[发明专利]一种河工模型试验中动岸模拟材料及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及水利水电工程河工模型模拟技术领域，具体是一种河工模型试验中动岸模拟材料及其应用。

背景技术

动岸模拟是河工模型试验中的一项关键技术难题，直接关系到河床横向变形的相似性及河工模型试验模拟预测的精度。目前我国的大江大河上游基本都建有(或在建)梯级水库群，这些水库群运用以后，受“清水”下泄影响，水库下游河段局部岸滩将发生不同程度的崩退现象，河道横向变化较大，对河道演变趋势产生较大影响，为模拟这种河岸的横向变形，精确预测河道演变趋势，在河工模型试验中须进行动岸模拟。河工模型受试验场地和设备影响一般为缩尺模型，即原型按照一定比例缩小而成模型，由于一般河道宽度远大于河道水深，大部分河工模型为几何变态模型(即水平比尺与垂直比尺不一致)。以一种常见的长江干流河工模型为例：水平比尺为1:400，垂直比尺为1:100的，模型几何变率为4，受几何变态影响的河工模型河岸坡度是原型河道的4倍，长江原型河道常见的河岸坡比为1:2～1:4，而河工模型河岸坡比则为2:1～1:1，坡脚由原来的27°～14°大幅增加至63°～45°(如图1所示)，这样河工模型中河岸的坡度将远大于一般模型沙的水下休止角(18°～36°)，如河工模型试验中仅使用模型沙，由于其水下休止角较小在试验之初模型河岸就已过早坍塌，无法进行后续动岸变形的精确模拟。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种河工模型试验中动岸模拟材料及其应用，用于河工模型试验中的动岸模拟，其在模型沙的基础上，将模型沙与固沙胶粘剂按照一定配比混合，形成河工模型试验中动岸模拟材料，并在动岸模型中采用分层制模的方式即上层用本发明的新材料、下层依据泥沙运动相似理论设计选择合适的模型沙，精确模拟河工模型动岸边界，可达到较为精确模拟河工模型动岸变形的目的。

一种河工模型试验中动岸模拟材料，由固沙胶粘剂与模型沙按照质量比1:0.4～1:0.6的比例混合而成，其中固沙胶粘剂为双组份材料，按照A组分和B组分质量比1:1的比例混合，A组分的原料按照重量份配比为：含甲基丙烯酸和甲基丙烯酸酯衍生物6-30重量份，促进剂氢氧化钠0.2-1重量份，交联剂三乙二醇双丙烯酸酯0.4-1重量份，水68-93.4重量份，B组分的原料按照重量份配比为：固化剂过氧化苯甲酸衍生物0.5-2重量份，膨胀剂氮-乙烯基吡咯烷酮0-0.5重量份，水97.5-99.5重量份。

其中，掺混制备固沙胶粘剂时，用B组分缓慢加至A组分中，通过聚合交联反应形成具有粘结、溶胀作用的固沙胶粘剂。

其中，甲基丙烯酸酯衍生物为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯或两者的混合物。

其中，过氧化苯甲酸衍生物为过氧化苯甲酸、过氧化苯甲酰或两者的混合物。

其中，模型沙的粒径范围是0.1～1.0mm，其中粗沙、中沙和细沙的分界粒径范围分别为0.5～1.0mm、0.2～0.5mm、0.1～0.2mm。

一种如上所述河工模型试验中动岸模拟材料的应用，在河工模型中可动河岸下部用模型沙塑造下层边界，塑造成梯形状；然后在河工模型中可动河岸上部用所述动岸模拟材料塑造上层边界，塑造成梯形状，由此完成河工模型中分层二元结构河岸塑造，常温下放置12h-24h，待上层动岸模拟材料固结，轻按沙体有一定弹性后，即可开始河工模型动岸模拟试验。

其中，动岸模拟材料厚度为0.05～0.30m。

与河工模型现有动岸模拟相比，本发明具有如下特点和有益效果：

(1)河工模型试验中动岸模拟材料增大了模型沙的水下休止角

一般模型沙的水下休止角范围一般为18°-36°，在河工模型试验中河岸坡比较自然河岸明显增加，往往达到40°-70°。因此在试验过程中，当模型沙浸泡水后，在坡比较大的岸坡处会发生明显的崩塌，无法模拟天然河岸的崩退过程，进而影响到河工模型模拟精度。本发明提供的河工模型试验中动岸模拟材料，通过模型沙与固沙胶粘剂混合，有效地增大了模型沙在水中的休止角，利用此新材料可塑造河工模型的动岸边界，并可模拟天然河岸的崩退过程，有效地提高了河工模型动岸模拟的精度。

(2)新材料耐久性能良好

固沙胶粘剂是一种高分子复合材料，通过聚合交联反应形成一种具有粘结、溶胀作用的凝胶体。将固沙胶粘剂与模型沙混合后，形成的新材料具有较好的内聚力和吸水作用，通过胶粘剂组分及使用比例的调节，可变化新材料的物理性能，且新材料的物理性能可长久保持，耐久性较好，可长期循环高效使用。

固沙胶粘剂材料及其凝胶体的性能指标分别见表1和表2