[发明专利]一种模拟海浪侵蚀条件下码头生态岸坡稳定性的实验装置及其方法

权利要求书

1.一种模拟海浪侵蚀条件下码头生态岸坡稳定性的实验装置，其特征在于,包括码头岸坡模拟系统、造波系统、水位控制系统、海床模拟系统、总体控制系统：

所述码头岸坡模拟系统包括无盖透明水槽（1）、可旋转背板（2）、旋转轴（3）、护面块体模型（4）、人造植被（5）、第一液压杆（61）、坡顶平台模型（17）、引桥模型（18）、墩模型（19）、细缆绳（20），所述旋转轴（3）穿过所述可旋转背板（2）下部，将所述可旋转背板（2）固定于所述无盖透明水槽（1）底部；所述第一液压杆（61）前部非固定抵靠在所述可旋转背板（2）的背面，后部连接所述无盖透明水槽（1）侧壁，可调节所述可旋转背板（2）与所述无盖透明水槽（1）底面的夹角大小；所述护面块体模型（4）通过规则排列方式堆积在所述可旋转背板（2）的正面上，表面覆盖有所述人造植被（5）；所述坡顶平台模型（17）水平放置于所述护面块体模型（4）的顶端上，坡顶平台模型（17）至少一部分为铁材质，可通过磁铁磁吸在所述无盖透明水槽（1）侧壁上，所述引桥模型（18）的一端与所述坡顶平台模型（17）铰接；所述墩模型（19）铰接于所述引桥模型（18）的另一端上并通过细缆绳（20）锚定于海床模拟材料（14）中；

所述造波系统包括推板（7）、第二液压杆（62），所述第二液压杆（62）用于控制所述推板（7）做往复平移运动，产生水波；所述第一液压杆（61）和第二液压杆（62）分别设置在无盖透明水槽（1）相对的两个侧壁上；

所述水位控制系统包括水箱（8）、废水箱（9）、进水管（10）、出水管（11）、进水阀门（12）、出水阀门（13），所述水箱（8）与所述无盖透明水槽（1）通过所述进水管（10）连接，所述进水管（10）上装有所述进水阀门（12）用于控制海水模拟溶液进入所述无盖透明水槽（1）；所述废水箱（9）与所述无盖透明水槽（1）通过所述出水管（11）连接，所述出水管（11）上装有所述出水阀门（13）用于控制海水模拟溶液流出所述无盖透明水槽（1）；

所述海床模拟系统包括海床模拟材料（14），所述海床模拟材料（14）铺设在所述无盖透明水槽（1）底面上，铺设厚度与所研究海区海底地形相匹配；

所述总体控制系统包括计算机控制系统（16），所述第一液压杆（61）和第二液压杆（62）分别通过电线（15）与所述计算机控制系统（16）相连，计算机控制系统（16）可分别对所述可旋转背板（2）和所述推板（7）的运动进行独立控制。

2.如权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述无盖透明水槽由有机玻璃制成，为长方体；无盖透明水槽的侧面绘有水平刻度线，用以检查水位高度。

3.如权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述护面块体模型为扭王字块或扭工字块，使用水泥或混凝土制成，各块体尺寸一致。

4.如权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述水箱中存贮有海水模拟溶液，用以模拟真实波浪特征。

5.如权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述海床模拟材料选用环氧树脂。

6.如权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述坡顶平台模型使用HDPE材料制成，其内部设置有铁材质的填充件，坡顶平台模型可通过磁铁磁吸在无盖透明水槽（1）侧壁上。

7.如权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述引桥模型和所述墩模型使用HDPE材料制成，所述墩模型为一个或多个，当为多个墩模型时，各个墩模型之间呈固定角度固结。

8.一种权利要求1所述实验装置的码头生态岸坡稳定性分析实验方法，其特征在于包括如下步骤：

a、将所述无盖透明水槽平置于水平台面上，组装实验装置，并在水槽侧壁布设观测仪器；

b、打开所述计算机控制系统，输入所需要的岸坡坡度，所述第一液压杆根据设置坡度进行伸缩，控制所述可旋转背板以所述旋转轴旋转，以实现坡度变化；

c、在所述可旋转背板表面，根据研究工况使用所述护面块体模型和所述人造植被搭建模拟生态岸坡；

d、紧邻所述护面块体模型的顶端，水平放置所述坡顶平台模型，并使用磁铁将所述坡顶平台模型磁吸在所述无盖透明水槽侧壁上；

e、在所述无盖透明水槽底面上根据研究海区海底地形铺设所述海床模拟材料，模拟海区地质情况；

f、在所述护面块体模型正面，根据研究码头实际，组合所述墩模型和所述引桥模型，并将所述引桥模型铰接在所述坡顶平台模型上，将所述墩模型通过细缆绳锚定于所述海床模拟材料中；

g、开启进水阀门，所述水箱中的海水模拟溶液通过所述进水管进入所述无盖透明水槽，水位上升至研究工况所需高度时关闭进水阀门；

h、在所述计算机控制系统中，输入所需的波高和周期，所述第二液压杆根据设置波况控制所述推板周期性水平运动，产生波浪，波浪对所述护面块体模型、所述引桥模型和所述墩模型造成冲击；

i、利用观测仪器记录波浪冲击下码头生态岸坡的形态变化情况；并记录所述引桥模型和所述墩模型在波浪作用下的形态变化情况；

j、需降低水位或者试验结束时，开启所述出水阀门，所述无盖透明水槽中的海水模拟溶液通过所述出水管进入废水箱，待海水模拟溶液降至目标水位或完全排出时关闭出水阀门；

k、拆卸所述引桥模型和所述墩模型，分区域记录所述护面块体模型、所述引桥模型和所述墩模型的形态变化情况及所述人造植被存活情况，清除所述人造植被，并使用测量工具定量测定所述护面块体模型、所述引桥模型和所述墩模型的磨损情况。