CN101397778A - 岸堤冲刷坍塌全方位观测设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水利学和岩土力学特性测试技术领域，特别涉及一种岸堤冲刷坍塌全方位观测设备及方法。由滑动式槽箱，直水槽，板块箱和推移装置组成。在滑动式槽箱内制作岸堤模型，然后推至直水槽内预设的实验位置，打开水流，对岸堤进行冲刷，冲刷过程中，滑动式槽箱不断推进，并全方位的对岸堤冲刷坍塌进行观测，直至岸堤发生坍塌。可以对岸堤冲刷坍塌过程进行全方位观测，通过监测截面的形态尺寸的变化，就可以获得来自河道岸堤侧部的含沙量；可以直接观察到岸堤坍塌路径；可以实施录像，记录岸堤坍塌滑坡线的延伸过程。
Description
技术领域
本发明属于水利学和岩土力学特性测试技术领域，特别涉及一种岸堤冲刷坍塌全方位观测设备及方法。
背景技术
岸堤在水的冲刷作用下发生滑坡坍塌，有一个滑坡面，在截面上看是一个滑坡线，这个滑坡线在滑坡研究中具有重要意义。滑坡初期，这个滑坡线在底部或者是中部形成并逐渐向上延伸，没有贯通；随着滑坡的继续，这个滑坡线最终延伸到顶部表面，形成贯通裂缝，即形成了一个完整的滑坡体。如果此滑坡线延伸到岸堤的外侧，将会导致整个岸堤的坍塌，最终导致水灾。因此关于这个滑移线的研究，在工程上具有重要意义。
理论上对此滑移线有各种假想，如圆弧，双曲线，直线等，这些设想能够在一定程度上解决一些实际问题，但这些都是建立在均匀土基础上的一种设想，有一定的局限性，理论上没有完全解决，因此现有的以及新的理论需要试验的验证。
河流的冲刷分为横向和竖向冲刷即河道的侧部和底部冲刷，两个冲刷都使得岸堤的形态发生改变，进而导致岸堤的坍塌。目前，河道底部冲刷通过水槽实验可以进行较好的研究了，但是侧向冲刷研究的还不成熟，如水流中的含沙量来自于河道的底部和侧部，但是现在不能确定来自侧部的泥沙量。河道侧部的减少量将会导致河道岸堤的形态改变，进而影响岸堤的稳定，因此获得河道侧部的减少量可以确定河道稳定性的时间演变性，同时可以对岸堤的稳定性给出预测，对岸堤的坍塌进行预警，并进行提前性加固。因此河道侧部的减少量研究对于岸堤稳定性、坍塌预警及岸堤提前性加固具有很重要的意义。
在水利工程领域，有一些水槽实验，可以进行一些水流、泥沙的相关实验。将河道土及岸堤土堆积到水槽中，进行冲刷，一段时间后，停止供水，测量岸堤及河道底部的冲刷形态和岸堤的截面性状，进行力学分析；或者是进行持续的供水，不断测量河道泥沙的淤积情况。这个实验在水利工程上解决了很多的问题，但现如今此研究方法已经不能满足一些实验要求。
现有的水槽对水流冲刷导致岸堤坍塌的研究的不足主要有两方面。一方面不能监测到河道截面坍塌路径。做河流对河道的底部和侧部的冲刷试验，需要在水槽中填筑泥土，冲刷时，由于水槽中填筑土的阻挡，无法观测到岸堤截面上的滑移情况，尤其是不能观测到滑动线；另一方面，也不能进行实时监测，只能是冲刷一段时间后停下来，开挖截面，试验量大，开挖会破坏一些滑动面，有时很难发现破坏情况。
发明内容
本发明针对现有技术不能确定河水含沙量来自河道侧部的量、不能测定河道滑坡的滑动路径、不能记录滑坡线的延伸的不足，提供了一种岸堤冲刷坍塌全方位观测设备及方法。
岸堤冲刷坍塌全方位观测设备，由滑动式槽箱1，直水槽2，板块箱3和推移装置4组成，其特征在于，所述滑动式槽箱1，用于盛放岸堤土；槽箱左侧板1031和槽箱右侧板1032固定在第一固定台501上；槽箱左侧板1031和槽箱右侧板1032的内壁上设置规格相同的薄钢板106，起到临时性的支撑和预留空隙的作用；推进板101和槽箱底板102置于槽箱左侧板1031和槽箱右侧板1032之间，推进板101与槽箱底板102垂直安装，组成滑动式槽箱1；槽箱底板102由钢珠104支撑在平行轨道105上；平行轨道105固定于第一固定台501上，滑动式槽箱1可以在轨道上滑动；
所述直水槽2，用于进行岸堤冲刷；水槽底板202置于密封板203上，并由水槽支撑块204支撑在第二固定台502上；前侧板2011和后侧板2012垂直置于水槽底板202上，并与槽箱左侧板1031及槽箱右侧板1032垂直；前侧板2011上与滑动式槽箱1叠加的区域为缺口，用于滑动式槽箱1通过；后侧板2012的底部设置一个长方形缺口，其大小与掉落式板块301的横截面吻合；
所述板块箱3，用于盛放掉落式板块301；板块箱3由固定螺栓503固定于后侧板2012、密封板203和第二固定台502上；板块箱3与后侧板2012接触面上设置有第一窗口307，用于掉落式板块301通过，板块箱3的外侧箱体设置第二窗口308，用于取出掉落的掉落式板块301；第二窗口308由密封挡水板305封闭；板块箱3的底部设置连接胶管504与直水槽2的下游联通，并设置放水口胶管505，用于放掉板块箱3中的水；
所述推移装置4，用于推进滑动式槽箱1；传力螺杆403由传力螺杆固定支架407通过螺栓固定在第一固定台501上；传力螺杆403通过连接杆402、连接板401与推进板101固定；手动摇杆固定支架408通过螺栓支撑在固定台501上，手动摇杆404与第二传动齿轮4052相连接，并通过齿轮传动驱动传力螺杆403进退；电机406固定在电机固定台409上，电机固定台409焊接固定于第一固定台501上，电机406与第一传动齿轮4051相连接，并通过齿轮传动驱动传力螺杆403进退。
所述槽箱左侧板1031、槽箱右侧板1032、前侧板2011和后侧板2012为透明玻璃板。
所述推进板101与槽箱左侧板1031之间，推进板101与槽箱右侧板1032之间，密封板203与槽箱底板102的重合处，以及密封板203的边缘处安装密封胶片，以防止漏水。
所述掉落式板块301的长度等于槽箱底板102的宽度，掉落式板块301的厚度等于槽箱底板102的厚度，掉落式板块301的宽度大于自身的厚度、小于板块箱3内部空间的宽度。
所述密封挡水板305与板块箱3之间有胶垫306，螺栓303穿过弹簧304将密封挡水板305连接于板块箱3上。
本发明还提供了一种岸堤冲刷坍塌全方位观测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)摇动手动摇杆404，将滑动式槽箱1拉出直水槽2；在掉落式板块301与密封板203接触面上涂抹润滑油，放置于槽箱底板102拉出后，水槽底板202上的空缺处；将弹簧304、密封挡水板305、胶垫306穿在螺栓303上，固定在板块箱3上；将放水口胶管505关闭，完成设备复位；
(2)在移动式槽箱1中制作岸堤；在槽箱左侧板1031和槽箱右侧板1032的内壁上涂抹润滑油，并在内壁上各附着同样大小的薄钢板106；在岸堤的两个侧面、顶面设置标记点，以便于试验中的观察和对所获得图片进行后续处理；
(3)将薄钢板106抽出，摇动手动摇杆404，通过传力螺杆403带动滑动式槽箱1向前推进，达到实验预设位置；
(4)对直水槽2注水，形成河流，同时开动电机，调整转速，推动滑动式槽箱1前进；对岸堤模型进行观察或者录像，直到岸堤发生坍塌。
本发明的有益效果为：可以对岸堤冲刷坍塌过程进行全方位观测，通过监测截面的形态尺寸的变化，就可以获得来自河道岸堤侧部的含沙量；可以直接观察到岸堤坍塌路径；可以实施录像，记录岸堤坍塌滑坡线的延伸过程。
附图说明
图1(a)为本发明所述设备结构的前视图；
图1(b)为本发明所述设备结构的俯视图；
图2为图1(a)中A-A截面的俯视图；
图3为图1(a)中B-B截面的右视图。
图中标号：
1-滑动式槽箱；101-推进板；102-槽箱底板；1031-槽箱左侧板；
1032-槽箱右侧板；104-钢珠；105-平行轨道；106-薄钢板；2-直水槽；
2011-前侧板；2012-后侧板；202-水槽底板；203-密封板；204-水槽支撑块；
3-板块箱；301-掉落式板块；302-箱体；303-螺栓；304-弹簧；
305-密封挡水板；306-胶垫；307-第一窗口；308-第二窗口；4-推移装置；
401-连接板；402-连接杆；403-传力螺杆；404-手动摇柄；
4051-第一传动齿轮；4052-第二传动齿轮；406-电机；
407-传力螺杆固定支架；408-手动摇杆固定支架；409-电机固定台；
501-第一固定台；502-第二固定台；503-固定螺栓；504-连接胶管；
505-放水口胶管。
具体实施方式
本发明提供了一种岸堤冲刷坍塌全方位观测设备及方法，下面结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步说明。
图1(a)为本发明所述设备结构的前视图；图1(b)为本发明所述设备结构的俯视图。岸堤冲刷坍塌全方位观测设备，由滑动式槽箱1，直水槽2，板块箱3和推移装置4组成。
滑动式槽箱1，用于盛放岸堤土；槽箱左侧板1031和槽箱右侧板1032固定在第一固定台501上，其中，槽箱左侧板1031和槽箱右侧板1032为透明玻璃板，可以透过两个侧板观察岸堤的冲刷坍塌情况；槽箱侧板103的内壁上设置规格相同的薄钢板106，起到临时性的支撑和预留空隙的作用；推进板101和槽箱底板102置于槽箱左侧板1031和槽箱右侧板1032之间，推进板101与槽箱底板102垂直安装，组成滑动式槽箱1；槽箱底板102由钢珠104支撑在平行轨道105上；平行轨道5固定于第一固定台501上，滑动式槽箱1可以在轨道上滑动；在推进板101与槽箱左侧板1031之间，推进板101与槽箱右侧板1032之间接触处的侧面上安装密封胶片，以防止漏水。
直水槽2，用于进行岸堤冲刷；水槽底板202置于密封板203上，并由水槽支撑204支撑在第二固定台502上；前侧板2011和后侧板2012垂直置于水槽底板202上，并与槽箱侧板103垂直，其中，前侧板2011和后侧板2012为透明玻璃板，可以透过两个侧板观察岸堤的冲刷情况；前侧板2011上与滑动式槽箱1叠加的区域为缺口，用于滑动式槽箱1通过；后侧板2012的底部设置一个长方形缺口，其大小与掉落式板块301的横截面吻合；在密封板203与槽箱底板102的重合处，以及密封板203的边缘处安装密封胶片，以防止漏水。
板块箱3，用于盛放掉落式板块301；板块箱3由固定螺栓503固定于后侧板2012、密封板203和第二固定台502上；板块箱3与后侧板2012接触面上设置有第一窗口307，用于掉落式板块301通过，板块箱3的外侧箱体设置第二窗口308，用于取出掉落的掉落式板块301；掉落式板块301的长度等于槽箱底板102的宽度，掉落式板块301的厚度等于槽箱底板102的厚度，掉落式板块301的宽度大于自身的厚度、小于板块箱3内部空间的宽度；第二窗口308由密封挡水板305封闭；板块箱3的底部设置连接胶管504与直水槽2的下游联通，用来保持直水槽2内的水压稳定，并设置放水口胶管505，用于放掉板块箱3中的水；密封挡水板305与板块箱3之间有胶垫306，螺栓303穿过弹簧304将密封挡水板305连接于板块箱3上。
推移装置4，用于推进滑动式槽箱1；传力螺杆403由传力螺杆固定支架407通过螺栓固定在第一固定台501上；传力螺杆403通过连接杆402、连接板401与推进板101固定；手动摇杆固定支架408通过螺栓支撑在固定台501上，手动摇杆404与第二传动齿轮4052相连接，并通过齿轮传动驱动传力螺杆403进退；电机406固定在电机固定台409上，电机406与第一传动齿轮4051相连接，并通过齿轮传动驱动传力螺杆403进退。
设备安装完成后，按照以下步骤实现岸堤冲刷坍塌观测：
(1)摇动手动摇杆404，将滑动式槽箱1拉出直水槽2；在掉落式板块301与密封板203接触面上涂抹润滑油，放置与槽箱底板102拉出后，水槽底板202上的空缺处；将弹簧304、密封挡水板305、胶垫306穿在螺栓303上，固定于在板块箱3上；将放水口胶管505关闭，完成设备复位；
(2)在移动式槽箱1中制作岸堤；在槽箱左侧板1031和槽箱右侧板1032的内壁上涂抹润滑油，并在内壁上各附着同样大小的薄钢板106；在岸堤的两个侧面、顶面设置标记点，以便于进行后续的图片处理；
(3)将薄钢板106抽出，摇动手动摇杆404，通过传力螺杆403带动滑动式槽箱1向前推进，达到实验预设位置；
(4)对直水槽2注水，形成河流，同时开动电机，调整转速，推动滑动式槽箱1前进；对岸堤模型进行观察或者录像，直到岸堤发生坍塌。
Claims (6)
1.岸堤冲刷坍塌全方位观测设备，由滑动式槽箱(1)，直水槽(2)，板块箱(3)和推移装置(4)组成，其特征在于，所述滑动式槽箱(1)，用于盛放岸堤土；槽箱左侧板(1031)和槽箱右侧板(1032)固定在第一固定台(501)上；槽箱左侧板(1031)和槽箱右侧板(1032)的内壁上设置规格相同的薄钢板(106)，起到临时性的支撑和预留空隙的作用；推进板(101)和槽箱底板(102)置于槽箱左侧板(1031)和槽箱右侧板(1032)之间，推进板(101)与槽箱底板(102)垂直安装，组成滑动式槽箱(1)；槽箱底板(102)由钢珠(104)支撑在平行轨道(105)上；平行轨道(105)固定于第一固定台(501)上，滑动式槽箱(1)可以在轨道上滑动；
所述直水槽(2)，用于进行岸堤冲刷；水槽底板(202)置于密封板(203)上，并由水槽支撑块(204)支撑在第二固定台(502)上；前侧板(2011)和后侧板(2012)垂直置于水槽底板(202)上，并与槽箱左侧板(1031)及槽箱右侧板(1032)垂直；前侧板(2011)上与滑动式槽箱(1)叠加的区域为缺口，用于滑动式槽箱(1)通过；后侧板(2012)的底部设置一个长方形缺口，其大小与掉落式板块(301)的横截面吻合；
所述板块箱(3)，用于盛放掉落式板块(301)；板块箱(3)由固定螺栓(503)固定于后侧板(2012)、密封板(203)和第二固定台(502)上；板块箱(3)与后侧板(2012)接触面上设置有第一窗口(307)，用于掉落式板块(301)通过，板块箱(3)的外侧箱体设置第二窗口(308)，用于取出掉落的掉落式板块(301)；第二窗口(308)由密封挡水板(305)封闭；板块箱(3)的底部设置连接胶管(504)与直水槽(2)的下游联通，并设置放水口胶管(505)，用于放掉板块箱(3)中的水；
所述推移装置(4)，用于推进滑动式槽箱(1)；传力螺杆(403)由传力螺杆固定支架(407)通过螺栓固定在第一固定台(501)上；传力螺杆(403)通过连接杆(402)、连接板(401)与推进板(101)固定；手动摇杆固定支架(408)通过螺栓支撑在固定台(501)上，手动摇杆(404)与第二传动齿轮(4052)相连接，并通过齿轮传动驱动传力螺杆(403)进退；电机(406)固定在电机固定台(409)上，电机固定台(409)焊接固定于第一固定台(501)上，电机(406)与第一传动齿轮(4051)相连接，并通过齿轮传动驱动传力螺杆(403)进退。
2.根据权利要求1所述的岸堤冲刷坍塌全方位观测设备，其特征在于，所述槽箱左侧板(1031)、槽箱右侧板(1032)、前侧板(2011)和后侧板(2012)为透明玻璃板。
3.根据权利要求1所述的岸堤冲刷坍塌全方位观测设备，其特征在于，所述推进板(101)与槽箱左侧板(1031)之间，推进板(101)与槽箱右侧板(1032)之间，密封板(203)与槽箱底板(102)的重合处，以及密封板(203)的边缘处安装密封胶片，以防止漏水。
4.根据权利要求1所述的岸堤冲刷坍塌全方位观测设备，其特征在于，所述掉落式板块(301)的长度等于槽箱底板(102)的宽度，掉落式板块(301)的厚度等于槽箱底板(102)的厚度，掉落式板块(301)的宽度大于自身的厚度、小于板块箱(3)内部空间的宽度。
5.根据权利要求1所述的岸堤冲刷坍塌全方位观测设备，其特征在于，所述密封挡水板(305)与板块箱(3)之间有胶垫(306)，螺栓(303)穿过弹簧(304)将密封挡水板(305)连接于板块箱(3)上。
6.岸堤冲刷坍塌全方位观测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)摇动手动摇杆(404)，将滑动式槽箱(1)拉出直水槽(2)；在掉落式板块(301)与密封板(203)接触面上涂抹润滑油，放置于槽箱底板(102)拉出后，水槽底板(202)上的空缺处；将弹簧(304)、密封挡水板(305)、胶垫(306)穿在螺栓(303)上，固定在板块箱(3)上；将放水口胶管(505)关闭，完成设备复位；
(2)在移动式槽箱(1)中制作岸堤；在槽箱左侧板(1031)和槽箱右侧板(1032)的内壁上涂抹润滑油，并在内壁上各附着同样大小的薄钢板(106)；在岸堤的两个侧面、顶面设置标记点，以便于试验中的观察和对所获得图片进行后续处理；
(3)将薄钢板(106)抽出，摇动手动摇杆(404)，通过传力螺杆(403)带动滑动式槽箱(1)向前推进，达到实验预设位置；
(4)对直水槽(2)注水，形成河流，同时开动电机，调整转速，推动滑动式槽箱(1)前进；对岸堤模型进行观察或者录像，直到岸堤发生坍塌。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100811 Termination date: 20121107 |