CN108344653B - 测试土体抵抗冲刷能力的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种测试土体抵抗冲刷能力的装置，包括承重架，承重架上设置有上水槽和下水槽，上水槽内部空间被竖直的进水筛孔板和排水筛孔板分隔成水流进入段、水流稳定段以及水流排出段三个部分；承重架上方安装有试样架，试样架中，带电子天平的传力台通过多根传力杆与试样盒连接，试样盒伸入水流稳定段内，试样盒与水流垂直的端面为金属网面，水流稳定段内设置有流速测量仪。本发明提供的测试土体抵抗冲刷能力的装置及方法，可以解决现有测试土体抵抗冲刷能力无实验装置的问题，结构简单，使用方便，自动采集电子天平的数据，可根据水流速度计算冲刷力，建立冲刷力与颗粒流失量之间的时间关系，测试不同土样的抗冲刷能力。
Description
技术领域
本发明涉及岩土实验领域，尤其是一种测试土体抵抗冲刷能力的装置及方法。
背景技术
随着我国大型水库的建立，形成了大量新的库岸，库岸边坡的抗冲刷能力主要受内在因素与外在因素的影响。内在因素主要为土体的组成成分与土体的含水率、干密度、黏聚力c等物理力学指标。外在因素主要为库水的流速、水温、流态等。目前有一些学者尝试着开展了定性的水槽实验及现场实验，但实验变量难以控制、测量精度难以保证。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种测试土体抵抗冲刷能力的装置及方法，可以解决现有测试土体抵抗冲刷能力无实验装置的问题，结构简单，使用方便，自动采集电子天平的数据，可根据水流速度计算冲刷力，建立冲刷力与颗粒流失量之间的时间关系，测试不同土样的抗冲刷能力。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种测试土体抵抗冲刷能力的装置，包括承重架，
承重架上设置有上水槽和下水槽，上水槽内部空间被竖直的进水筛孔板和排水筛孔板分隔成水流进入段、水流稳定段以及水流排出段三个部分，进水筛孔板和排水筛孔板上的孔径从上至下逐步减小；
承重架上方安装有电子天平, 试样架由传力台、传力杆及试样盒组成，试样架通过传力台的上表面挂在电子天平上，传力台的下表面通过多根传力杆与试样盒连接，试样盒伸入水流稳定段内，试样盒与水流垂直的端面为金属网面，水流稳定段内设置有流速测量仪，流速测量仪与试样盒内的土样相配合；
下水槽被竖直的拦污海绵板分割成水泵段和循环段，水泵段内安装有变频水泵，变频水泵通过带阀门的上水管与水流进入段连通，水流排出段通过下水通道与循环段连通；
流速测量仪和电子天平分别通过数据线与数据采集系统连接。
变频水泵为有多个档位的水泵。
上水槽和下水槽为采用透明有机玻璃制成的水槽。
传力台为口字型传力台，试样盒的上端面为可拆卸有机玻璃盖体。
一种采用上述装置测试土体抵抗冲刷能力的方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：关闭阀门；
步骤2：向下水槽内加入下水槽容积3/4的水；
步骤3：打开阀门，同时开启变频水泵；
步骤4：继续向下水槽内加水；
步骤5：变频水泵将下水槽的水通过上水管送至上水槽，直到上水槽、下水槽通过变频水泵以及两端的连接水道组成循环系统并趋于稳定后，停止加水；
步骤6：将制作好的土样放入试样盒内，然后盖上可拆卸有机玻璃盖体；
步骤7：开启电子天平，并将电子天平读数清零；
步骤8：开启:数据采集系统，按时间间隔采集和记录电子天平读数；
步骤9：将试样盒通过传力杆的上表面挂在电子天平上，并使试样盒浸没在上水槽的流水中，冲刷试验正式开始，随着冲刷的产生，土样中的颗粒被水带走，质量减小，天平读数随之变化；
步骤10：根据土样被冲刷的量，控制试验进度，实验结束时关闭数据采集系统和变频水泵，即完成土体抵抗冲刷能力的测试。
本发明提供的测试土体抵抗冲刷能力的装置及方法，有益效果如下：
1、可针对几组含水率不同、而干密度、黏聚力c以及干湿循环次数相同的土样，分别进行相同流速的冲刷试验，得到粘性土被冲刷侵蚀过程与含水率的定量关系及其变化规律。
2、可针对几组干密度不同、而含水率、黏聚力c以及干湿循环次数相同的土样，分别进行相同流速的冲刷试验，得到粘性土被冲刷侵蚀过程与干密度的定量关系及其变化规律。
3、可针对几组粘聚力不同、而干密度、含水率以及干湿循环次数相同的土样，分别进行相同流速的冲刷试验，得到粘性土被冲刷侵蚀过程与粘聚力的定量关系及其变化规律。
4、可针对几组干湿循环次数不同、而干密度、含水率以及粘聚力相同的土样，分别进行相同流速的冲刷试验，得到粘性土被冲刷侵蚀过程与干湿循环次数的定量关系及其变化规律。
可以解决现有测试土体抵抗冲刷能力无实验装置的问题，结构简单，使用方便，自动采集电子天平的数据，可根据水流速度计算冲刷力，建立冲刷力与颗粒流失量之间的时间关系，测试不同土样的抗冲刷能力。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明装置的结构示意图；
图2为本发明装置的试样架与天平位置关系的局部图。
具体实施方式
实施例一
如图1所示，一种测试土体抵抗冲刷能力的装置，包括承重架1，
承重架1上设置有上水槽3和下水槽2，上水槽3内部空间被竖直的进水筛孔板8和排水筛孔板9分隔成水流进入段19、水流稳定段20以及水流排出段21三个部分，进水筛孔板8上的孔径从上至下逐步减小，从而控制冲刷试样的水流是平稳的；排水筛孔板9上的孔径从上至下逐步减小，从而控制两个筛孔板之间的水流稳定。
承重架1上方安装有电子天平14, 试样架5由传力台、传力杆16及试样盒15组成，试样架5通过传力台的上表面挂在电子天平14上，传力台的下表面通过多根传力杆16与试样盒15连接，试样盒15伸入水流稳定段20内，试样盒15与水流垂直的端面为金属网面17，水流稳定段20内设置有流速测量仪6，流速测量仪6与试样盒15内的土样相配合，用于准确测定水流冲刷土样时的速度；
下水槽2被竖直的拦污海绵板11分割成水泵段22和循环段23，水泵段22内安装有变频水泵4，变频水泵4通过带阀门13的上水管12与水流进入段19连通，水流排出段21通过下水通道10与循环段23连通；
流速测量仪6和电子天平14分别通过数据线18与数据采集系统7连接。
变频水泵4为有十个档位的水泵，通过不同档位控制水流流速。
上水槽3和下水槽2为采用厚度10mm的透明有机玻璃制成的水槽。
传力台为口字型传力台，试样盒15的上端面为可拆卸有机玻璃盖体，传力杆16为金属杆。
数据采集系统为安装在电脑里的CPU处理器。
实施例二
一种采用上述装置测试土体抵抗冲刷能力的方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：关闭阀门13；
步骤2：向下水槽2内加入下水槽容积3/4的水；
步骤3：打开阀门13，同时开启变频水泵4；
步骤4：继续向下水槽2内加水；
步骤5：变频水泵4将下水槽2的水通过上水管12送至上水槽3，直到上水槽3、下水槽2通过变频水泵4以及两端的连接水道组成循环系统并趋于稳定后，停止加水；
步骤6：将制作好的土样放入试样盒15内，然后盖上可拆卸有机玻璃盖体；
步骤7：开启电子天平14，并将电子天平14读数清零；
步骤8：开启:数据采集系统7，按时间间隔采集和记录电子天平14读数；
步骤9：将试样盒15通过传力杆16的上表面挂在电子天平14上，并使试样盒15浸没在上水槽的流水中，冲刷试验正式开始，随着冲刷的产生，土样中的颗粒被水带走，质量减小，天平读数随之变化；
步骤10：根据土样被冲刷的量，控制试验进度，实验结束时关闭数据采集系统7和变频水泵4，即完成土体抵抗冲刷能力的测试。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种测试土体抵抗冲刷能力的装置，包括承重架（1），其特征在于：
承重架（1）上设置有上水槽（3）和下水槽（2），上水槽（3）内部空间被竖直的进水筛孔板（8）和排水筛孔板（9）分隔成水流进入段（19）、水流稳定段（20）以及水流排出段（21）三个部分，进水筛孔板（8）和排水筛孔板（9）上的孔径从上至下逐步减小；
承重架（1）上方安装有电子天平（14）, 试样架（5）由传力台、传力杆（16）及试样盒（15）组成，试样架（5）通过传力台的上表面挂在电子天平（14）上，传力台的下表面通过多根传力杆（16）与试样盒（15）连接，试样盒（15）伸入水流稳定段（20）内，试样盒（15）与水流垂直的端面为金属网面（17），水流稳定段（20）内设置有流速测量仪（6），流速测量仪（6）与试样盒（15）内的土样相配合；
下水槽（2）被竖直的拦污海绵板（11）分割成水泵段（22）和循环段（23），水泵段（22）内安装有变频水泵（4），变频水泵（4）通过带阀门（13）的上水管（12）与水流进入段（19）连通，水流排出段（21）通过下水通道（10）与循环段（23）连通；
流速测量仪（6）和电子天平（14）分别通过数据线（18）与数据采集系统（7）连接。
2.根据权利要求1所述的测试土体抵抗冲刷能力的装置，其特征在于：变频水泵（4）为有多个档位的水泵。
3.根据权利要求1所述的测试土体抵抗冲刷能力的装置，其特征在于：上水槽（3）和下水槽（2）为采用透明有机玻璃制成的水槽。
4.根据权利要求1所述的测试土体抵抗冲刷能力的装置，其特征在于：传力台为口字型传力台，试样盒（15）的上端面为可拆卸有机玻璃盖体。
5.一种采用上述权利要求1-4中任一项所述的装置测试土体抵抗冲刷能力的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤1：关闭阀门（13）；
步骤2：向下水槽（2）内加入下水槽容积3/4的水；
步骤3：打开阀门（13），同时开启变频水泵（4）；
步骤4：继续向下水槽（2）内加水；
步骤5：变频水泵（4）将下水槽（2）的水通过上水管（12）送至上水槽（3），直到上水槽（3）、下水槽（2）通过变频水泵（4）以及两端的连接水道组成循环系统并趋于稳定后，停止加水；
步骤6：将制作好的土样放入试样盒（15）内，然后盖上可拆卸有机玻璃盖体；
步骤7：开启电子天平（14），并将电子天平（14）读数清零；
步骤8：开启:数据采集系统（7），按时间间隔采集和记录电子天平（14）读数；
步骤9：将试样盒（15）通过传力杆（16）的上表面挂在电子天平（14）上，并使试样盒（15）浸没在上水槽的流水中，冲刷试验正式开始，随着冲刷的产生，土样中的颗粒被水带走，质量减小，天平读数随之变化；
步骤10：根据土样被冲刷的量，控制试验进度，实验结束时关闭数据采集系统（7）和变频水泵（4），即完成土体抵抗冲刷能力的测试。
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