[发明专利]一种细颗粒泥沙水下休止角测量装置及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及水利行业中细颗粒泥沙水下休止角的测量，尤其是一种细颗粒泥沙水下休止角测量装置及其测量方法。

背景技术

水下休止角是反映泥沙物理特性的重要参数之一，涉及泥沙运动力学基础研究和工程实践的诸多课题，对深入研究床面沙波形态、坝前冲刷漏斗、河渠护岸、桥渡冲刷等局部河床变形过程方面具有十分重要的意义。泥沙水下休止角受到泥沙的级配、形态特征、表面性质及密实程度(对淤泥而言)等诸多因素的影响。虽然以往的研究者得到一些经验、半经验的公式，但相互之间出入较大，理论研究又难以进行全面分析，因此在实际应用中多以实测值为准。这就为精准可靠的测量装置提出了要求。

以往测量泥沙水下休止角的方法主要有自然落淤法和圆盘法。自然落淤法步骤较为繁琐粗糙，操作中容易对泥沙锥体形态造成干扰影响精度；圆盘法虽对自然落淤法有所改进，然而从其装置来看，沙浆从高处经软管流下，管口处容易形成射流破坏泥沙锥体坡面形态，因此也会对精度造成影响。不论什么方法，测量精度都很大程度依赖于泥沙坡面形成过程的平稳性，故在其形成过程中须尽量降低各种扰动的影响。

发明内容

本发明提供一种细颗粒泥沙水下休止角测量装置及其测量方法，该测量装置及测量方法弥补了现有方法步骤繁琐、干扰因素多的不足，能有效精炼操作步骤，提高泥沙圆锥体形成的平稳性，从而提高测量的速度、精度和重现性。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种细颗粒泥沙水下休止角测量装置，包括玻璃水箱、浮板、漏斗、透明测试圆台和塑料棒。所述玻璃水箱底部外侧安装有调平旋钮，四个侧壁相同高度刻有标尺，一对侧壁底部中间位置对称安装有两个水管；所述浮板置于玻璃水箱内，中部开设有孔用于固定漏斗，浮板与漏斗组成一整体；所述浮板下方的漏斗壁上对称设置有平压孔；所述透明测试圆台固定在玻璃水箱底部中间位置，用于承接由漏斗内漏下的泥沙试样；透明测试圆台内部中心位置设有调平气泡，二者与漏斗同轴；所述塑料棒置于漏斗内部，用于开关漏斗口；

所述漏斗放置于透明测试圆台上时，浮板的下边缘与标尺零刻度对齐；所述调平旋钮共设三个，以玻璃水箱底部中心为重心，呈正三角形设置；所述平压孔使漏斗内外形成连通器，可消除泥沙试样下漏过程中漏斗口处的内外压差；

所述浮板采用硬质浮材，且其边缘与玻璃水箱内壁之间缝隙宽度为1mm；

所述水管开口向下，距离玻璃水箱底部不超过10 mm；

本发明的另一目的是提供一种细颗粒泥沙水下休止角测量装置的测量方法，包括以下步骤：

⑴调平加沙：通过旋转调平旋钮，将所述细颗粒泥沙水下休止角测量装置调平，向漏斗中加入适量润湿好的泥沙试样；

⑵漏沙成锥：经水管向玻璃水箱内加入清水，浮板和固定在浮板上的漏斗受清水浮力上浮，漏斗内的泥沙试样漏至透明测试圆台形成圆锥体；通过调节水管流量控制浮板和漏斗的上浮速度，保持圆锥体形成过程中其顶端距离漏斗口不超过3 mm，且当泥沙试样圆锥体完全覆盖透明测试圆台时，圆锥体顶端与漏斗口齐平；此时用置于漏斗内的塑料棒封住漏斗口；并通过松动塑料棒对泥沙试样的圆锥体形态进行修补；

⑶读数计算：泥沙试样圆锥体稳定后，浮板下边缘对应的标尺刻度平均值即为圆锥体高度h；则泥沙水下休止角α为：α=arctan（h/r）。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

⑴调平后形成的圆锥体更标准，圆锥体形成过程更加平稳，提高了测量精度和重现性；

⑵减少并减弱了操作时的干扰因素，测量步骤简单，容易操作；

⑶泥沙圆锥体形成后可直接读出其高度，节省测量时间。

附图说明

图1为泥沙锥体稳定状态正视图；

图2为测量初始状态正视图；

图3为图1中水箱的俯视图；

图4为图1中浮板漏斗的俯视图。

其中：1为玻璃水箱，2为浮板，3为漏斗，4为透明测试圆台，5为调平气泡，6为调平旋钮，7为标尺，8为水管，9为平压孔，10为塑料棒。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。