CN109489869A - 一种气垫式底沙起动切应力测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气垫式底沙起动切应力测量装置及测量方法，包括箱体，在箱体的顶部开口端覆设滑动板，滑动板上放置待试验泥沙；箱体内通过支撑板将其在垂直方向分成两个空腔部分，滑动板与支撑板之间的空腔部分设置应变片，将滑动板与支撑板之间的空腔部分在水平方向上再分成两个小空腔，应变片同时与滑动板、支撑板垂直连接；由应变片分成的两个小空腔内均安设可充气的气垫，气垫对滑动板形成支撑；应变片通过连接线与电脑相连通；本发明适用于不同水流条件且可以方便、快速、高效、实时直接监测床面泥沙起动切应力，旨在解决在复杂水流环境下难以直接、实时对床面泥沙起动切应力进行测量的问题。

Description

一种气垫式底沙起动切应力测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及一种气垫式底沙起动切应力测量装置及测量方法，属于水利工程技术领域。

背景技术

底沙起动切应力是河口海岸水沙运动研究的重要组成部分，是现阶段科学研究的热点。常规底沙起动切应力的测量往往通过观测底沙起动临界状态时或者推移质输沙为0时的水面比降、流速等水动力特征参量，来间接确定底沙起动的切应力。

目前常用的底沙起动切应力监测方法虽然不少，但存在不够直观、往往通过间接方式才能得到床面泥沙起动状态时的临界起动切应力的问题；因此，观测床沙起动切应力时，往往需要同时监测水位、流速、流量、流速剖面等相关特征水文参量，这对于相关特征水文参量测验设备的观测精度提出了更高的要求。若相关特征水文参量的观测精度不足，那么由此也将造成床沙起动切应力的观测精度不足；综上所述，需要一种适用于各种水流条件下的方便快速、高效且可实时准确监测的底沙起动切应力观测装置。

发明内容

本发明提供一种气垫式底沙起动切应力测量装置及测量方法，适用于不同水流条件且可以方便、快速、高效、实时直接监测床面泥沙起动切应力，旨在解决在复杂水流环境下难以直接、实时对床面泥沙起动切应力进行测量的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种气垫式底沙起动切应力测量装置，包括箱体，在箱体的顶部开口端覆设滑动板，滑动板上放置待试验泥沙；箱体内通过支撑板将其在垂直方向分成两个空腔部分，滑动板与支撑板之间的空腔部分设置应变片，将滑动板与支撑板之间的空腔部分在水平方向上再分成两个小空腔，应变片同时与滑动板、支撑板垂直连接；由应变片分成的两个小空腔内均安设可充气的气垫，气垫对滑动板形成支撑；应变片通过连接线与电脑相连通；

作为本发明的进一步优选，前述的气垫通过充气管与充气泵连通；

作为本发明的进一步优选，箱体采用木质材料制成，支撑板采用不锈钢材料制成；

作为本发明的进一步优选，充气管采用塑胶材料制成，两端分别连接充气泵和气垫；

作为本发明的进一步优选，滑动板与箱体之间的连接缝隙采用密封胶填充，前述的密封胶为玻璃胶；

作为本发明的进一步优选，应变片通过电线与电脑连通；

一种采用气垫式底沙起动切应力测量装置进行测量的方法，包括以下步骤：

组装装置，在木质材料做成的箱体开口端安装用于放置待试验泥沙的滑动板，箱体内安装支撑板，支撑板将箱体内空间分成上下两个空腔部分，在上部分的空腔部分内安装与支撑板垂直的应变片，应变片将上部分的空腔部分分成两个小空腔，在两个小空腔内分别设置气垫，气垫通过充气管与设置在岸上的充气泵连通，应变片通过导线与电脑连通；

测量准备，在床面挖出一个坑洞，大小与箱体匹配，将箱体设置在床面坑洞内，滑动板表面与床面平齐；

开始测量，充气泵通过充气管向气垫内充气，对滑动板形成支撑，滑动板上均匀固定待试验泥沙，水流流过待试验泥沙，随着水流切应力达到底床泥沙起动的临界切应力，滑动板表面的待试验泥沙发生运动，同时带动滑动板滑动，由于应变片同时与滑动板、支撑板垂直连接，此时应变片发生变形，由于气垫的减阻作用，应变片反应出的应力即可等同于实际泥沙起动时受到的切应力，应变片将应力变化反映为电信号通过导线传递至电脑，电脑实时记录泥沙起动临界状态时的切应力变化过程和特征。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明适用于不同水流条件且可以方便、快速、高效、实时直接监测床面泥沙起动切应力的变化过程和特征。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的优选实施例的整体结构示意图。

图中：1为箱体，2为支撑板，3为气垫，4为充气管，5为滑动板，6为密封胶，7为应变片，8为连接线，9为充气泵，10为电脑。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，本发明包括一下特征部件：1为箱体，2为支撑板，3为气垫，4为充气管，5为滑动板，6为密封胶，7为应变片，8为连接线，9为充气泵，10为电脑。

本发明的一种气垫式底沙起动切应力测量装置，包括箱体，在箱体的顶部开口端覆设滑动板，滑动板上放置待试验泥沙；箱体内通过支撑板将其在垂直方向分成两个空腔部分，滑动板与支撑板之间的空腔部分设置应变片，将滑动板与支撑板之间的空腔部分在水平方向上再分成两个小空腔，应变片同时与滑动板、支撑板垂直连接；由应变片分成的两个小空腔内均安设可充气的气垫，气垫对滑动板形成支撑；应变片通过连接线与电脑相连通；

作为本发明的进一步优选，前述的气垫通过充气管与充气泵连通；

作为本发明的进一步优选，箱体采用木质材料制成，支撑板采用不锈钢材料制成；

作为本发明的进一步优选，充气管采用塑胶材料制成，两端分别连接充气泵和气垫；

作为本发明的进一步优选，滑动板与箱体之间的连接缝隙采用密封胶填充，前述的密封胶为玻璃胶；

作为本发明的进一步优选，应变片通过电线与电脑连通；

一种采用气垫式底沙起动切应力测量装置进行测量的方法，包括以下步骤：

组装装置，在木质材料做成的箱体开口端安装用于放置待试验泥沙的滑动板，箱体内安装支撑板，支撑板将箱体内空间分成上下两个空腔部分，在上部分的空腔部分内安装与支撑板垂直的应变片，应变片将上部分的空腔部分分成两个小空腔，在两个小空腔内分别设置气垫，气垫通过充气管与设置在岸上的充气泵连通，应变片通过导线与电脑连通；

测量准备，在床面挖出一个坑洞，大小与箱体匹配，将箱体设置在床面坑洞内，滑动板表面与床面平齐；

开始测量，充气泵通过充气管向气垫内充气，对滑动板形成支撑，滑动板上均匀固定待试验泥沙，水流流过待试验泥沙，随着水流切应力达到底床泥沙起动的临界切应力，滑动板表面的待试验泥沙发生运动，同时带动滑动板滑动，由于应变片同时与滑动板、支撑板垂直连接，此时应变片发生变形，由于气垫的减阻作用，应变片反应出的应力即可等同于实际泥沙起动时受到的切应力，应变片将应力变化反映为电信号通过导线传递至电脑，电脑实时记录泥沙起动临界状态时的切应力变化过程和特征。

图1所示，是本发明的优选实施例，在箱体的顶部开口端覆设滑动板，滑动板上放置待试验泥沙；箱体内通过支撑板将其在垂直方向分成上下两个空腔部分，滑动板与支撑板之间的上方的空腔部分设置应变片，将滑动板与支撑板之间的空腔部分在水平方向上再分成左右两个小空腔，应变片的两端同时与滑动板、支撑板垂直连接；由应变片分成的两个小空腔内均安设可充气的气垫，气垫通过充气管与充气泵连通，同时气垫对滑动板形成支撑；应变片通过导线与电脑相连通；

滑动板与箱体之间的连接缝隙采用玻璃胶填充，起到隔绝箱体内外的作用，防止箱体外的水体进入箱体内的其它构件中；通过充气泵连接充气管为气垫充气使之保持一定的压力，以支撑滑动板并显著降低滑动板受到的摩擦阻力。

开始测量时，在床面挖出一个坑洞，大小与箱体匹配，将箱体设置在床面坑洞内，滑动板表面与床面平齐；充气泵通过充气管向气垫内充气，对滑动板形成支撑，滑动板上均匀固定待试验泥沙，水流流过待试验泥沙，随着水流切应力达到底床泥沙起动的临界切应力，滑动板表面的待试验泥沙发生运动，同时带动滑动板滑动，此时应变片发生变形，由于气垫的减阻作用，应变片反应出的应力即可等同于实际泥沙起动时受到的切应力，应变片将应力变化反映为电信号通过导线传递至电脑，电脑实时记录泥沙起动临界状态时的切应力变化过程和特征，完成此次测量。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种气垫式底沙起动切应力测量装置，其特征在于：包括箱体，在箱体的顶部开口端覆设滑动板，滑动板上放置待试验泥沙；箱体内通过支撑板将其在垂直方向分成两个空腔部分，滑动板与支撑板之间的空腔部分设置应变片，将滑动板与支撑板之间的空腔部分在水平方向上再分成两个小空腔，应变片同时与滑动板、支撑板垂直连接；由应变片分成的两个小空腔内均安设可充气的气垫，气垫对滑动板形成支撑；应变片通过连接线与电脑相连通。

2.根据权利要求1所述的气垫式底沙起动切应力测量装置，其特征在于：前述的气垫通过充气管与充气泵连通。

3.根据权利要求1所述的气垫式底沙起动切应力测量装置，其特征在于：箱体采用木质材料制成，支撑板采用不锈钢材料制成。

4.根据权利要求2所述的气垫式底沙起动切应力测量装置，其特征在于：充气管采用塑胶材料制成，两端分别连接充气泵和气垫。

5.根据权利要求1所述的气垫式底沙起动切应力测量装置，其特征在于：滑动板与箱体之间的连接缝隙采用密封胶填充，前述的密封胶为玻璃胶。

6.根据权利要求1所述的气垫式底沙起动切应力测量装置，其特征在于：应变片通过电线与电脑连通。

7.一种采用气垫式底沙起动切应力测量装置进行测量的方法，其特征在于：包括以下步骤：

组装装置，在木质材料做成的箱体开口端安装用于放置待试验泥沙的滑动板，箱体内安装支撑板，支撑板将箱体内空间分成上下两个空腔部分，在上部分的空腔部分内安装与支撑板垂直的应变片，应变片将上部分的空腔部分分成两个小空腔，在两个小空腔内分别设置气垫，气垫通过充气管与设置在岸上的充气泵连通，应变片通过导线与电脑连通；

测量准备，在床面挖出一个坑洞，大小与箱体匹配，将箱体设置在床面坑洞内，滑动板表面与床面平齐；

开始测量，充气泵通过充气管向气垫内充气，对滑动板形成支撑，滑动板上均匀固定待试验泥沙，水流流过待试验泥沙，随着水流切应力达到底床泥沙起动的临界切应力，滑动板表面的待试验泥沙发生运动，同时带动滑动板滑动，由于应变片同时与滑动板、支撑板垂直连接，此时应变片发生变形，由于气垫的减阻作用，应变片反应出的应力即可等同于实际泥沙起动时受到的切应力，应变片将应力变化反映为电信号通过导线传递至电脑，电脑实时记录泥沙起动临界状态时的切应力变化过程和特征。