[发明专利]高含沙量涌潮模拟试验方法

权利要求书

1.高含沙量涌潮模拟试验方法包括：高含沙量涌潮模拟试验装置和利用该装置进行模拟试验的方法，其特征在于：所述的高含沙量涌潮模拟试验装置，包括可变水头高位水箱、试验水槽、地下水库，顺序相连；

所述的可变水头高位水箱包括：箱体、平水槽、溢流内管、千斤顶、进水管、溢流外管、出水管；平水槽置于箱体内，由千斤顶支撑并调节溢水高度，溢流内管上端连接在平水槽底部，下段插入溢流外管内部，溢流内管与溢流外管相连接处可滑动并设置止水橡皮；

试验时调节千斤顶使平水槽达到预定高度，进水管进水量大于出水管的出水量，多余弃水自平水槽进入溢流内管、溢流外管返回地下水库。

2.根据权利要求1所述的高含沙量涌潮模拟试验装置，其特征在于：所述的试验水槽包括：扩散段、整流段、沙槽、试验段、快速闸门、闸门电机、尾水段、尾门、支架；

所述的整流段连接在扩散段下游，试验段连接在整流段下游，沙槽位于试验段底部，快速闸门通过齿条与闸门电机的齿轮相互咬合，快速闸门门槽位于沙槽的下游端，尾门安装在尾水段末端；

所述的整流段、试验段、尾水段长度比为2：5：3；

所述的扩散段为一段圆变方的喇叭口，试验得到扩散段前后面积比大于1：3小于1：2，长度不小于整流段，若面积比小于1：3则扩散后水流仍然有较明显的高速区，会在沙槽上留下明显的冲刷痕迹，若面积比大于1：2则在小流量试验时会有泥沙停留管道中，造成总沙量不平衡，只有当扩散段满足以上面积比范围时，沙槽中的泥沙才不会出现明显的冲刷痕迹，并且在试验过程中不停留在管道中，一直随水流运动；

所述的整流段为一段矩形水槽；

所述的试验段为一段矩形水槽，水槽底部为深度为10～25cm的沙槽，沙槽铺沙表面与水槽底部持平；

所述的快速闸门背面设置齿条，齿条与闸门电机的齿轮相互咬合；所述的闸门电机为步进电机，电机脚步距为6’,齿轮与齿条咬合后，提供的关闭速度范围为2～10倍的水槽水流流速；

所述的尾水段为一段矩形水槽；

所述的尾门为插板式尾水门，所述的尾水门由8～12块插板和分割板组成；

所述的支架为钢支架用来支撑水槽。

3.根据权利要求1所述利用该装置进行模拟试验的方法，其特征在于：所述的试验方法包括以下步骤：

沙槽铺沙、调整水槽水位和流速、关闭闸门生潮、测量闸门上游悬沙分布；

所述的沙槽铺沙是指依据泥沙起动流速相似准则选择模拟用泥沙，将泥沙铺设在沙槽中，原型沙最大起动流速与沙槽深度关系为v<8d，即本试验装置使用10cm深沙槽时最大可模拟起动流速为0.8m/s的原型沙运动，在使用25cm沙槽时，最大可模拟起动流速为2.0m/s的原型沙运动。

所述的根据泥沙起动流速相似准则是指：

Vsm＝Vsp/Sv，Vsm是装置中的中值粒径模型泥沙的起动流速，Vsp是天然状态涌潮泥沙起动流速，Sv是速度比尺；

Vam＝Vap/Sv，Sv是速度比尺，Vam是装置中水流正向平均流速；Vap是天然状态河流正向平均流速；

所选择的泥沙满足上述的装置中的泥沙起动流速条件。

所述的调整水槽水位和流速是指，当设定需要模拟的潮头高度后，计算给定流速的公式为：Vrm=2gHw/α+Vam,]]>α为水头损失系数0.95；

其中Hw为设定的需要模拟的潮头高度，其值与天然潮头高度间关系为Hw＝Hwp*Sv²，其中；Hwp为天然潮头高度，Sv为流速比尺；

所述的关闭闸门生潮是指，在流速和水位达到预定值后稳定15分钟后，驱动闸门电机关闭闸门，闸门的关闭速度为v＞2αVrm(m/s)，α为水头损失系数本发明取值为0.95。

4.根据权利要求3所述利用该装置进行模拟试验的方法，其特征在于：模拟试验步骤为：通过尾门和可变水头高位水箱调整水槽中流速达到预定值，关闭快速闸门，水流被截止后在水槽中产生涌潮，涌潮自闸门向上游上涌，带动沙槽中的泥沙，测量此时水槽中的垂向泥沙分布，获得天然状态的垂向泥沙分布特性。