CN104406903A - 一种组合式坡面流试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种组合式坡面流试验装置，包括坡面水槽，坡面水槽通过支柱支撑形成倾斜结构，还包括活动面板和与其匹配的连接件，所述坡面水槽的进水端和出水端开口、出水端的底板上设置有防滑条，活动面板通过与其匹配的连接件连接形成组合式坡面铺设于坡面水槽的底板上。使用该装置进行坡面流试验，能够增加人造植被的重复使用率、延长坡面水槽的使用寿命，还能够快速地实现各种坡面条件的更换，节约坡面流试验的时间成本和经济成本。

Description

一种组合式坡面流试验装置

技术领域

本发明属于坡面流试验装置技术领域，特别涉及一种组合式坡面流试验装置。

背景技术

土壤侵蚀是当前社会经济发展急需解决的问题之一，据第三次水土流失普查数据显示，我国水土流失的总面积达到了356.92万km²。众多研究表明，坡面流是造成土壤侵蚀的主要动力因素之一，为了深入了解坡面流的特性机理，需要进行坡面流试验。坡面流试验大概分为两类：一类为直接在野外实地进行，试验结果具有很好的可靠性，但由于试验段坡面边界条件往往十分复杂，导致试验偶然性大，且重复试验较困难；另一类是对野外真实坡面进行简化，利用水槽模拟坡面流，该方法在重复试验、对照试验方面(如变坡、变流量等)具有突出的优势。

在模拟坡面流的试验中，需要用到不同粗糙度和不同植被情况的坡面，而现有坡面流装置为一倾斜设置的水槽，该水槽的进水端和出水端开口，水槽的底板形成整体式坡面，一方面通过在水槽底板上粘贴沙粒来调整坡面的粗糙度，另一方面通过在水槽底板上粘贴人造植被来调整坡面的植被分布。由于在自然条件下，坡面粗糙度单元变化复杂，为了深入了解不同糙度单元条件下的坡面水流运动特性，较为全面地揭示粗糙度对坡面水流运动的影响，在坡面流试验过程中需要研究多种坡面粗糙程度、多种植被分布形式以及多种植被种类等试验条件下的水流特性，因此需要频繁地对水槽底板上粘贴的人造植被或者沙粒等进行更换，更换时必须将上一试验条件时牢靠固定在水槽底板上的人造植被、沙粒等取下再重新粘贴符合下一试验条件人造植被、沙粒等。但是，由于坡面流试验要求沙粒和人造植被等应牢靠地粘贴在水槽底板上，因而将其取下的难度非常大，往往需要花费大量的时间和精力，并且取下人造植被的操作往往是破坏性的，极易造成人造植被和水槽底板的损坏，这极大地降低了人造植被的重复利用率、缩短了水槽的使用寿命，还会增加重新制作人造植被模型的频率，导致坡面流试验的经济成本和时间成本过高；此外，在重复试验中，沙粒或人造植被的粘贴位置往往存在误差，特别是在模拟多种坡面粗糙度和多种人造植被分布相组合的情况时，难以保证重复试验条件的一致性，进而会影响试验结果的准确性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种组合式坡面流试验装置，使用该装置进行坡面流试验，不仅能够增加人造植被的重复使用率、延长坡面水槽的使用寿命，还能够快速地实现各种坡面条件的更换，节约坡面流试验的时间成本和经济成本。

本发明所述组合式坡面流试验装置，包括坡面水槽，坡面水槽通过支柱支撑形成倾斜结构，其特征在于还包括活动面板和与其匹配的连接件，所述坡面水槽的进水端和出水端开口、出水端的底板上设置有防滑条，活动面板通过与其匹配的连接件连接形成组合式坡面铺设于坡面水槽的底板上。

上述组合式坡面流试验装置中，所述活动面板为矩形板状体，其中一组相互平行的侧面上分别设置有贯通该侧面的“U”形槽，且位于面板下端一侧的槽边高度小于位于面板上端一侧的槽边高度，另一组相互平行的侧面上分别设置有相互契合的上凸条和下阶梯凸台，所述活动面板的顶面为光滑面或粗糙面。

上述组合式坡面流试验装置中，所述连接件为条状体，该条状体一侧端头单边设有凸条或者双边对称设有凸条，凸条的形状与活动面板侧面上“U”形槽的形状匹配；

铺设时，连接件沿坡面水槽的长度方向放置在坡面水槽底板上，其一端与水槽出水端底板上的防滑条接触，防滑条的高度不超过连接件的高度，与坡面水槽两槽板相邻的活动面板一侧面的“U”形槽与一侧端头单边有凸条的连接件匹配连接，另一侧面的“U型”槽与一侧端头双边对称设有凸条的连接件匹配连接，与坡面水槽两槽板不相邻的活动面板分别通过各自侧面的“U”形槽与一侧端头双边对称设有凸条的连接件匹配连接；沿连接件长度方向的两相邻活动面板通过其各自侧面上的上凸条与下阶梯凸台相互搭接。

上述组合式坡面流试验装置中，所述连接件由不受水流侵蚀的材料制作，优选不锈钢连接件。

上述组合式坡面流试验装置中，所述活动面板的中下部板体上开有与板体侧面的“U”形槽平行的扁长“门”形槽，以减轻活动面板的重量、节约活动面板材料的用量。

上述组合式坡面流试验装置中，所述活动面板上开设有植被安装通孔，人造植被通过与植被安装通孔相匹配的底座安装在其中；所述活动面板上开设有一个或者一个以上个植被安装通孔，人造植被均以插入的方式安装在底座中。优选地，所述植被安装通孔为阶梯圆形通孔；优选地，所述底座优选为圆筒体，上端的外壁上设置有与植被安装通孔的阶梯所形成的环形平台相匹配的凸缘，以便底座能以插入的方式固定在植被安装通孔中。

上述组合式坡面流试验装置还包括给水槽、稳流槽和尾水槽，所述尾水槽的进水端和出水端开口，尾水槽与坡面水槽相接，尾水槽进水端的宽度与坡面水槽出水端的宽度相等，尾水槽出水端的宽度小于进水端的宽度；给水槽的出水一端通过溢流隔板与稳流槽相连，稳流槽的出水一端与坡面水槽的进水端连通，且稳流槽的底板低于基本水槽进水端的底板；给水槽和稳流槽通过支柱支撑形成水平结构。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、由于本发明提供的坡面流试验装置，是由若干模块化的活动面板与若干连接件组合而成，活动面板的顶面可以有不同粗糙度，并可安装不同的人造植被，因而能够快速地形成或更换各种粗糙度坡面、各种植被分布形式以及各种植被种类的坡面，从而节约坡面流试验前的准备时间，有助于提高工作效率。

2、由于本发明提供的坡面流试验装置中所用的人造植被是活动插入安装在活动面板的植被安装孔中，无需粘贴固定在坡面水槽的底板上，因而更换时只需将原植被安装孔中的人造植被取下重新插入新的人造植被即可，不会对人造植被和活动面板以及坡面水槽底板造成损坏，能够增加人造植被的重复使用率、延长坡面水槽的使用寿命，节约试验成本。

3、由于本发明提供的坡面流试验装置的活动面板的侧面上设置的“U”形槽可与连接件上的凸条匹配，连接形成组合式坡面，加之连接件是放置在坡面水槽的底板上的，其位置可根据活动面板的尺寸灵活调整，因而可根据不同试验目的采用不同尺寸的活动面板，且使活动面板的组装和拆卸更为方便，可简单、快速地实现坡面条件的更换，能够避免现有坡面流试验装置在更换坡面条件的繁琐操作。

4、由于本发明提供的坡面流试验装置还设置有能够平顺坡面水流的稳流槽和逐缩式尾水槽，因而不仅能避免室内试验进口来流段长度的限制而出现的坡面水流不稳定的情况，从而达到更好的试验效果，且还使坡面水流收集更方便。

附图说明

图1是本发明活动面板的第一种结构的立体示意图；

图2是本发明活动面板的第二种结构的立体示意图；

图3是本发明活动面板的第三种结构的立体示意图；

图4(A)是本发明活动面板的第四种结构的立体示意图，图4(B)为图4(A)的A-A剖视图；

图5是本发明实施例2中组合式坡面流试验装置的结构示意图；

图6是本发明连接件的第一种结构的立体示意图；

图7是本发明连接件的第二种结构的立体示意图；

图8是本发明坡面水槽铺设活动面板后的断面示意图；

图9是本发明实施例4所述试验装置的结构示意图；

图10是本发明实施例5所述试验装置的结构示意图；

图11(A)是本发明安装了柔性人造植被的活动面板的示意图，图11(B)是底座的结构示意图，图11(C)是柔性人造植被的示意图；

图12是本发明实施例6所述试验装置的结构示意图；

图中，1—坡面水槽，2—活动面板、2-1—“U”形槽、2-2—上凸条、2-3—下阶梯凸台、2-4—“门”形槽，3—连接件，4—防滑条，5—植被安装通孔，6—人造植被，7—底座，8—给水槽，9—稳流槽，10—尾水槽，11—溢流隔板，12—支柱。

具体实施方式

以下通过实施例结合附图对本发明所述组合式坡面流试验装置作进一步说明。下述各实施例中，连接件均由不锈钢制作，所述坡面水槽、给水槽和稳流槽由有机玻璃制作。

实施例1

本实施例提供的是4种结构的活动面板，具体如下：

1、第一种结构的活动面板

活动面板2的结构示意图如图1所示，活动面板由塑料制作，为矩形板状体，其中一组相互平行的侧面上分别设置有贯通该侧面的“U”形槽2-1，且位于面板下端一侧的槽边高度小于位于面板上端一侧的槽边高度，另一组相互平行的侧面上分别设置有相互契合的上凸条2-2和下阶梯凸台2-3；所述活动面板的顶面为光滑面或者顶面上粘贴固定有沙粒所形成的粗糙面。

2、第二种结构的活动面板

活动面板2的结构示意图如图2所示，活动面板由塑料制作，为矩形板状体，其中一组相互平行的侧面上分别设置有贯通该侧面的“U”形槽2-1，且位于面板下端一侧的槽边高度小于位于面板上端一侧的槽边高度，另一组相互平行的侧面上分别设置有相互契合的上凸条2-2和下阶梯凸台2-3；所述活动面板的顶面为光滑面或者顶面上粘贴固定有沙粒所形成的粗糙面；所述活动面板2上开设有四个植被安装通孔5，所述植被安装通孔为阶梯圆形通孔。

3、第三种结构的活动面板

活动面板2的结构示意图如图3所示，活动面板由有机玻璃制作，为矩形板状体，其中一组相互平行的侧面上分别设置有贯通该侧面的“U”形槽2-1，且位于面板下端一侧的槽边高度小于位于面板上端一侧的槽边高度，另一组相互平行的侧面上分别设置有相互契合的上凸条2-2和下阶梯凸台2-3；所述活动面板的顶面为光滑面或者顶面上粘贴固定有沙粒所形成的粗糙面；所述活动面板2的中下部板体上开有与“U”形槽平行的扁长“门”形槽2-4，以减轻活动面板的重量和方便活动面板的安装。

4、第四种结构的活动面板

活动面板2的结构示意图如图4(A)所示，图4(B)为图4(A)的A-A剖视图。活动面板由有机玻璃制作，为矩形板状体，其中一组相互平行的侧面上分别设置有贯通该侧面的“U”形槽2-1，且位于面板下端一侧的槽边高度小于位于面板上端一侧的槽边高度，另一组相互平行的侧面上分别设置有相互契合的上凸条2-2和下阶梯凸台2-3；所述活动面板的顶面为光滑面或者顶面上粘贴固定有沙粒所形成的粗糙面；所述活动面板2的中下部板体上开有与“U”形槽平行的扁长“门”形槽2-4，以减轻活动面板的重量和方便活动面板的安装；所述活动面板2上开设有一个植被安装通孔5，该植被安装通孔为阶梯圆形通孔。

实施例2

如图5所示，本实施例给出的组合式坡面流试验装置包括坡面水槽1，坡面水槽1通过支柱12支撑形成倾斜结构，还包括活动面板2和与其匹配的连接件3。所述坡面水槽1的进水端和出水端开口、出水端的底板上设置有防滑条4。所述连接件3包括两种结构，分别如图6、7所示，第一种结构为条状体，该条状体一侧端头双边对称设有凸条，凸条的形状与活动面板侧面上“U”形槽2-1的形状匹配；第二种结构也为条状体，该条状体一侧端头单边设有凸条，凸条的形状与活动面板侧面上“U”形槽2-1的形状匹配。本实施例采用的活动面板2为实施例1中的第三种结构，且其顶面为光滑面；铺设时，连接件3沿坡面水槽1的长度方向放置在坡面水槽底板上，其一端与水槽出水端底板上的防滑条4接触，其中，两根第二种结构的连接件分别贴合于坡面水槽1的两槽板上，且带凸条的一侧指向坡面水槽1的中心，四根第一种结构的连接件位于第二种结构的连接件之间，防滑条4的高度与各连接件的高度一致，用于防止连接件3从坡面水槽1上滑落；与坡面水槽1两槽板相邻的活动面板2一侧面的“U”形槽与第二种结构的连接件匹配连接，另一侧面的“U型”槽与第一种结构的连接件匹配连接，与坡面水槽两槽板不相邻的活动面板2分别通过各自侧面的“U”形槽2-1与第一种结构的连接件匹配连接，如图8所示；沿连接件长度方向的两相邻活动面板通过其各自侧面上的上凸条2-2与下阶梯凸台2-3相互搭接。

实施例3

本实施例的组合式坡面流试验装置的结构与实施例2中的装置结构基本相同，不同之处在于采用实施例1中第一种结构的活动面板，其顶面为粗糙面。

实施例4

如图9所示，本实施例给出的组合式坡面流试验装置包括坡面水槽1、活动面板2和与其匹配的连接件3，给水槽8、稳流槽9和尾水槽10。所述坡面水槽的进水端和出水端开口、出水端的底板上设置有防滑条4。所述连接件3包括两种结构，分别如图6、7所示，第一种结构为条状体，该条状体一侧端头双边对称设有凸条，凸条的形状与活动面板侧面上“U”形槽2-1的形状匹配；第二种结构也为条状体，该条状体一侧端头单边设有凸条，凸条的形状与活动面板侧面上“U”形槽2-1的形状匹配。本实施例采用的活动面板2为实施例1中第三种结构，且其顶面为光滑面；铺设时，连接件3沿坡面水槽1的长度方向放置在坡面水槽底板上，其一端与水槽出水端底板上的防滑条4接触，其中，两根第二种结构的连接件分别贴合于坡面水槽1的两槽板上，连接件带凸条的一侧指向坡面水槽的中心，三根第一种结构的连接件位于第二种结构的连接件之间，防滑条4的高度与各连接件的高度一致，用于防止连接件3从坡面水槽1上滑落；与坡面水槽两槽板相邻的活动面板2一侧面的“U”形槽与第二种结构的连接件匹配连接，另一侧面的“U型”槽与第一种结构的连接件匹配连接，与坡面水槽1两槽板不相邻的活动面板2分别通过各自侧面的“U”形槽2-1与第一种结构的连接件匹配连接；沿连接件长度方向的两相邻活动面板通过其各自侧面上的上凸条2-2与下阶梯凸台2-3相互搭接。

所述尾水槽10的进水端和出水端开口，尾水槽与坡面水槽1相接，尾水槽进水端的宽度与坡面水槽出水端的宽度相等，尾水槽出水端的宽度小于进水端的宽度；给水槽8的出水一端通过溢流隔板11与稳流槽(9)相连，稳流槽9的出水一端与坡面水槽的进水端连通，且稳流槽的底板低于基本水槽进水端的底板；给水槽和稳流槽通过支柱12支撑形成水平结构，坡面水槽通过支柱12支撑形成坡面倾斜结构。

实施例5

如图10所示，本实施例给出的组合式坡面流试验装置的结构与实施例4中的装置结构基本相同，不同之处在于采用的活动面板(顶面为光滑面)为实施例1中第四种结构，其植被安装通孔5中以插入的方式安装底座7，底座7中插入了柔性的人造植被6，见图11(A)；所述底座7为圆筒体，底座上端的外壁上设置有与植被安装通孔5的阶梯所形成的环形平台相匹配的凸缘，见图11(B)。图11(C)是柔性人造植被的示意图。

实施例6

本实施例给出的组合式坡面流试验装置的结构与实施例4中的装置结构基本相同，不同之处在于采用的活动面板(顶面为光滑面)为实施例1中第二种结构，各块活动面板的所有植被安装通孔5中均以插入的方式安装底座7，底座7中插入了柔性的人造植被6。

实施例7

如图12所示，本实施例给出的组合式坡面流试验装置的结构与实施例3中的装置结构基本相同，不同之处在于坡面水槽1的底板上安装了实施例1所述顶面为光滑面和粗糙面的第三种结构的活动面板，以及实施例1所述第四种结构的活动面板，第四种结构的活动面板的植被安装通孔5中以插入的方式安装底座7，底座7中插入了柔性的人造植被和刚性的人造植被。

Claims (10)

1.一种组合式坡面流试验装置，包括坡面水槽(1)，坡面水槽(1)通过支柱(12)支撑形成倾斜结构，其特征在于还包括活动面板(2)和与其匹配的连接件(3)，所述坡面水槽的进水端和出水端开口、出水端的底板上设置有防滑条(4)，活动面板(2)通过与其匹配的连接件(3)连接形成组合式坡面铺设于坡面水槽(1)的底板上。

2.根据权利要求1所述组合式坡面流试验装置，其特征在于所述活动面板(2)为矩形板状体，其中一组相互平行的侧面上分别设置有贯通该侧面的“U”形槽(2-1)，且位于面板下端一侧的槽边高度小于位于面板上端一侧的槽边高度，另一组相互平行的侧面上分别设置有相互契合的上凸条(2-2)和下阶梯凸台(2-3)，所述活动面板的顶面为光滑面或粗糙面。

3.根据权利要求2所述组合式坡面流试验装置，其特征在于所述连接件(3)为条状体，该条状体一侧端头单边设有凸条或者双边对称设有凸条，凸条的形状与活动面板侧面上“U”形槽(2-1)的形状匹配；

铺设时，连接件(3)沿坡面水槽的长度方向放置在坡面水槽底板上，其一端与水槽出水端底板上的防滑条(4)接触，防滑条的高度不超过连接件的高度，与坡面水槽两槽板相邻的活动面板(2)一侧面的“U”形槽与一侧端头单边有凸条的连接件匹配连接，另一侧面的“U型”槽与一侧端头双边对称设有凸条的连接件匹配连接，与坡面水槽两槽板不相邻的活动面板(2)分别通过各自侧面的“U”形槽(2-1)与一侧端头双边对称设有凸条的连接件匹配连接；沿连接件长度方向的两相邻活动面板通过其各自侧面上的上凸条(2-2)与下阶梯凸台(2-3)相互搭接。

4.根据权利要求2或3所述组合式坡面流试验装置，其特征在于所述活动面板(2)的中下部板体上开有与“U”形槽平行的扁长“门”形槽(2-4)。

5.根据权利要求2或3所述组合式坡面流试验装置，其特征在于所述活动面板(2)上开设有植被安装通孔(5)，人造植被(6)通过与植被安装通孔(5)相匹配的底座(7)安装在其中。

6.根据权利要求4所述组合式坡面流试验装置，其特征在于所述活动面板(2)上开设有植被安装通孔(5)，人造植被(6)通过与植被安装通孔(5)相匹配的底座(7)安装在其中。

7.根据权利要求5所述组合式坡面流试验装置，其特征在于所述植被安装通孔(5)为阶梯圆形通孔；所述底座(7)为圆筒体，底座上端的外壁上设置有与植被安装通孔(5)的阶梯所形成的环形平台相匹配的凸缘。

8.根据权利要求1或2或3所述组合式坡面流试验装置，其特征在于该试验装置还包括给水槽(8)、稳流槽(9)和尾水槽(10)，所述尾水槽(10)的进水端和出水端开口，尾水槽与坡面水槽(1)相接，尾水槽进水端的宽度与坡面水槽出水端的宽度相等，尾水槽出水端的宽度小于进水端的宽度；给水槽(8)的出水一端通过溢流隔板(11)与稳流槽(9)相连，稳流槽(9)的出水一端与坡面水槽的进水端连通，且稳流槽的底板低于基本水槽进水端的底板；给水槽和稳流槽通过支柱(12)支撑形成水平结构。

9.根据权利要求4所述组合式坡面流试验装置，其特征在于该试验装置还包括给水槽(8)、稳流槽(9)和尾水槽(10)，所述尾水槽(10)的进水端和出水端开口，尾水槽与坡面水槽(1)相接，尾水槽进水端的宽度与坡面水槽出水端的宽度相等，尾水槽出水端的宽度小于进水端的宽度；给水槽(8)的出水一端通过溢流隔板(11)与稳流槽(9)相连，稳流槽(9)的出水一端与坡面水槽的进水端连通，且稳流槽的底板低于基本水槽进水端的底板；给水槽和稳流槽通过支柱(12)支撑形成水平结构。

10.根据权利要求7所述组合式坡面流试验装置，其特征在于该试验装置还包括给水槽(8)、稳流槽(9)和尾水槽(10)，所述尾水槽(10)的进水端和出水端开口，尾水槽与坡面水槽(1)相接，尾水槽进水端的宽度与坡面水槽出水端的宽度相等，尾水槽出水端的宽度小于进水端的宽度；给水槽(8)的出水一端通过溢流隔板(11)与稳流槽(9)相连，稳流槽(9)的出水一端与坡面水槽的进水端连通，且稳流槽的底板低于基本水槽进水端的底板；给水槽和稳流槽通过支柱(12)支撑形成水平结构。