岩土离心试验通过缩尺物理模型与离心场，能有效再现工程对象在自然界真实应力条件下的力学行为与破坏机制，相比理论分析、数值模拟、灾害调查等研究手段，其具有材料真实、参数与过程可控、现象可再现、效率高等优点，是当前研究岩土工程复杂问题和学科前沿问题的重要手段之一[1-4]。目前中国正在掀起一场大型离心机建设热潮，预计5年内新增10套以上容量超过700g·t的世界级土工离心机，呈现大臂长、高容量、多功能、精密化等发展趋势。然而，相比离心机数量和规模的疾速增长，离心试验测量技术方面的开发和基础研究十分缺乏，辟如土压力测量方面仍以刚性土压计为主，其拱效应、尺寸效应、厚径比、刚度匹配等经典误差问题，尚未得到有效解决。
土压力是岩土构筑物、地下结构等受力性态和破坏过程及预警监测的一个关键力学指标，也是岩土离心试验测量的重要物理量之一。在此，对土压力测量技术发展及岩土离心试验应用方面较具影响和代表性成果，作扼要论述。曾辉等[5]建立了结构表面、刚性基础、自由场等3种使用场合下土压计测量静匹配误差计算公式，并指出土压计只有满足刚度和形状匹配才能获得较小匹配误差。Miura等[6]选用4种不同尺寸的土压计，给出砂土与不同粒径介质对土压计标定结果的影响，并提出选取合理传感器尺寸的建议。余尚江等[7]给出了自由场和结构表面土压计在测量误差计算、应力场分布状态和扰动范围等方面的差异，并推导出两类情况的匹配误差的定量计算公式。Joseph等[8]利用自研的土压计试验校准装置，开展砂标与液标试验，得出传感器砂标与水标系数相差约20%。Talesnick[9]指出土压计的测量结果与应力历史相关，在多次逐级卸荷过程中，土压计响应曲线呈现高度滞后特性。徐光明等[10]分类总结了Weiler等[11]、Egan等[12]提出的土压力测量的影响因素，如嵌入效应、盒与土相互作用、测试环境和填筑影响，开发一种引入柔度因数设计的BW-3型应变式土压计，通过离心模型试验证明其获取K0值的可行性。Dave等[13]通过土压计校准装置，研究土层厚度对土压计测量结果的影响，发现不同砂层厚度下土压计标定结果呈明显离散。魏永权等[14]选用BY-4型应变式土压计，结合匹配误差理论，开展土介质标定离心模型试验，建立了土压计的匹配误差随较大土介质模量变化的关系曲线，证明了该方法可明显提升土压计测试精度。芮瑞等[15]通过自制砂土模型开展多组砂土加压/卸荷试验，发现膜式土压计测量的加压曲线具有良好的线性度，而卸荷曲线拟合则需采用指数曲线。梁波等[16]选用2种电阻应变式土压计，开展标定试验和离心模型试验，发现电压输出式传感器测量数据的稳定性与灵敏度高于应变输出式传感器。蔡正银等[17]开展了不同水温、砂层厚度和颗粒粒径3种条件的离心模型试验，发现随着砂层厚度增加应变式土压计输出电压呈非线性趋势，且标定系数随粒径增大而逐渐增大。另外，目前还发展了薄膜式土压计测试方法（tactile pressure sensor）[18-22]，具有厚度薄、灵敏度高、局域化等特点，但其响应滞后且对被测物体表面平整度要求极高，可靠性受被测物体表明光滑度和细微气泡影响严重，难以重复利用、寿命有限，价格昂贵，难以获得广泛应用。
综上所述，土压力测量技术的研究主要围绕标定方法、刚度匹配、拱效应、尺寸效应、厚径比等方面，实际上，其中绝大多数误差因素均与刚性土压计的高刚度接触形式紧密相关。中国目前岩土离心模型试验采用的土压计多以应变式为主，因其自身尺寸、刚度较大，易产生土体应力集中或重分布现象，造成测试结果存在较大离散和不确定性[15-16, 18, 22]。
针对离心模型试验中土压力精准测试需求，借鉴薄膜式土压传感器的“柔性”原理，本文介绍了一款自主研发引入“软接触”设计概念的全新微型土压计ESP-Ⅱ，以国际PDA和EPL-D1土压计为参考，选用福建标准砂，开展一系列离心试验，探讨静/动荷载条件下三种传感器测得土压力和侧向土压力系数K0变化规律，验证ESP-Ⅱ的静/动态响应准确性和可靠性，旨为尝试消除传统刚性土压计测试的拱效应、尺寸效应、厚径比、刚度匹配等误差问题，开辟一条崭新思路与途径，以期推动土压力测量技术发展。
结 论
（1）介绍了完全自主研发的软接触式土压计ESP-Ⅱ的技术创新和设计方法，包含引入柔性软接触面，以消除传统土压力计拱效应、尺寸效应及刚度差和应力集中等误差因素；采用高性能压敏元件、微凸表面和无应力胶设计，以提升响应速率、精度和保障土体-传感器良好接触；利用倒钩结构、密封胶和铁氟龙材质增强其使用寿命和耐久性，为土压力测量技术的发展开辟新思路和新途径。
（2）逐级加载离心加速度5g~50g试验下，不同深度ESP-Ⅱ、国际PDA和EPL-D1土压计测量结果与理论值差异较小，平均误差分别为5.16%，6.70%，4.85%，沿深度拟合K0优度系数R2均超过0.9893，反映3种土压计具有相近的测量精度和一致性，也初步证明了软接触式ESP-Ⅱ在测量静力离心试验土压力方面，能达到国际同类代表传感器的一致水平。
（3）50g离心加速度下脉冲和地震动力荷载试验结果表明，ESP-Ⅱ最大响应时间Td约7.8 ms，略优于两种国际代表土压计，具有良好的频响速率；不同幅值正弦、地震等连续动荷载下，3种传感器测得土压力均呈一致增量趋势，与既有规律认识吻合，K0约由0.43~0.45增至0.50~0.56，一定程度反映了软接触式ESP-Ⅱ测量动态土压力的适用性和可靠性。
（4）离心加速度逐级下降的卸荷过程中，不同深度PDA和EPL-D1的测量时程出现明显的跳跃、折线现象，尤其体积较小的EPL-D1型；而ESP-Ⅱ测量时程具有良好连续性和光滑性，表明软接触式设计有利于保障土体与传感器良好接触和稳定响应。卸荷过程中3种传感器均反映K0沿深度变化的非线性增强，表明卸荷过程将导致土体骨架和力链结构变化。
