[发明专利]自动平衡循环输沙动床模型试验水槽

说明书

本发明公开了自动平衡循环输沙动床模型试验水槽，包括槽体和循环水池，循环水池与槽体首尾相接；槽体从前往后依次连接设置有第一定床段、动床段和第二定床段；第二定床段配置沉沙池，沉沙池底部的排沙口通过输沙管与第一定床段相连；沉沙池远离动床段的一侧配置有拦沙网，拦沙网底部与沉沙池边缘相配合，拦沙网与水流流向逆向倾斜设置。本发明将冲至下游的泥沙全部自动补回至上游，在研究局部工程周边河床冲刷试验的过程中，无需另外补充泥沙，实现自动输沙平衡，保证试验条件稳定、动床维持冲淤动态平衡。

技术领域

本发明属于水利试验技术领域，具体涉及自动平衡循环输沙动床模型试验水槽。

背景技术

在水利试验技术领域中，河工模型试验是运用河流动力学知识，根据水流和泥沙运动力学相似原理，模拟与原型相似的边界条件和动力学条件，研究河流在天然河流情况下或在有水工建筑物的情况下水流结构、河床演变过程和工程方案效果的一种方法。

河工模型试验可分为定床和动床两大类。模型水流为清水，在水流作用下河床不发生变形的称为定床模型；模型水流挟带泥沙，在水流作用下河床发生冲淤变形的称为动床模型。河床变形显著或要了解河道冲淤情况时，则要采用动床模型。动床模型除水流因素外还要满足泥沙运动相似条件，动床模型的河床常用天然沙或轻质沙制作，在动床模型试验时，动床段的泥沙在水流作用下起动，以悬移、推移方式向下游运动。在实验室研究局部工程周边冲刷时，由于上游来沙量难以控制，整个河床为处于非平衡输沙状态，与天然情况的平衡输沙不一致。

授权公告号为CN 105136427 B的中国发明专利公开了一种小型沉积水槽泥沙循环及流量定量控制系统，包括：储存水的水箱；水沙混合箱，用于接收水和沙以形成水沙混合物；用于进行沉积模拟实验的水槽，具有上水口和下水口；水泵，具有：从水箱抽水的抽水口；将水泵所抽取的水的一部分提供给水沙混合箱的第一排水口；和将水泵所抽取的水的其余部分返回至水箱的第二排水口；滤沙装置，其接收从水槽排出的水沙混合物并将水沙混合物进行水和沙的分离，所分离出的水返回至水箱；和用于将所分离出的沙从滤沙装置传送至水沙混合箱的传送器。该发明公开的系统能实现同时进行的水循环和泥沙循环，并可以采用价格低廉的大流量水泵来实现对水流的定量控制，降低成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种动床段泥沙含量处于动态平衡、试验条件保持稳定的，水流冲击噪声小、水流能耗低的自动平衡循环输沙动床模型试验水槽，以解决河床泥沙冲淤不平衡及剧烈变化引起的试验偏差等问题，使水槽动床段始终维持在动态平衡状态，解决桥墩等构筑物的冲刷验试中对局部冲刷深度难以分离问题。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：

自动平衡循环输沙动床模型试验水槽，包括槽体和循环水池，循环水池的出水端与槽体的前端相连通，循环水池的进水端与槽体的后端相连通；槽体包括从前往后依次连接的第一定床段、动床段和第二定床段；如此，槽体与循环水池首尾相接，形成水流的循环通道；动床段铺设泥沙，在水流的冲击下模拟局部构筑物周边河床冲淤等情况。

第二定床段配置有沉沙池，沉沙池的底部设有排沙口，排沙口通过输沙管与第一定床段相连；如此，动床段的泥沙在水流冲击的作用下进入第二定床段，含沙水流流经沉沙池时，其中的泥沙在拦沙网的作用下在沉沙池中下沉并导向排沙口，再采用泥沙泵等设备将进入沉沙池的高含沙的水流通过输沙管输送到槽体上游的第一定床段，与来自循环水池的清水混合，并随重新流动至动床段。如此，实现床面冲刷出多少泥沙，在水槽上游即补充了等量的泥沙，还可以防止泥沙随水流进入循环水池，避免循环水池出现泥沙沉积。

优选的，沉沙池为一设于第二定床段尾端的梯形槽，排沙口为矩形。沉沙池的边壁倾斜设置，且沉沙池边壁的倾斜角度大于泥沙休止角，以防泥沙落淤堆积在沉沙池的边壁斜坡上。