至能源和材料生产的部门，都需要机械工程的服务。概括说来，现代机械工程有五大服务领域：研制和提供能量转换机械、研制和提供用以生产各种产品的机械、研制和提供从事各种服务的机械、研制和提供家庭和个人生活中应用的机械、研制和提供各种机械武器。

不论服务于哪一领域，机械工程的工作内容基本相同，主要有：

建立和发展机械工程的工程理论基础。例如，研究力和运动的工程力学和流体力学；研究金属和非金属材料的性能，及其应用的工程材料学；研究热能的产生、传导和转换的热力学；研究各类有独立功能的机械元件的工作原理、结构、设计和计算的机械原理和机械零件学；研究金属和非金属的成形和切削加工的金属工艺学和非金属工艺学等等。

研究、设计和发展新的机械产品，不断改进现有机械产品和生产新一代机械产品，以适应当前和将来的需要。

机械产品的生产，包括：生产设施的规划和实现；生产计划的制订和生产调度；编制和贯彻制造工艺；设计和制造工具、模具；确定劳动定额和材料定额；组织加工、装配、试车和包装发运；对产品质量进行有效的控制。

机械制造企业的经营和管理。机械一般是由许多各有独特的成形、加工过程的精密零件组装而成的复杂的制品。生产批量有单件和小批，也有中批、大批，直至大量生产。销售对象遍及全部产业和个人、家庭。而且销售量在社会经济状况的影响下，可能出现很大的波动。因此，机械制造企业的管理和经营特别复杂，企业的生产管理、规划和经营等的研究也多是肇始于机械工业。

机械产品的应用。这方面包括选择、订购、验收、安装、调整、操作、维护、修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备，以保证机械产品在长期使用中的可靠性和经济性。

研究机械产品在制造过程中，尤其是在使用中所产生的环境污染，和自然资源过度耗费方面的问题，及其处理措施。这是现代机械工程的一项特别重要的任务，而且其重要性与日俱增。

机械工程分类

机械的种类繁多，可以按几个不同方面分为各种类别，如：按功能可分为动力机械、物料搬运机械、粉碎机械等；按服务的产业可分为农业机械、矿山机械、纺织机械等；按工作原理可分为热力机械、流体机械、仿生机械等。

另外，机械在其研究、开发、设计、制造、运用等过程中都要经过几个工作性质不同的阶段。按这些不同阶段，机械工程又可划分为互相衔接、互相配合的几个分支系统，如机械科研、机械设计、机械制造、机械运用和维修等。

这些按不同方面分成的多种分支学科系统互相交叉，互相重叠，从而使机械工程可能分化成上百个分支学科。例如，按功能分的动力机械，它与按工作原理分的热力机械、流体机械、透平机械、往复机械、蒸汽动力机械、核动力装置、内燃机、燃气轮机，以及与按行业分的中心电站设备、工业动力装置、铁路机车、船舶轮机工程、汽车工程等都有复杂的交叉和重叠关系。船用汽轮机是动力机械，也是热力机械、流体机械和透平机械，它属于船舶动力装置、蒸汽动力装置，可能也属于核动力装置等等。

分析这种复杂关系，研究机械工程最合理的分支系统，有一定的知识意义，但没有太大的实用价值。

机械工程的发展历程

人类成为“现代人”的标志就是制造工具。石器时代的各种石斧、石锤和木质、皮质的简单粗糙的工具是后来出现的机械的先驱。从制造简单工具演进到制造由多个零件、部件组成的现代机械，经历了漫长的过程。

几千年前，人类已创制了用于谷物脱壳和粉碎的臼和磨，用来提水的桔槔和辘轳，装有轮子的车，航行于江河的船及桨、橹、舵等。所用的动力，从人自身的体力，发展到利用畜力、水力和风力。所用材料从天然的石、木、土、皮革，发展到人造材料。最早的人造材料是陶瓷，制造陶瓷器皿的陶车，已是具有动力、传动和工作三个部分的完整机械。

人类从石器时代进入青铜时代，再进而到铁器时代，用以吹旺炉火的鼓风器的发展起了重要作用。有足够强大的鼓风器，才能使冶金炉获得足够高的炉温，才能从矿石中炼得金属。在中国，公元前1000～前900年就已有了冶铸用的鼓风器，并逐渐从人力鼓风发展到畜力和水力鼓风。

15～16世纪以前，机械工程发展缓慢。但在以千年计的实践中，在机械发展方面还是积累了相当多的经验和技术知识，成为后来机械工程发展的重要潜力。17世纪以后，资本主义在英、法和西欧诸国出现，商品生产开始成为社会的中心问题。

18世纪后期，蒸汽机的应用从采矿业推广到纺织、面粉、冶金等行业。制作机械的主要材料逐渐从木材改用更为坚韧，但难以用手工加工的金属。机械制造工业开始形成，并在几十年中成为一个重要产业。

机械工程通过不断扩大的实践，从分散性的、主要依赖匠师们个人才智和手艺的一种技艺，逐渐发展成为一门有理论指导的、系统的和独立的工程技术。机械工程是促成18～19世纪的工业革命，以及资本主义机械大生产的主要技术因素。

动力是发展生产的重要因素。17世纪后期，随着各种机械的改进和发展，随着煤和金属矿石的需要量的逐年增加，人们感到依靠人力和畜力不能将生产提高到一个新的阶段。

在英国，纺织、磨粉等产业越来越多地将工场设在河边，利用水轮来驱动工作机械。但当时的煤矿、锡矿、铜矿等矿井中的地下水，仍只能用大量畜力来提升和排除。在这样的生产需要下，18世纪初出现了纽科门的大气式蒸汽机，用以驱动矿井排水泵。但是这种蒸汽机的燃料消耗率很高，基本上只应用于煤矿。

1765年，瓦特发明了有分开的冷凝器的蒸汽机，降低了燃料消耗率。1781年瓦特又创制出提供回转动力的蒸汽机，扩大了蒸汽机的应用范围。蒸汽机的发明和发展，使矿业和工业生产、铁路和航运都得以机械动力化。蒸汽机几乎是19世纪唯一的动力源，但蒸汽机及其锅炉、凝汽器、冷却水系统等体积庞大、笨重，应用很不方便。

19世纪末，电力供应系统和电动机开始发展和推广。20世纪初，电动机已在工业生产中取代了蒸汽机，成为驱动各种工作机械的基本动力。生产的机械化已离不开电气化，而电气化则通过机械化才对生产发挥作用。

发电站初期应用蒸汽机为原动力。20世纪初期，出现了高效率、高转速、大功率的汽轮机，也出现了适应各种水利资源的水轮机，促进了电力供应系统的蓬勃发展。

19世纪后期发明的内燃机经过逐年改进，成为轻而小、效率高、易于操纵、并可随时启动的原动机。它先被用以驱动没有电力供应的陆上工作机械，以后又用于汽车、移动机械和轮船，到20世纪中期开始用于铁路机车。蒸汽机在汽轮机和内燃机的排挤下，已不再是重要的动力机械。内燃机和以后发明的燃气轮机、喷气发动机的发展，是飞机、航天器等成功发展的基础技术因素之一。

工业革命以前，机械大都是木结构的，由木工用手工制成。金属(主要是铜、铁)仅用以制造仪器、锁、钟表、泵和木结构机械上的小型零件。金属加工主要靠机匠的精工细作，以达到需要的精度。蒸汽机动力装置的推广，以及随之出现的矿山、冶金、轮船、机车等大型机械的发展，需要成形加工和切削加工的金属零件越来越多，越来越大，要求的精度也越来越高。应用的金属材料从铜、铁发展到以钢为主。

机械加工包括锻造、锻压、钣金工、焊接、热处理等技术及其装备，以及切削加工技术和机床、刀具、量具等，得到迅速发展，保证了各产业发展生产所需的机械装备的供应。

社会经济的发展，对机械产品的需求猛增。生产批量的增大和精密加工技术的进展，促进了大量生产方法的形成，如零件互换性生产、专业分工和协作、流水加工线和流水装配线等。

简单的互换性零件和专业分工协作生产，在古代就已出现。在机械工程中，互换性最早体现在莫茨利于1797年利用其创制的螺纹车床所生产的螺栓和螺帽。同时期，美国工程师惠特尼用互换性生产方法生产火枪，显示了互换性的可行性和优越性。这种生产方法在美国逐渐推广，形成了所谓“美国生产方法”。

20世纪初期，福特在汽车制造上又创造了流水装配线。大量生产技术加上泰勒在19世纪末创立的科学管理方法，使汽车和其他大批量生产的机械产品的生产效率很快达到了过去无法想象的高度。

20世纪中、后期，机械加工的主要特点是：不断提高机床的加工速度和精度，减少对手工技艺的依赖；提高成形加工、切削加工和装配的机械化和自动化程度；利用数控机床、加工中心、成组技术等，发展柔性加工系统，使中小批量、多品种生产的生产效率提高到近于大量生产的水平；研究和改进难加工的新型金属和非金属材料的成形和切削加工技术。

18世纪以前，机械匠师全凭经验、直觉和手艺进行机械制作，与科学几乎不发生联系。到18～19世纪，在新兴的资本主义经济的促进下，掌握科学知识的人士开始注意生产，而直接进行生产的匠师则开始学习科学文化知识，他们之间的交流和互相启发取得很大的成果。在这个过程中，逐渐形成一整套围绕机械工程的基础理论。

动力机械最先与当时的先进科学相结合。蒸汽机的发明人萨弗里、瓦特，应用了物理学家帕潘和布莱克的理论；在蒸汽机实践的基础上，物理学家卡诺、兰金和开尔文建立起一门新的科学——热力学。内燃机的理论基础是法国的罗沙在1862年创立的；1876年奥托应用罗沙的理论，彻底改进了他原来创造的粗陋笨重、噪声大、热效率低的内燃机而奠定了内燃机的地位。其他如汽轮机、燃气轮机、水轮机等都在理论指导下得到发展，而理论也在实践中得到改进和提高。

早在公元前，中国已在指南车上应用复杂的齿轮系统，在被中香炉中应用了能永保水平位置的十字转架等机件。古希腊已有圆柱齿轮、圆锥齿轮和蜗杆传动的记载。但是，关于齿轮传动瞬时速比与齿形的关系和齿形曲线的选择，直到17世纪之后方有理论阐述。

手摇把和踏板机构是曲柄连杆机构的先驱，在各文明古国都有悠久历史，但是曲柄连杆机构的形式、运动和动力的确切分析和综合，则是近代机构学的成就。机构学作为一个专门学科，迟至19世纪初才首次列入高等工程学院(巴黎的工艺学院)的课程。通过理论研究，人们方能精确地分析各种机构，包括复杂的空间连杆机构的运动，并进而能按需要综合出新的机构。

机械工程的工作对象是动态的机械，它的工作情况会发生很大的变化。这种变化有时是随机而不可预见；实际应用的材料也不完全均匀，可能存有各种缺陷；加工精度有一定的偏差，等等。

与以静态结构为工作对象的土木工程相比，机械工程中各种问题更难以用理论精确解决。因此，早期的机械工程只运用简单的理论概念，结合实践经验进行工作。设计计算多依靠经验公式；为保证安全，都偏于保守，结果制成的机械笨重而庞大，成本高，生产率低，能量消耗很大。

从18世纪起，新理论的不断诞生，以及数学方法的发展，使设计计算的精确度不断的提高。进入20世纪，出现各种实验应力分析方法，人们已能用实验方法测出模型和实物上各部位的应力。

20世纪后半叶，有限元法和电子计算机的广泛应用，使得对复杂的机械及其零件、构件进行力、力矩、应力等的分析和计算成为可能。对于掌握有充分的实践或实验资料的机械或其元件，已经可以运用统计技术，按照要求的可靠度，科学地进行机械设计。

机械工程的发展展望

机械工程以增加生产、提高劳动生产率、提高生产的经济性为目标来研制和发展新的机械产品。在未来的时代，新产品的研制将以降低资源消耗，发展洁净的再生能源，治理、减轻以至消除环境污染作为超经济的目标任务。

机械可以完成人用双手和双目，以及双足、双耳直接完成和不能直接完成的工作，而且完成得更快、更好。现代机械工程创造出越来越精巧和越来越复杂的机械和机械装置，使过去的许多幻想成为现实。

人类现在已能上游天空和宇宙，下潜大洋深层，远窥百亿光年，近察细胞和分子。新兴的电子计算机硬、软件科学使人类开始有了加强，并部分代替人脑的科技手段，这就是人工智能。这一新的发展已经显示出巨大的影响，而在未来年代它还将不断地创造出人们无法想象的奇迹。

人类智慧的增长并不减少双手的作用，相反地却要求手作更多、更精巧、更复杂的工作，从而更促进手的功能。手的实践反过来又促进人脑的智慧。在人类的整个进化过程中，以及在每个人的成长过程中，脑与手是互相促进和平行进化的。

人工智能与机械工程之间的关系近似于脑与手之间的关系，其区别仅在于人工智能的硬件还需要利用机械制造出来。过去，各种机械离不开人的操作和控制，其反应速度和操作精度受到进化很慢的人脑和神经系统的限制，人工智能将会消除了这个限制。计算机科学与机械工程之间的互相促进，平行前进，将使机械工程在更高的层次上开始新的一轮大发展。

19世纪时，机械工程的知识总量还很有限，在欧洲的大学院校中它一般还与土木工程综合为一个学科，被称为民用工程，19世纪下半叶才逐渐成为一个独立学科。进入20世纪，随着机械工程技术的发展和知识总量的增长，机械工程开始分解，陆续出现了专业化的分支学科。这种分解的趋势在20世纪中期，即在第二次世界大战结束的前后期间达到了最高峰。

由于机械工程的知识总量已扩大到远非个人所能全部掌握，一定的专业化是必不可少的。但是过度的专业化造成知识过分分割，视野狭窄，不能统观和统筹稍大规模的工程的全貌和全局，并且缩小技术交流的范围，阻碍新技术的出现和技术整体的进步，对外界条件变化的适应能力很差。封闭性专业的专家们掌握的知识过狭，考虑问题过专，在协同工作时配合协调困难，也不利于继续自学提高。因此自20世纪中、后期开始，又出现了综合的趋势。人们更多地注意了基础理论，拓宽专业领域，合并分化过细的专业。

综合-专业分化-再综合的反复循环，是知识发展的合理的和必经的过程。不同专业的专家们各具有精湛的专业知识，又具有足够的综合知识来认识、理解其他学科的问题和工程整体的面貌，才能形成互相协同工作的有力集体。

综合与专业是多层次的。在机械工程内部有综合与专业的矛盾；在全面的工程技术中也同样有综合和专业问题。在人类的全部知识中，包括社会科学、自然科学和工程技术，也有处于更高一层、更宏观的综合与专业问题。

❺ 结构模型实验和地质力学模型实验的异同

• 结构模型实验和地质力学模型实验的异同：

1 . 结构模型实验

①是研究弹性范围内线弹性应力模型，与研究超出弹性范围直至破坏的弹塑性模型试验，根据相似理论在模拟结构原型的模型上进行的力学试验。

②将作用在原型水工建筑上的力学现象，按一定的相似关系缩小，重演到模型上，从模型演示的与原型相似的力学现象中，采用电测技术量测应变和位移，以确定其应力、位移和安全度，再通过相似关系换算到原型，从而与设计成果分析对比，验证设计方案的合理性、计算数据的可靠性。

2 .地质力学模型实验

①是地力学模型试验门或岩石力学模型试验，用于研究地基本身及其对上部建筑的影响。

②是基于一定的相似原理对某一工程地质构造进行缩尺研究的一种物理模拟方法。

• 地质力学模型实验介绍：

地质力学模型试验又称地力学模型试验门或岩石力学模型试验。

• 地质力学模型实验应用范围：

近代由于生产建设及科学技术的发展越来越多的建筑物需要修建在具有复杂地质构造的岩基上或岩体内，如大坝、厂房、隧洞、地下电站、地下油库、矿井等等。这类建筑物的抗沿滑稳定性、基础变形对建筑物结构的影响、地下结构的围岩稳定和衬助压力、岩体高边坡的稳定问题等，都是地质力学模型试验的研究内容。而且，近年来随着试验量测技术的提高，地质力学模型试验中的一些研究课题，已由定性分析阶段进入定量分析阶段。

❻ 国土资源部地下水科学与工程重点实验室

（一）实验室简介

国土资源部地下水科学与工程重点实验室是国土资源部和中国地质科学院科技创新体系的重要组成部分，是组织我国地下水科学领域高水平基础研究和应用研究、聚集和培养优秀科技人才、开展科技创新和学术交流的重要基地，是代表国家学术水平、实验水平和管理水平的实验研究基地和学术活动中心。重点实验室依托中国地质科学院水文地质环境地质研究所尖端科研资源优势，瞄准国家重大需求和国际地球科学发展前沿，深入研究地下水可持续利用方面的重大前沿基础科学问题和关键科学技术问题，实现地下水可持续利用领域的原始性创新，获取对地下水可持续利用具有战略意义的自主创新成果。通过实验室建设，推进国内、国际科技合作，营造有利于促进人才不断成长并充分发挥创新人才作用的环境，成为“地下水科学与工程国家重点实验室”和人才培养基地。

（二）2013年度重要科研成果

由实验室承担的国家重点基础研究发展计划（“973”）项目“华北平原地下水演变机制与调控”中的第三课题“深层含水层系统变异与地下水可更新能力演变机理”，经过近4年的综合研究取得了一定的进展，主要成果如下。

1.深化了水-土复合作用及地面沉降发生机理认识

采用基于比奥固结理论的ADINA有限元分析软件建立了三维地面沉降数值模型，提出了优化的地下水开采层位和控制地面沉降措施。分析了实施封井措施及反复抽水作用下的地面变形效应，提出了耦合效应因子的概念,揭示了抽水和荷载对地面沉降的共同作用规律。通过建立考虑滞后作用的地面沉降阿尔蒙分布滞后模型，对沧州地区地面沉降量进行了模拟预测。分析了在不同加载条件下含水砂层与黏性土层的变形规律，根据典型黏性土样实验结果，确定了压缩量与释水量之间的关系（图40）。

2.编制了华北平原地面沉降防治分区图

划分了华北平原地下水调控类型分区，为提出各分区地下水调控目标与措施提供了基础依据。

3.探索了地下淡水-咸水界面移动与驱动机制

开展了咸水下移的驱动机制研究，模拟了在大规模开采形成的水头差、弱透水层和天窗的补给条件下咸淡水下移的过程。建立了咸淡水界面运移数值模型，模拟了弱透水层的吸附解析机制对咸水下移的影响。采用地球物理探测方法对典型地区的地质剖面进行高密度电阻率成像，其反演结果验证了基于T-PROGS建立的水文地质结构模型，为建立典型地区的淡咸水界面运移模型提供了可靠依据。根据黏性土的化学渗透特性，利用PHREEQC软件通过模拟浅层地下水化学组分的溶解、沉淀和运移，得到了浅层地下水中的降水入渗比例，初步揭示了浅层咸水淡化的部分机理（图41，图42）。

图40 封闭不同含水层开采井地面变形曲线

图41 基于T-PROGS的地质结构模型

图42 单目标与多目标优化后的盐度分布对比

4.证明了越流过程中黏性土存在阻盐效应

通过膜效应室内试验分析了越流机理，通过水化学、同位素的证据表明膜效应的存在。原状土样对NaCl溶液中氯离子的截留作用存在一定的旋回变化；水化学证据方面，分析NaCl溶液中氯离子的截留过程有三段变化，粘土膜实验前后易溶盐测试，表现出了“滤盐”的性能；同位素证据方面，氯离子在膜效应作用下发生分馏，δ³⁷Cl值减小。初步总结了膜效应在浓度、压力、孔隙等因素下的发生规律。

5.认识了复合地下水漏斗演变及地下水可更新能力

对石家庄至沧州剖面深层承压含水层同一地下水样品进行¹⁴C及惰性气体样品分析，通过对比分析地下水¹⁴C年龄与⁴He年龄，获取了可靠的河北平原中部深层承压水的年龄信息，证实了⁴He测年在研究区应用的可靠性，由此初步评估了河北平原深层含水层的更新能力。利用MODFLOW结合井中垂向流测定进行了井内垂向流数值模拟，分析了沧州漏斗区深层地下水开采井中垂向流对开采资源组成的影响，初步证实了井中渗漏在开采资源中占有重要比例。