土工离心实验模拟的概念，是由法国人E.菲利普斯于1869年在巴黎科学杂志发表的一篇论文中提出的，但由于当时条件所限而未能得以实现。直到20世纪30年代，这一实验模拟方法才在美国和苏联被重新探索并付诸实施，主要用于研究矿山、土石坝和边坡稳定性等岩土工程问题，迎来了土工离心实验模拟技术的初创和探索阶段。随着临界状态土力学理论的创立和发展，土工离心实验模拟技术在60年代中期以后也进入了快速发展阶段。经过随后20余年的发展，土工离心模拟技术在英国、美国、日本、法国、丹麦、联邦德国、荷兰、中国等10多个国家得到了推广应用。1985年，国际土力学与基础工程学会在美国旧金山举办了首次离心实验技术专题研讨会并出版论文集，土工离心模拟技术进入了新的发展阶段。这一阶段的主要特点包括：离心机主体装备的大型化，微型传感器等先进微电子技术的应用，机器人及机械手、振动台、造波机等实验附属装置的研发，计算机及网络技术解决了实验数据信号传输的瓶颈难题。随着液压技术、电子控制、微型传感以及实验观测技术的进步，土工离心实验模拟向精细化控制和高精度测量的方向发展，应用范围不断扩大。

土体是一种典型的内摩擦材料，其变形模量与强度等力学特性与应力水平或围压密切相关。由于土工原型实验的昂贵测试费用和现场条件限制，岩土工程的原型测试数据往往非常稀缺且不完整。在常重力环境下的缩尺土工实验模型中，土体内部的应力水平通常远低于原型，土的剪胀性则远大于原型，因而难以准确反映原型土体的主要力学特性。土工离心实验则能够在缩尺模型中再现原型中土体的应力状态。

土工离心模型实验的基本原理是将几何缩尺的模型布置在由高速旋转而形成的倍重力加速度离心力场中，使模型达到与原型土体相同的应力水平。利用土工离心实验模拟，能在原型应力状态下观测研究岩土工程问题，特别是可较真实地再现工程破坏的物理过程。

实际工程中的原型常常尺寸很大，实验模拟中必须采用几何上按比例缩小的模型。在缩小的模型上作用和原型相对应、大小与分布均相同的面力荷载，则在模型中产生的应力的大小和分布均与原型中相同。但若考虑的荷载是土体的自重，在模型与原型采用同样材料的情况下，几何缩小倍的模型中产生的应力将比原型中缩小倍。为了解决这个难题，离心实验中用将模型安放在离心机中，通过调整旋转速度产生相当于重力倍的离心力来模拟原型中的重力。在土工离心实验中，当模型安装位置的离心力为重力加速度的倍时，模型中1厘米的土体就代表原型中厘米的土体。由于重力加速度沿高度变化非常缓慢，在实际工程中，重力沿土体深度的分布可以认为是均匀的；而离心机中产生的离心加速度正比于转动半径，由于模型底部和顶部不在同一个转动半径上，因此模型沿径向不同位置处的加速度存在差异，给实验带来系统误差。实验中，一般取模型2/3深度处的离心加速度为基准值，可将模型中的加速度误差控制在大约3%以内。通常模型中所用的土样与原型一致，因此土颗粒尺寸无法满足相似条件，这种颗粒尺寸效应只有通过不同比尺的模型试验予以检验和对比分析，即A.N.斯科菲尔德提出的“模型模拟”研究方法。

土体固结涉及超静孔隙水压的消散过程，是一个扩散问题。土体的固结度一般用无量纲时间参数表示，，其中为固结系数，为时间，为排水路径长度。当固结度相同时，模型和原型对应的取值相等，由于（其中和分别代表原型和模型），可得。通常模型中所用的土样与原型一致，因此土体固结问题中时间的模型比尺为。例如，对于条件下的土工离心实验，模型中1小时的固结过程代表了原型中10000小时的固结过程。

在地震作用等涉及动力问题的离心实验模拟中，速度的模型比尺为1∶1，加速度的模型比尺为，时间的模型比尺为。例如，对于条件下的土工离心实验，原型中10个周次的频率为1赫兹且振幅为0.1米的地震载荷，在模型中对应10个周次的频率为100赫兹且振幅为1毫米的载荷。值得注意的是，动力问题中时间的模型比尺（）与土体固结问题中时间的模型比尺（）并不一致，不能同时满足。在土体渗透性低、固结过程较缓慢的问题（如地震作用下的黏土堤岸稳定性问题）中，以动力问题中时间的模型比尺（）为准进行实验。而对于地震作用下的砂土液化等问题，涉及土体中超静孔压的消散过程，须保证固结问题与动力问题各自对应的时间比尺相匹配，一般可通过增加孔隙流体的黏滞性（如用密度与水相近、黏滞性100倍于水的硅油作为孔隙流体进行模型制备），进而降低土体的有效渗透系数，使得土体固结问题中时间的模型比尺也为。

土工离心机主要包括鼓式离心机和臂式离心机两类。土工离心实验可用以探索岩土工程问题中的新现象，模拟再现工程原型，为数值模型和新理论提供实验验证与校核等。土工离心实验模拟在岩土工程领域的应用日趋广泛，内容涉及岩土边坡稳定、地下支挡结构、土石坝、深基础、软土地基、土工合成材料加筋挡墙、隧洞开挖、路基稳定及冻土工程等诸多领域，特别是近年来在环境土力学、地震及波浪诱导的土体液化、海底滑坡、海洋工程结构基础稳定性等方面的研究中发挥了重要作用。