[发明专利]一种定量检测冻融循环对床面泥沙暴露度影响的方法

说明书

本发明公开了一种定量检测冻融循环对床面泥沙暴露度影响的方法，所述方法包括：制作试样；对试样进行预处理；对预处理后的试样进行拍照记录；对试样进行冻融循环处理以及根据观测到的数据分析泥沙暴露度情况。本发明通过上述检测方法实现了关于冻融循环对床面泥沙暴露度影响的定量检测，可以直接定量给出冻融循环前后床面泥沙相对暴露度的变化幅度，从而定量反映冻融循环的影响。本发明公开的定量检测方法更简便，更直观地从微观角度测量表层泥沙颗粒的相对暴露度，表征了冻融循环对表层泥沙颗粒相对暴露度的定量影响，进而能够在寒区河道开展泥沙输移计算时实现合理的参数取值。

技术领域

本发明属于水力学及河流动力学技术领域，尤其涉及一种定量检测冻融循环对床面泥沙暴露度影响的方法。

背景技术

天然河流中，泥沙颗粒在床面上的位置是影响泥沙运动的重要因素之一。由于床面泥沙颗粒粒径大小不同，颗粒之间存在遮蔽作用，现有技术根据床面泥沙位置的相对位置，用床面泥沙暴露度这一参数来表征不同泥沙粒径之间的相互影响。事实上，影响床面泥沙暴露度的因素众多，如水力条件、泥沙粒径以及河道岸滩类型等等，上述因素通过影响泥沙颗粒受力情况，进而会改变颗粒的起动力及抵抗力，影响泥沙输移过程。在实际寒区河道中，如东北流域，冻融循环侵蚀也会对泥沙床面暴露度产生显著影响。但现有的关于冻融循环对床面泥沙暴露度影响的检测都是定性的，而如何定量检测冻融循环对床面泥沙暴露度的影响，是目前该技术领域亟需解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种定量检测冻融循环对床面泥沙暴露度影响的方法，能够反映冻融循环对床面泥沙暴露度的定量影响，进而能够在寒区河道开展泥沙输移计算时实现合理的参数取值。本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提出一种定量检测冻融循环对床面泥沙暴露度影响的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：制作试样：取河床岸坡泥沙进行烘干过筛后，加水使其成样，分别放入两个套筒中做成两个土体样本；根据所述河床岸坡泥沙的干密度选取球体模型，所述球体模型的密度值与所述河床岸坡泥沙的干密度值的差值在预先设定的阈值范围内；将球体模型进行过筛，其过筛孔径与所述河床岸坡泥沙过筛孔径相同，在其中一个土体样本表面撒上过筛后的球体模型作为第一试样，另外一个土体样本作为第二试样；

步骤2：对试样进行预处理：对第一试样和第二试样进行饱水处理后得到饱和试样，对两个所述饱和试样进行保温处理，并在第二试样中插入温度传感器；

步骤3：对预处理后的试样进行拍照记录：用显微镜观测第一试样表层的球体模型，确定观测视野的方位和个数，定标并拍照记录，作为冻融循环前的原始数据；

步骤4：对试样进行冻融循环处理：对第一试样和第二试样进行冻融循环处理，冻融循环过程结束后用显微镜对步骤3中所述的各观测视野进行拍照记录；

步骤5：根据观测到的数据分析泥沙暴露度情况：

第一种情况：球体模型冻融循环前埋藏于土体样本内，冻融循环后，从土体样本内顶出，从各观测视野内找出符合要求的球体模型并标号，用显微镜分别测出标号球体模型在冻融循环前后暴露在空气中的圆的半径r，根据下列公式计算出球体模型的暴露百分比ω为：

其中，R为球体模型的半径；

第二种情况：冻融循环前埋藏于土体样本内的球体模型，冻融循环后顶出，对上层球体模型暴露度产生影响，从各观测视野内找出符合要求的球体模型组并标号，分别测出每组标号球体模型在冻融循环前后上层球体模型和下层球体模型的俯视图圆心距h，根据下列公式计算出暴露角θ的正弦值：

其中，r1为上层球体模型半径，r2为下层球体模型的半径；

进而可以计算出上层球体模型的绝对暴露度Δ为：