[发明专利]一种地下泥沙冲刷模型实验装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于水力学及河流动力学和岩土力学特性测试技术领域，特别涉及一种地下泥沙冲刷模型实验装置和方法。

背景技术

泥沙研究领域已经从河道转移到陆地，即河流泥沙发展到流域泥沙，这是科研人员在泥沙研究上的一大飞跃。河流中的泥沙一方面来自于河道的底部和两侧，另一方面来自陆地表面，即流域泥沙所研究的内容。泥沙还有一个重要的来源——岸堤及陆地的内部，即来自地下的泥沙，称为地下泥沙。关于地下泥沙的研究属于一个新的领域，这一领域的具体工程表现为：冲刷作用、水位涨落下地下泥沙的输移引起的岸堤稳定性的降低及坍塌。目前研究较少，相关的测试测量方法和设备还很少见到。

岸堤内的泥沙由细到粗逐渐被岸堤内潜水冲刷携带出岸堤，逐渐形成很大的通道，通道坍塌，最终导致岸堤的坍塌。

土是由许多不同粒径的细小颗粒组成，颗粒之间互相咬合、填充、胶结等，土体中也有很多细小的通道、孔隙，当有水渗透进来时，粒径较小的颗粒将会在水力的作用下，随水而走。进而土体的孔隙、通道逐渐加大，粒径更大的颗粒有可能被继续带走，也有可能达到一种稳定状态。这主要取决于土颗粒的受力，土体中的土颗粒受到水的浮力、重力、其它颗粒的支撑力等，例如咬合力、摩擦力等。当渗流土体达到稳定状态时，土中颗粒即达到一种稳定的平衡状态。在这种平衡状态下，土体孔隙比及现有土体的颗粒级配这两个参数对研究地下泥沙的输移具有很重要的意义，通过这两个参数结合水压力、冲刷时间，就可以对土体的力学参数及其稳定性做出预测和判断，为岸堤的稳定性做出评价。

在地下泥沙冲刷领域，目前国内外还没有相关的直接测量一定冲刷状态下孔隙比、颗粒级配及其分布的地下泥沙冲刷模型实验装置和方法。地下泥沙冲刷领域研究和工程设计需要一种用直接的方法，保持原有冲刷状态和取样不扰动邻近测量点的情况下，测量地下泥沙的孔隙比和颗粒级配及其分布的实验室地下泥沙冲刷模型实验装置和方法。

发明内容

本发明的目的是解决用直接的方法，保持原有冲刷状态和取样不扰动邻近测量点的情况下，测量地下泥沙的孔隙比和颗粒级配及其分布，提供一种地下泥沙冲刷模型实验装置和方法，其特征在于，装置由冲刷箱、固定台201、倾斜装置和冷冻箱组成，冲刷箱固定在固定台201上，倾斜装置支撑固定台201，倾斜装置固定在冷冻箱的底板上，冲刷箱、固定台201和倾斜装置安装在冷冻箱内；所述冷冻箱由防温隔热箱体板401、冷冻箱上盖和底板构成；所述冲刷箱，箱体的下板1012通过下板固定螺栓202固定在固定台201上，两个侧板102和左右两个挡板103用四周板固定螺栓1061固定在一起，上板1011和下板1012与侧板102和挡板103构成冲刷箱箱体，用上下板固定螺栓1062固定在固定台201上，两块纱网板104置于上板1011和下板1012的凹槽中，将冲刷箱分隔成左箱室108、中箱室109和右箱室110；固定台201向下的平面上左边有2个对称分布的固定台支撑板203，右边中心有1个倾斜固定台支撑板304，固定台支撑板203和倾斜固定台支撑板304上都有圆形转轴孔，倾斜装置两个支柱302上端用长转轴3021分别和固定台201的两个固定台支撑板203铰链连接，长转轴3021与两个支柱302固接，支柱302的下端与倾斜固定台301固接，上升降螺柱3031、升降螺套3032和下升降螺柱3033通过螺纹连接组成升降支柱，升降支柱的上端用短转轴305和固定台201右边的倾斜固定台支撑板304铰链连接，短转轴305与升降螺柱3031固接，升降支柱的下端用短转轴305和倾斜固定台301右边的倾斜固定台支撑板304铰链连接，短转轴305与升降螺柱3033固接，倾斜固定台301与冷冻箱的底板焊接固定，转动升降螺套3032调节升降支柱的高度，确定冲刷箱倾斜角度；冲刷箱的挡板103上的冲刷箱输水孔105和冷冻箱的冷冻箱输水孔402用输水胶管107连接。

所述侧板102为透明玻璃板。

所述冷冻箱，在两块侧板102外侧的防温隔热箱体板401上与侧板102高度和宽度相对应部分为透明板。

所述上板1011和下板1012在与侧板102和挡板103接触处，上板1011和下板1012都有凹槽，并在凹槽内有橡胶垫片111。

所述纱网板104，纱网网格孔径范围不大于3毫米。纱网网格孔径大小根据冲刷泥沙的颗粒大小来决定，满足支撑实验前泥沙堆积要求，纱网网格孔径要略大于最大泥沙颗粒的直径，冲刷时泥沙能够通过。