孔隙水压为表征土体力学性态与损伤程度的基本物理指标之一,提升其传感器量测的准确性和可靠性是目前动力离心试验量测技术发展的一个核心问题。据国内外传感器故障率统计,孔隙水压计故障发生率位居动力离心试验各类量测传感器之首,甚至单次试验中达到70%~80%,直接导致试验失败。试验前后进行传感器标定,是保障孔隙水压计量测准确性与可靠性的一种有效方法。然而,现有标定装置绝大多数是由三轴压力室改造而成或采用气压罐标定,仅具备静态标定能力且标定环境与实际工作环境差异悬殊,不能满足动力离心试验需求。作为一种特殊用途精密传感器,孔隙水压计在全球范围内的供货厂家十分有限,不同厂家孔隙水压计在结构、选材、尺寸等方面均有差异,且均不能够提供其动态响应标定数据。为此,对试验数据分析造成很大困难,极大地限制了动力离心试验量测的技术发展。本文围绕发展新型孔隙水压计动态标定装置、孔隙水压计性能评价及改进设计方法为目标,以UC Davis针对孔隙水压计动态性能研制的标定装置为主要样本,自主设计研发了我国首套兼具标定静、动态性能的孔隙水压计标定装置,能复现原位真实的孔隙水压累积波形。针对该新型标定装置,设计展开若干系列试验,对新型标定装置的静、动态压力生成与波形控制性能进行论证;选取三种国际代表性孔隙水压计,建立动态性能标定与评价方法,提出传感器结构改进设计建议;并结合数值仿真对试验数据的分析结论进行验证。主要工作和取得成果如下:1.总结了孔隙水压计的发展历程及其在静、动态量测性能方面的研究进展,指出了孔隙水压计在动力离心试验环境的工作特点和面临的关键共性问题;综述了国内外孔隙水压计标定装置发展基本概况,初步对比了代表国内外发展水平的若干标定装置结构组成、功能特点以及不足。2.比较了现有差动式、钢弦式和压阻式孔隙水压计的工作原理与结构特点;剖析了动力离心试验环境特点和孔隙水压计量测的关键难点;初步对比了Druck、Keller、Hrct三种孔隙水压计的性能参数与结构差异,并引用美国加州大学戴维斯分校UC Davis的离心模型试验数据,证明了不同型号、品牌孔隙水压计在动态量测结果中可出现严重差异。3.解析UC Davis标定装置的设计结构和功能参数,分析其在控制方法、生成波形、频率响应和标定量程方面的缺陷,利用现代机械装配与数值模拟方法进行方案比选和设计优化,提出了新型孔隙水压计标定装置DPCM-700的总体设计思路与方案,并完成具体部件参数和加工方法设计,自主研发了国内首套兼备静、动态性能的标定装置。4.以新型标定装置DPCM-700为研究平台,设计开展数组试验,分别对标定装置性能进行评价和三种孔隙水压计的性能差异进行对比。给出了标定装置的静、动态标定性能,包含承压性、气密性、气/水传递均匀性和适用量程。通过三种传感器的静、动态响应性能差异对比,探讨了孔隙水压计设计结构、主要参数的影响,包含透水石尺寸、材质、饱和状态等。5.试验结果表明:新型标定装置具有良好承压与气密性,气/水压荷载传递均匀,响应速度满足动力离心试验需求,可近似复现土体液化的孔隙水压累积波形。在透水石充分清理与饱和条件下,三种孔隙水压计静、动态标定结果相一致,均呈现良好线性与稳定性。然而,在透水石未完全饱和与清理条件下,孔隙水压计动态量测能可发生明显改变,标定曲线出现显著滞后特性,说明孔隙水压计改进设计的核心在于透水石,试验前透水石的清理与饱和工作十分必要。6.利用ANSYS CFX流体力学软件,建立透水石多孔介质与传感器内部空腔流体区域的三维模型,探讨透水石渗透率、尺寸、饱和度和内部空腔间隙对孔隙水压计量测性能的影响。仿真结果验证了标定试验数据的分析结论,进一步说明透水石厚度、饱和度、内部空腔间隙是影响孔隙水压计动态响应性能的主要参数。