[发明专利]一种自反馈泥沙冲刷率测量系统及测量方法

说明书

本发明涉及一种自反馈泥沙冲刷率测量系统及测量方法，包括矩形水槽和蓄水槽，两者之间通过循环管道联通形成顺时针水流的水循环结构，在进水方向，蓄水槽和矩形水槽之间布设水泵，在出水方向，矩形水槽和蓄水槽之间安装阀门；还包括顶推结构，其内安设用于待检测的土样，检测结构，用于检测泥沙冲刷特性；前述的检测结构与顶推结构构成自反馈循环回路；本发明提供了一种能实时监测土样表面冲刷形态、计算壁面切应力和土样表面冲刷平均损失量、自反馈调整土样高度的较高精确度的泥沙冲刷率测量系统，同时本发明还能获得冲刷土样表面的水流紊动特性，为泥沙冲刷特性机理研究提供数据基础。

技术领域

本发明涉及一种自反馈泥沙冲刷率测量系统及测量方法，属于模型试验观测技术领域。

背景技术

沙土表面的泥沙冲刷与侵蚀是水工建筑物破坏，河床演变的主要原因，合理测定泥沙的冲刷特性具有重要的工程和科学价值。由于泥沙运动的复杂性，目前工程科学界任然很难建立理论公式对其运动特性进行推演，多采用大量物理模型试验来测定沙土表面的冲刷率对相关冲刷防护工程进行指导，冲刷率的测量在于标定不同水流强度条件下单位时间内沙土表层泥沙的损失速度(水流强度一般指沙土壁面切应力，这个参数反映的是水流对壁面的剪切力，一般可以通过测量或相关水力学经验公式求得)。

目前测量泥沙冲刷率的仪器，基本采用手动或电动圆筒顶推装置配合水槽试验进行测量，例如申请号：201420731666.X的一种明渠基岩冲刷模型试验装置，所测定的土样冲刷率仅能以平均水流速度予以对应，无法合理给出对应的沙土壁面切应力，以进行泥沙冲刷特性的深度机理研究；

此外，现有顶推式冲刷率测量设备，例如申请号：201310168885.1的小型固结粘性泥沙起动测量系统，对于顶推速度的控制仍依赖靠肉眼判断，采用手动或人工操控电机调节土样高度，精确度难以达到，测量结果存在较多不确定性。

由此可见，现有的对于泥沙冲刷率的测量装置还是不完善的。

发明内容

本发明提供一种自反馈泥沙冲刷率测量系统及测量方法，提供了一种能实时监测土样表面冲刷形态、计算壁面切应力和土样表面冲刷平均损失量、自反馈调整土样高度的较高精确度的泥沙冲刷率测量系统，同时本发明还能获得冲刷土样表面的水流紊动特性，为泥沙冲刷特性机理研究提供数据基础。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种自反馈泥沙冲刷率测量系统，其特征在于：包括矩形水槽和蓄水槽，两者之间通过循环管道联通形成顺时针水流的水循环结构，在进水方向，蓄水槽和矩形水槽之间布设水泵，在出水方向，矩形水槽和蓄水槽之间安装阀门；

还包括顶推结构，其内安设用于待检测的土样，顶推结构布设在矩形水槽下方，且其顶部开口端与矩形水槽底面密封贯通，测量时顶推结构将土样向矩形水槽内推送；

检测结构，用于检测泥沙冲刷特性，其包括水槽三维冲刷形貌测量装置、测压结构、电磁流量计和PIV测速装置，其中，水槽三维冲刷形貌测量装置架设在矩形水槽上方，测压结构布设在靠近顶推结构的循环管道上，在靠近水泵的循环管道处安装电磁流量计，PIV测速装置布设在矩形水槽上方，且位于顶推结构中轴线上；

前述的检测结构与顶推结构构成自反馈循环回路；

作为本发明的进一步优选，前述的顶推结构包括顶部呈开口状的土样筒，开口端与矩形水槽底部联通，其内滑动连接顶推活塞，土样置于土样筒内；

前述的水槽三维冲刷形貌测量装置包括两台参数相同的工业相机，两者架设在矩形水槽上方，且两台工业相机之间的连接线中心位于土样筒的中轴线上；

测压结构包括第一测压管和第二测压管，分别布设在顶推结构两侧的进水方向、出水方向的循环管道上；

PIV测速装置的光源由架设在矩形水槽上方且位于土样筒中轴线上的激光发射装置提供；