CN106706456A - 一种混凝土护岸、护坡抗冰水冲刷性能测试装置及方法 - Google Patents

一种混凝土护岸、护坡抗冰水冲刷性能测试装置及方法 Download PDF

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Abstract

一种混凝土护岸、护坡抗冰水冲刷性能测试装置及方法，它涉及水利工程技术领域。本发明为解决现有混凝土护岸、护坡的抗冰水冲刷性能无法准确测试与定量评估的问题。测试装置包括电机、固定架、称重传感器、主轴、试件夹具、试验槽、入水阀门和出水阀门，试验槽包括内槽体和外槽体，内槽体和外槽体之间设有冷冻液容腔，外槽体的下端设有入水阀门，外槽体的上端设有出水阀门，电机通过固定架设置在试验槽的正上方，电机的输出轴与主轴的上端连接，输出轴与主轴之间固接有称重传感器，主轴的下端固接有试件夹具。测试方法：固定混凝土试件；注入冷却液；注入冰水混合物；冲刷试验；读取数据。本发明用于混凝土护岸、护坡的抗冰水冲刷试验。

Description

一种混凝土护岸、护坡抗冰水冲刷性能测试装置及方法
技术领域
本发明涉及一种混凝土护岸、护坡抗冰水冲刷性能测试装置及方法。
背景技术
寒区江河在封冻以前及解冻过程中，存在秋季流冰和春季流冰现象。水流带动冰凌、冰排以一定的流速冲刷、撞击江河护岸、护坡，往往导致护岸、护坡结构的破坏。冰凌的冲蚀、磨蚀以及冲击作用，已成为影响寒区护坡、护岸结构服役性能及使用寿命的重要因素之一。同时，寒区水利工程的护岸、护坡结构通常采用混凝土材料进行铺设，混凝土材料在寒区环境下的服役性能将直接影响整个水利工程设施的使用寿命。为确保寒区混凝土护岸、护坡结构的服役性能和使用寿命，需要准确评估其抗冰凌冲蚀及冲击的性能，并在此基础上采用技术措施进行优化。但混凝土护岸、护坡目前没有一种专门的测试装置和测试、评估方法来对混凝土护岸、护坡抗冰凌冲刷性能进行测试与评价，给寒区护岸、护坡结构的设计与优化造成不便。
发明内容
本发明为了解决现有混凝土护岸、护坡的抗冰水冲刷性能无法准确测试与定量评估的问题，进而提出一种混凝土护岸、护坡抗冰水冲刷性能测试装置及方法。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
一种混凝土护岸、护坡抗冰水冲刷性能测试装置包括电机、固定架、称重传感器、主轴、试件夹具、试验槽、入水阀门和出水阀门，试验槽为双层槽，试验槽包括内槽体和外槽体，内槽体和外槽体之间设有冷冻液容腔，外槽体的下端设有入水阀门，外槽体的上端设有出水阀门，入水阀门和出水阀门分别与冷冻液容腔连通，电机通过固定架设置在试验槽的正上方，电机的输出轴与主轴的上端连接，输出轴与主轴之间固接有称重传感器，主轴的下端固接有试件夹具，试件夹具竖直向下设置在试验槽内。
一种混凝土护岸、护坡抗冰水冲刷性能测试方法包括如下步骤：
步骤一：固定混凝土试件：将待测试的混凝土试件牢固的安装在试件夹具的下方；
步骤二：注入冷却液：将入水阀门和出水阀门与低温恒温槽连接，低温恒温槽内设有低温恒温的冷却液，打开入水阀门和出水阀门，并启动循环水泵，将低温恒温槽中的冷却液注入到冷却液容腔中；
步骤三：注入冰水混合物：待冷却液循环稳定后，冷冻液温度达到设定温度时，向试验槽中装入冰水混合物；
步骤四：冲刷试验：打开电机的电源，设定好电机的转速和转动时间，记录称重传感器的读数为M1，启动电机运转，进行冲刷试验；
步骤五：读取数据：待电机运行停止，即试验结束，再次记录称重传感器的读数为M2，根据试验前后的称重传感器的读数差M1-M2的大小便可以判断混凝土试件的抗冰水冲刷性能好坏，读数差越大，混凝土试件的抗冲刷性能越差；反之读数差越小，混凝土试件的抗冲刷性能越好。
本发明与现有技术相比包含的有益效果是：
本发明提供了一种快速评价混凝土护岸、护坡块抗冰水冲刷性能的测试装置与方法，为优选护坡块型、优化材料配方和预估实际工程破坏程度提供了具体数据支持。本发明通过调节电机旋转速率和运行时间可以改变冰水对试件的冲刷力和冲刷时间，更加真实的评估实际工程中不同水流速度下的抗冲刷性能；通过恒温槽和冷冻液循环保证冰水混合物在测试过程中基本不融化；通过称重传感器实时监测试件在实验过程中的质量变化，可以直接快速得到测试结果。本发明具有操作简单、测试精确、快速和适用范围广等优点。
附图说明
图1是本发明整体结构的示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种混凝土护岸、护坡抗冰水冲刷性能测试装置包括电机1、固定架2、称重传感器3、主轴10、试件夹具4、试验槽7、入水阀门9和出水阀门11，试验槽7为双层槽，试验槽7包括内槽体7-1和外槽体7-2，内槽体7-1和外槽体7-2之间设有冷冻液容腔7-3，外槽体7-2的下端设有入水阀门9，外槽体7-2的上端设有出水阀门11，入水阀门9和出水阀门11分别与冷冻液容腔7-3连通，电机1通过固定架2设置在试验槽7的正上方，电机1的输出轴1-1与主轴10的上端连接，输出轴1-1与主轴10之间固接有称重传感器3，主轴10的下端固接有试件夹具4，试件夹具4竖直向下设置在试验槽7内。
如此设计将电机1牢固地安装在固定架2上，保证在整个测试过程中电机1的稳定工作，通过称重传感器3可以随时得到连接在下部的主轴10、试件夹具4和混凝土试件5的重量变化，试验时在冷冻液容腔7-3内充满冷冻液8，内槽体7-1内注入冰水混合物6，将混凝土试件5浸泡在冰水混合物6中，通过入水阀门9和出水阀门11与低温恒温槽连接，通过低温恒温槽和与冷冻液容腔7-3中的冷冻液8不断循环，控制冰水混合物6的温度恒定。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述试验槽7的形状为圆筒形。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。
如此设计保证在试验时混凝土试件5的外表面收到的冲刷力均衡。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述内槽体7-1是由金属材质制作的内槽体，外槽体7-2是由塑料材质制作的外槽体。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一或二相同。
如此设计内槽体7-1的材质为金属，有利于与冰水混合物6与冷冻液8进行热量交换；外槽体7-2的材质为塑料，以减少冷冻液8与周围环境的热量交换。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述试件夹具4包括多个夹爪4-1，夹爪4-1的形状为“L”形。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式三相同。
如此设计便于有效夹紧混凝土试件5。
具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述固定架2的形状为“门”字形，固定架2包括水平横梁2-1和两个竖直支架2-2，竖直支架2-2设置在试验槽7的外侧，电机1固接在水平横梁2-1的中部。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式四相同。
如此设计以便将电机1进行有效地固定。
具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述出水阀门11上连接有循环水泵12。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一、二、四或五相同。
如此设计以保证冷却液容腔7-3内的冷却液8能够与低温恒温槽内的冷却液8不断循环，保持冷却液8的恒温。
具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种混凝土护岸、护坡抗冰水冲刷性能测试方法包括如下步骤：
步骤一：固定混凝土试件5：将待测试的混凝土试件5牢固的安装在试件夹具4的下方；
步骤二：注入冷却液8：将入水阀门9和出水阀门11与低温恒温槽连接，低温恒温槽内设有低温恒温的冷却液8，打开入水阀门9和出水阀门11，并启动循环水泵12，将低温恒温槽中的冷却液8注入到冷却液容腔7-3中；
步骤三：注入冰水混合物6：待冷却液8循环稳定后，冷冻液8温度达到设定温度时，向试验槽7中装入冰水混合物6；
步骤四：冲刷试验：打开电机1的电源，设定好电机1的转速和转动时间，记录称重传感器3的读数为M1，启动电机1运转，进行冲刷试验；
步骤五：读取数据：待电机1运行停止，即试验结束，再次记录称重传感器3的读数为M2，根据试验前后的称重传感器3的读数差M1-M2的大小便可以判断混凝土试件5的抗冰水冲刷性能好坏，读数差越大，混凝土试件5的抗冲刷性能越差；反之读数差越小，混凝土试件5的抗冲刷性能越好。
本实施方式步骤三中冰水混合物6中的总冰和水的比例可以根据情况进行设定，以满足试验的需求。在电机1的带动下，混凝土试件5在冰水混合物6中按照设定转速旋转，由于力的相互作用，相当于冰水混合物6不断冲刷凝土试件5的表面，冲刷力度大小和冲刷时间可以通过调节电机1的转速和运行时间进行控制。试验前后的称重传感器3的读数差M1-M2的大小也为混凝土试件5的质量差，即混凝土试件5被冰水混合物6冲刷掉的质量。
具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述步骤二中低温恒温槽内的冷却液8的温度设定为0～-1℃。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式七相同。
具体实施方式九：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述步骤三中冰水混合物6的液面高度高于混凝土试件5的上端面且低于称重传感器3的下端面。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式七或八相同。
工作原理
在电机1的带动下，混凝土试件5在冰水混合物6中按照设定转速旋转，由于力的相互作用，相当于冰水混合物6不断冲刷凝土试件5的表面，冲刷力度大小和冲刷时间可以通过调节电机1的转速和运行时间进行控制。试验前后的称重传感器3的读数差M1-M2的大小也为混凝土试件5的质量差，即混凝土试件5被冰水混合物6冲刷掉的质量，读数差越大，混凝土试件5的抗冲刷性能越差；反之读数差越小，混凝土试件5的抗冲刷性能越好。

Claims (9)

1.一种混凝土护岸、护坡抗冰水冲刷性能测试装置，其特征在于：所述一种混凝土护岸、护坡抗冰水冲刷性能测试装置包括电机(1)、固定架(2)、称重传感器(3)、主轴(10)、试件夹具(4)、试验槽(7)、入水阀门(9)和出水阀门(11)，试验槽(7)为双层槽，试验槽(7)包括内槽体(7-1)和外槽体(7-2)，内槽体(7-1)和外槽体(7-2)之间设有冷冻液容腔(7-3)，外槽体(7-2)的下端设有入水阀门(9)，外槽体(7-2)的上端设有出水阀门(11)，入水阀门(9)和出水阀门(11)分别与冷冻液容腔(7-3)连通，电机(1)通过固定架(2)设置在试验槽(7)的正上方，电机(1)的输出轴(1-1)与主轴(10)的上端连接，输出轴(1-1)与主轴(10)之间固接有称重传感器(3)，主轴(10)的下端固接有试件夹具(4)，试件夹具(4)竖直向下设置在试验槽(7)内。
2.根据权利要求1所述一种混凝土护岸、护坡抗冰水冲刷性能测试装置，其特征在于：所述试验槽(7)的形状为圆筒形。
3.根据权利要求1或2所述一种混凝土护岸、护坡抗冰水冲刷性能测试装置，其特征在于：所述内槽体(7-1)是由金属材质制作的内槽体，外槽体(7-2)是由塑料材质制作的外槽体。
4.根据权利要求3所述一种混凝土护岸、护坡抗冰水冲刷性能测试装置，其特征在于：所述试件夹具(4)包括多个夹爪(4-1)，夹爪(4-1)的形状为“L”形。
5.根据权利要求4所述一种混凝土护岸、护坡抗冰水冲刷性能测试装置，其特征在于：所述固定架(2)的形状为“门”字形，固定架(2)包括水平横梁(2-1)和两个竖直支架(2-2)，竖直支架(2-2)设置在试验槽(7)的外侧，电机(1)固接在水平横梁(2-1)的中部。
6.根据权利要求1、2、4或5所述一种混凝土护岸、护坡抗冰水冲刷性能测试装置，其特征在于：所述出水阀门(11)上连接有循环水泵(12)。
7.一种混凝土护岸、护坡抗冰水冲刷性能测试方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
步骤一：固定混凝土试件(5)：将待测试的混凝土试件(5)牢固的安装在试件夹具(4)的下方；
步骤二：注入冷却液(8)：将入水阀门(9)和出水阀门(11)与低温恒温槽连接，低温恒温槽内设有低温恒温的冷却液(8)，打开入水阀门(9)和出水阀门(11)，并启动循环水泵(12)，将低温恒温槽中的冷却液(8)注入到冷却液容腔(7-3)中；
步骤三：注入冰水混合物(6)：待冷却液(8)循环稳定后，冷冻液(8)温度达到设定温度时，向试验槽(7)中装入冰水混合物(6)；
步骤四：冲刷试验：打开电机(1)的电源，设定好电机(1)的转速和转动时间，记录称重传感器(3)的读数为M1，启动电机(1)运转，进行冲刷试验；
步骤五：读取数据：待电机(1)运行停止，即试验结束，再次记录称重传感器(3)的读数为M2，根据试验前后的称重传感器(3)的读数差M1-M2的大小便可以判断混凝土试件(5)的抗冰水冲刷性能好坏，读数差越大，混凝土试件(5)的抗冲刷性能越差；反之读数差越小，混凝土试件(5)的抗冲刷性能越好。
8.根据权利要求7所述一种混凝土护岸、护坡抗冰水冲刷性能测试方法，其特征在于：所述步骤二中低温恒温槽内的冷却液(8)的温度设定为0～-1℃。
9.根据权利要求7或8所述一种混凝土护岸、护坡抗冰水冲刷性能测试方法，其特征在于：所述步骤三中冰水混合物(6)的液面高度高于混凝土试件(5)的上端面且低于称重传感器(3)的下端面。
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