CN111307414A - 一种模拟阵发性洪水沉积过程的水槽实验装置及实验方法 - Google Patents

一种模拟阵发性洪水沉积过程的水槽实验装置及实验方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111307414A
CN111307414A CN202010309122.4A CN202010309122A CN111307414A CN 111307414 A CN111307414 A CN 111307414A CN 202010309122 A CN202010309122 A CN 202010309122A CN 111307414 A CN111307414 A CN 111307414A
Authority
CN
China
Prior art keywords
water tank
water
flood
sediment
tank box
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010309122.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111307414B (zh
Inventor
高崇龙
任影
靳军
王剑
罗正江
刘雨晨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northeast Petroleum University
Original Assignee
Northeast Petroleum University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northeast Petroleum University filed Critical Northeast Petroleum University
Priority to CN202010309122.4A priority Critical patent/CN111307414B/zh
Publication of CN111307414A publication Critical patent/CN111307414A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111307414B publication Critical patent/CN111307414B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M10/00Hydrodynamic testing; Arrangements in or on ship-testing tanks or water tunnels
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • GPHYSICS
    • G09EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09BEDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B9/00Simulators for teaching or training purposes

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Educational Technology (AREA)
  • Educational Administration (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)

Abstract

本发明涉及的是一种模拟阵发性洪水沉积过程的水槽实验装置及实验方法,其中模拟阵发性洪水沉积过程的水槽实验装置包括沉积区机构、控制区机构和数据采集区机构;沉积区机构包括水槽箱、渗排水系统、照明系统、拍摄系统、扫描系统,水槽箱有透明玻璃板,水槽箱底部安装有网格化的塑料渗水板,可充填不同粒度碎屑物,各网格四面均设置网孔;在水槽箱一角设置洪水流体入口,洪水流体入口连接控制区机构的输送通道末端,在水槽箱内部洪水流体入口角处两翼安装可移动不锈钢侧板,自动坡度可调节装置通过坡度调整支板调节水槽箱的坡度。本发明集多种实验过程于一身,能够模拟多样化且复杂的洪水沉积过程,通过调配流体性质可模拟多种类型的洪水过程。

Description

一种模拟阵发性洪水沉积过程的水槽实验装置及实验方法
一、技术领域
本发明涉及沉积学和石油地质学研究领域中模拟各类受山前阵发性洪水控制的陆相沉积体系(主要为冲积扇和河流体系)的沉积演化过程及其所形成的油气储层构型模式的室内水槽实验装置,具体涵盖洪水在不同流体条件及外部条件下的沉积地貌动力学差异及其内部沉积特征差异的对比模拟方法,具体涉及的是一种模拟阵发性洪水沉积过程的水槽实验装置及实验方法。
二、背景技术:
近年来,随着油气资源、矿产资源及水资源的勘探开发、土木工程、地质灾害预防等方面需求的日益增长,山前受阵发性洪水控制的陆相沉积体系(如冲积扇及辫状河等)研究热度不断增加。但由于洪水作用过程往往具有瞬时性、灾难性和随机性,难以实时观测,同时洪水多变的沉积物负载条件和水动力条件也使得数值模拟方法难以匹配自然界真实的沉积过程,因此针对阵发性洪水沉积地貌动力学演化及其沉积产物的认识极为有限,严重制约了沉积学理论的发展和油气资源的勘探与开发。
阵发性洪水从流体性质上可区分为泥石流和牵引流两大类,其中泥石流为一种泥级到砾级碎屑高度混杂的黏性非牛顿流体,而牵引流为典型的水携型牛顿流体。但不同期次形成的阵发性洪水及单期次阵发性洪水在向下游迁移过程中洪水条件(如流体性质、洪水流量及沉积物负载量等)必然会产生显著变化。此外,在不同的地质背景下(如不同的地形坡度、地貌限制程度及基底性质等),洪水的沉积过程及流态也会存在巨大差异。因此有必要对阵发性洪水在不同流体条件及外部条件下的沉积地貌演化差异及其沉积产物差异进行深入研究。而水槽模拟实验是直观分析沉积流体演化的最有效手段,但目前国内外尚未有室内水槽实验装置能够实现针对阵发性洪水的流体参数和外部地质条件参数同时可控的沉积过程模拟。
基于沉积学理论的发展及地下油气资源勘探开发的需要,针对阵发性洪水沉积地貌演化过程的水槽实验模拟装置及模拟技术方法显得愈发迫切和重要。
三、发明内容:
本发明的一个目的是提供一种模拟阵发性洪水沉积过程的水槽实验装置,这种模拟阵发性洪水沉积过程的水槽实验装置用于模拟不同流体性质的洪水及模拟同种流体性质但不同流体条件下洪水的沉积演化特征,以及对比模拟不同外部条件下,相同或不同流体性质和流体条件的洪水沉积过程差异,并实现模拟过程的可视化及可控化,本发明的另一个目的是提供这种模拟阵发性洪水沉积过程的水槽实验装置的实验方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:这种模拟阵发性洪水沉积过程的水槽实验装置包括沉积区机构、控制区机构和数据采集区机构;沉积区机构包括水槽箱、渗排水系统、照明系统、拍摄系统、扫描系统,水槽箱为方形敞口槽,其侧面为透明玻璃板,水槽箱底部安装有塑料渗水板,塑料渗水板为网格化的,塑料渗水板具有一定厚度以使其内部具有可充填不同粒度碎屑物的空间,塑料渗水板底面密封,各网格四面均设置网孔,各网格之间通过网孔连通,使得塑料渗水板四周侧向渗水;在水槽箱一角设置洪水流体入口,洪水流体入口连接控制区机构的输送通道末端,在水槽箱内部洪水流体入口角处两翼安装可移动不锈钢侧板,塑料渗水板下面设置坡度调整支板,坡度调整支板置于沉积区支架上,坡度调整支板远离洪水流体入口的一侧与沉积区支架活动连接,自动坡度可调节装置通过坡度调整支板调节水槽箱的坡度;渗排水系统由环绕加装在水槽箱外侧的不锈钢导水槽及排水口构成,不锈钢导水槽与塑料渗水板接触一侧通过网孔相通,水槽箱洪水流体入口的对角线方向设置导水槽的出水口;照明系统和拍摄系统均加装在水槽箱四面和顶部,扫描系统包括三维激光扫描仪、扫描支架、滑轮,扫描支架安装在水槽箱上端口处,扫描支架顶部设置滑轮槽,滑轮位于滑轮槽内,三维激光扫描仪通过滑轮设置于扫描支架内;拍摄系统、激光扫描仪均通过数据线连接数据采集区机构中的计算机;
控制区机构包括注水通道、水泵、锥形沉积物注入口、砂泵、输送通道、流量控制系统,流量控制系统通过数据线与数据采集区机构中的计算机相连。
上述方案中注水通道、输送通道及锥形沉积物注入口均由不锈钢制作,其中沉积物注入口及其匹配的输送通道应位于注水通道下游方向;进入水槽箱的输送通道末端安装于塑料渗水板及不锈钢导水槽上部;水流和沉积物分别由水泵和砂泵压入输送通道内,产生输送动力;流量控制系统分为沉积物注入流量控制装置、进水流量控制装置及输出流量控制装置三部分,沉积物注入流量控制装置、进水流量控制装置及输出流量控制装置均由电子流量计和智能阀门控制器构成。
上述方案中塑料渗水板的网格为边长为10cm的方格。
上述方案中照明系统采用单点光源LED大灯,拍摄系统采用单反数码相机构成,单点光源和数码相机均配备有可调节支架,可调节支架包括支杆、调节套筒、横杆、固定模具及滑动槽。
上述模拟阵发性洪水沉积过程的水槽实验装置的实验方法:
实验准备阶段,将水槽箱底部塑料渗水板内充填满不同粒度的石英砂或粘土物质,使其表面平整,并根据需要将水槽箱底部调整到所需坡度,将水槽箱内部可移动不锈钢侧板调整至所需夹角大小;根据实验所要模拟的对象,准备不同粒级的碎屑沉积物,并按一定比例进行配比以达到符合所要模拟的洪水碎屑物质条件;
实验过程阶段,将所配好的碎屑沉积物倒入锥形沉积物注入口,同时接通注水通道的自来水供应,开启水泵、砂泵和沉积物注入口处及注水通道处的智能阀门和电子流量计,根据实验需要,设置智能阀门开启大小,监控电子流量计读数,调整水流流量与沉积物注入流量的大小及其比值以达到实验所需条件,待流水与碎屑沉积物在输送通道内部充分混合后,设置进入沉积区机构水槽箱的输送通道末端智能阀门的开启大小,以及监控电子流量计读数,使所模拟的洪水流体以特定的流量大小进入水槽箱内部发生沉积作用;在确保足够量的流水供应和沉积物供应条件下不断改变四个参数,即沉积物注入流量、注水流量、模拟洪水流体的总流量及洪水流体持续时间,进而模拟洪水在不同流体条件下的沉积地貌差异演化过程;并选择连续式拍摄视频或间断式拍摄照片记录实验过程和结果。
实验完成后,首先停止水流及沉积物的供给,待水槽箱沉积体内部多余流水排出后,用喷壶对所形成的沉积体喷洒定型试剂,并用水槽箱上部的三维激光扫描仪进行整体扫描获取三维数据信息,之后对沉积体进行切片,观察拍摄其内部的沉积特征和构型模式,并对整个实验结果和数据进行处理、记录和分析。
上述方案中实验过程阶段,实时改变水槽箱内部可移动不锈钢侧板夹角和水槽箱底部自动坡度调节装置的坡度大小,模拟在不同外部条件即不同地形坡度和地貌限制程度下洪水的沉积过程差异。
上述方案中实验过程阶段,多次改变水槽箱底部塑料渗水板内所充填的石英砂粒度大小、石英砂及粘土分布面积,模拟不同外部基底性质下洪水的沉积过程差异。
本发明具有以下有益效果:
1、本发明提供了能够在室内条件下,通过参考实际地质情况,模拟不同流体条件和外部条件下阵发性洪水沉积地貌演化过程及其沉积特征的水槽实验装置,克服了野外地质条件下分析洪水沉积过程的局限性,可更为全面且直观的展示阵发性洪水的沉积过程和内部沉积构型特征。
2、本发明能够集多种实验过程于一身,能够模拟多样化且复杂的洪水沉积过程,通过调配流体性质可模拟多种类型的洪水过程,如泥石流流态及牵引流流态的洪水,同时在一次实验过程中可通过连续改变流水和沉积物的注入量、流体总量、坡度、水流限制条件及基底性质(渗水板内部充填物),独立或综合研究不同流体条件及外部条件变化下洪水沉积过程的差异,使实验材料利用率提高,并节约了实验时间,有效降低实验成本,减少占用空间,并可根据实际需要加装设备,具有经济性及多功能性的特点。
3、本发明能够将实验过程及实验结果进行数字化信息采集,比如可提供模拟洪水流量的大小、沉积物粒度大小、沉积物流量及水流量比值、模拟洪水的持续时间、模拟洪水所形成的沉积体大小及形态、地形坡度、地貌限制开口角度、基底粗糙度等信息,并结合三维激光扫描和切片技术进行地质体的三维数字化建模,克服了传统水槽实验定性研究的局限性,可为科学研究提供大量数据基础。
四、附图说明
图1为本发明的平面结构示意图。
图2为本发明的侧面结构示意图。
图中:Ⅰ 沉积区机构;Ⅱ 控制区机构;Ⅲ 数据采集区机构;1水槽箱;2 LED照明灯;3单反数码相机;4可移动不锈钢侧板;5不锈钢导水槽;6 排水口;7自动坡度调节装置;8坡度调整支板;9沉积区支架; 10塑料渗水板; 11水槽箱格架;12三维激光扫描仪;13扫描仪支架; 14注水通道;15水泵;16输送通道;17智能阀门控制器;18电子流量计;19锥形沉积物注入口; 20砂泵; 21控制区支架;22输送通道末端方向调节轴; 23数据线;24计算机。
五、具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明:
结合图1、图2所示,这种模拟阵发性洪水沉积过程的水槽实验装置包括沉积区机构Ⅰ、控制区机构Ⅱ及数据采集区机构Ⅲ三大部分。
沉积区机构为记录所模拟洪水发生沉积作用的区域,沉积区机构包括水槽箱1、渗排水系统、照明系统、拍摄系统、扫描系统,其中水槽箱1构成如图2所示,水槽箱1为方形敞口槽,其侧面为透明玻璃板,水槽箱格架11由不锈钢打造,四个侧面由透明玻璃加封,底部由网格化的塑料渗水板10构成。塑料渗水板10要具有一定厚度,使其内部可充填不同粒度碎屑物或不同材料的物质,用以模拟不同基底性质或不同地形粗糙度对洪水流体沉积作用产生的影响。环渗水板外侧加装一周不锈钢导水槽5,不锈钢导水槽5与渗水板10相通,使得渗水板内的水可经导水槽排出。整个水槽箱1和导水槽放置于一加装自动坡度调节装置7的坡度调整支板8上,坡度可调范围在0-30°之间。坡度调整支板置于支架上,坡度调整支板8远离洪水流体入口的一侧与支架活动连接,输送通道设置输送通道末端方向调节轴22,以适应水槽箱1坡度的调节,当不需要坡度进行实验时整个沉积区模块将受沉积区支架9支撑,沉积区支架9为不锈钢支架。此外,水槽箱1顶部加装可拆卸并带有滑轮槽的扫描仪支架13,用以实验沉积体形成后在水槽箱1顶部不同部位滑动三维激光扫描仪12对其进行扫描获取建模数据,但在实验过程中可临时拆下以便顶部单反数码相机3的拍摄。如图1所示,水槽箱底部塑料渗水板10进行网格化的目的是使实验形成的沉积体具有参考系和标尺,以便记录和分析。同时在沉积区模拟的洪水流入口加装可移动不锈钢侧板4,侧板夹角大小调整范围为0-90°,侧板长度不超过水槽箱体长度(宽度)的一半。如图1和图2所示,沉积区模块照明系统和拍摄系统的LED照明灯2和单反数码相机3分别用支架固定于水槽箱1的四周和顶部,并调整照明角度和高度,使得整个水槽内部或沉积体不形成阴影区,同时调整相机角度和高度,使得整个水槽箱在拍摄视域内且不存在死角,并将数码相机与数据采集区机构内计算机24相连,可实时拍照和录像。此外,如图1所示,渗入导水槽内部的水要在实验过程中确保可顺利从排水口6排出,防止排水不畅造成水槽箱内部形成积水。
控制区机构为调整实验所模拟洪水的性质及其流体条件的部位,如图2所示,包括注水通道14、水泵15、锥形沉积物注入口19、砂泵20、输送通道16及流量控制系统。其中流量控制系统由智能阀门控制器17和电子流量计18所组成。实验过程中,开启砂泵20,将配好的沉积物由锥形沉积物注入口19注入,同时经注水通道14注入自来水,开启水泵15,并根据实验预设条件监控各注入通道部位的电子流量计18,通过调整智能阀门控制器17达到实验所需特定的沉积物注入流量与自来水注入流量比值。特别地,沉积物和流水混合后在进入沉积区水槽箱之前要在输送通道16内要充分混合,因此输送通道的长度要适当,至少保证在1m以上。在所模拟的洪水进入沉积区之前同样要监控输送通道末端的电子流量计,并根据实验所需调整智能阀门,使得所模拟的洪水流体以特定的流量大小进入沉积区发生沉积作用。在实验过程中,各智能阀门可独立工作,即可模拟某一特定流量条件(如沉积物注入流量、自来水供给流量及模拟的洪水总流量)独立变化所产生的影响。此外,由于实验所模拟的是阵发性洪水作用,因此在所模拟的洪水性质及流体条件调整达到预设实验条件后,通过输送通道末端智能阀门的开启和闭合时间控制所模拟洪水的持续时间。控制区的电子流量计18和智能阀门控制器17与数据采集区机构内的计算机24相连,达到实时监测实时调控的效果,同时在实验过程中也能达到精确记录的目的。
数据采集区机构主要为电子计算机24,同时还要配套与沉积区机构内的单反数码相机3、三维激光扫描仪12及控制区机构内的电子流量计18和智能阀门控制器17相连的数据线23等硬件设备和相关流量监控软件系统。由于实验过程可能具有重复性,数据处理量较大,因此计算机内存储空间和运算能力要相对较强。
本装置的具体工作过程为:
首先实验准备阶段,根据实验模拟需要将水槽箱底部渗水板内充填满不同粒度的石英砂或粘土物质,并使其表面平整或存在一定起伏,并根据需要将水槽箱底部自动坡度调节装置调整到所需坡度,同时将水槽箱内部可移动不锈钢侧板调整至所需夹角大小。根据实验目的和需要,或参考实际洪水沉积物组分特征,完成实验所需沉积物的调配,准备不同粒级的碎屑沉积物(包括砾级、砂级和泥级),并按一定比例进行配比以达到符合所要模拟的洪水物质条件。主要原材料以不同粒径的石英砂、砾石和粘土为主,并使各组分比例达到实验预设流体类型(如泥石流或牵引流)所需的不同粒级碎屑物质比例。根据所选择的实验模拟洪水流体类型,即泥石流态或牵引流态洪水,计算沉积物流量与水流量的比值范围,确定实验过程中沉积物流量和供水流量变化值域。同时参考自然界实际阵发性洪水持续时间和洪水流量,进行等比例缩小,确定进入水槽箱内所模拟洪水的总流量大小范围和实验时间。此外,根据实验需要确定模拟地形坡度、洪水沉积区地貌限制条件(即确定水槽箱内部可移动侧板间夹角)及沉积基底性质(即在水槽箱底部塑料渗水板内部充填不同碎屑物,可控制渗水速率和表面粗糙度)。将实验所需各仪器设备(包括LED照明大灯、单反数码相机、电子流量计、智能阀门)通电,并与具有监控和数据采集功能的计算机相联通,确保各仪器设备处于有效工作状态,但将智能阀门处于关闭状态。此外,接通进水口处的自来水供应,调试水泵及砂泵,并将排水口与下水道相同,确保水流及沉积物的流入与下渗水排出的畅通。
第二步,待各实验设备即实验条件就绪后,将所配比好的沉积物倒入锥形沉积物注入口,接通注水通道的自来水供应,开启水泵、砂泵和沉积物注入口处及注水通道处的智能阀门和电子流量计,调整各阀门开启大小直至电子流量计读数达到预设值。待流水与注入的碎屑沉积物在输送通道内部充分混合后,设置进入水槽箱的输送通道末端智能阀门开启大小,监控电子流量计读数,使所模拟的洪水流体以特定的流量大小进入水槽箱内部发生沉积作用。调整过程中会有部分流体进入沉积区发生沉积,这部分沉积体可及时人工去除也可忽略。待各流体条件达到预设之后可开始进行实验并进行拍摄和记录。实验过程中,可根据实验方案实时监控和调整各流量变化、可移动侧板夹角变化及坡度变化,观察实验效果。在确保足够量的流水供应和沉积物供应条件下可不断改变四个参数,即沉积物注入流量(Q1)、注水流量(Q2)、模拟洪水流体的总流量(Q3)及洪水流体持续时间(T,通过设置进入水槽箱的输送通道末端处智能阀门的开启及关闭间隔时长控制),进而达到模拟洪水在不同流体条件下沉积地貌差异演化过程的目的。此外,实验过程中也可实时改变水槽箱内部移动侧板的夹角和水槽箱底部自动坡度调节装置的坡度大小从而模拟在不同外部条件下洪水的沉积过程差异。并可设计多次实验分别改变水槽箱底部塑料渗水板内所充填的物质进而模拟不同外部基底性质下洪水的沉积过程差异。实验可选择连续式拍摄视频或间断式拍摄照片记录实验过程和结果。当实验达到预期效果或时间设定后,确定实验完成,关闭各处阀门和水泵、砂泵。
第三步,实验流程结束后,将沉积区机构水槽箱内部的沉积体放置一段时间,待其内部多余水分下渗排出后,将坡度调整至水平,在水槽箱上部加装三维激光扫描仪及其支架,进行整个沉积体的三维扫描数据采集。三维扫描结束后,可使用喷壶对沉积体喷洒定形试剂,待其风干后可进行切片观察并拍摄其内部沉积构型特征。
第四步,待整个实验完成后,可将水槽箱内沉积体移除,并对水槽箱及各实验设备进行清洗。然后可将各拍摄数据、流体数据、流量数据及扫描数据等进行整理,进行整个沉积体的三维建模,并将其沉积地貌演化过程进行照片或录像合成,分析各实验数据。
水箱槽物理模拟实验可作为再现和剖析阵发性洪水沉积过程最为有效的技术手段,其不仅具备可视化详细记录和模拟洪水瞬时演化特征的能力,同时也可进行平面或剖面2D及3D的扫描和系统切片,进而为构建阵发性洪水成因的地下油气储层沉积体地质模型提供严谨的数据支撑。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围内。本领域普通技术人员可以理解,在不背离所附权力要求定义的本发明的精神和范围的情况下,可以在形式和细节中做出各种各样的修改和调整。

Claims (7)

1.一种模拟阵发性洪水沉积过程的水槽实验装置,其特征在于:这种模拟阵发性洪水沉积过程的水槽实验装置包括沉积区机构(Ⅰ)、控制区机构(Ⅱ)和数据采集区机构(Ⅲ);沉积区机构包括水槽箱(1)、渗排水系统、照明系统、拍摄系统、扫描系统,水槽箱(1)为方形敞口槽,其侧面为透明玻璃板,水槽箱(1)底部安装有塑料渗水板(10),塑料渗水板(10)为网格化的,塑料渗水板(10)具有一定厚度以使其内部具有可充填不同粒度碎屑物的空间,塑料渗水板(10)底面密封,各网格四面均设置网孔,各网格之间通过网孔连通,使得塑料渗水板(10)四周侧向渗水;在水槽箱(1)一角设置入口,入口连接控制区机构的输送通道末端,在水槽箱内部该入口角处两翼安装可移动不锈钢侧板(4),塑料渗水板(10)下面设置坡度调整支板(8),坡度调整支板(8)置于支架上,坡度调整支板远离入口的一侧与支架活动连接,自动坡度可调节装置(7)通过坡度调整支板(8)调节水槽箱(1)的坡度;渗排水系统由环绕加装在水槽箱(1)外侧的不锈钢导水槽(5)及排水口(6)构成,不锈钢导水槽(5)与塑料渗水板(10)接触一侧通过网孔相通,水槽箱(1)入口的对角线方向设置导水槽的出水口;照明系统分布在和拍摄系统均加装在水槽箱四面和顶部,扫描系统包括三维激光扫描仪(12)、扫描支架(13)、滑轮,扫描支架(13)安装在水槽箱(1)上端口处,扫描支架(13)顶部设置滑轮槽,滑轮位于滑轮槽内,三维激光扫描仪(12)通过滑轮设置于扫描支架(13)内;拍摄系统、激光扫描仪均通过数据线连接数据采集区机构中的计算机;
控制区机构包括注水通道(14)、水泵(15)、锥形沉积物注入口(19)、砂泵(20)、输送通道(16)、流量控制系统,流量控制系统通过数据线(23)与数据采集区机构中的计算机(24)相连。
2.根据权利要求1所述的模拟阵发性洪水沉积过程的水槽实验装置,其特征在于:所述的注水通道(14)、输送通道(16)及锥形沉积物注入口(19)均由不锈钢制作,其中沉积物注入口及其匹配的输送通道应位于注水通道下游方向;进入水槽箱(1)的输送通道末端安装于塑料渗水板(10)及不锈钢导水槽(5)上部;水流和沉积物分别由水泵(15)和砂泵(20)压入输送通道(16)内,产生输送动力;流量控制系统分为沉积物注入流量控制装置、进水流量控制装置及输出流量控制装置三部分,沉积物注入流量控制装置、进水流量控制装置及输出流量控制装置均由电子流量计(18)和智能阀门控制器(17)构成。
3.根据权利要求2所述的模拟阵发性洪水沉积过程的水槽实验装置,其特征在于:所述的塑料渗水板(10)的网格为边长为10cm的方格。
4.根据权利要求3所述的模拟阵发性洪水沉积过程的水槽实验装置,其特征在于:所述的照明系统采用单点光源LED照明灯(2),拍摄系统采用单反数码相机(3)构成,单点光源和数码相机均配备有可调节支架,可调节支架包括支杆、调节套筒、横杆、固定模具及滑动槽。
5.一种权利要求1或2或3或4所述的模拟阵发性洪水沉积过程的水槽实验装置的实验方法,其特征在于:
实验准备阶段,将水槽箱底部塑料渗水板(10)内充填满不同粒度的石英砂或粘土物质,使其表面平整,并根据需要将水槽箱底部调整到所需坡度,将水槽箱内部可移动不锈钢侧板(4)调整至所需夹角大小;根据实验所要模拟的对象,准备不同粒级的碎屑沉积物,并按一定比例进行配比以达到符合所要模拟的洪水物质条件;
实验过程阶段,将所配好的碎屑沉积物倒入锥形沉积物注入口(19),同时接通注水通道(14)的自来水供应,开启水泵(15)、砂泵(20)和沉积物注入口(19)处及注水通道处的智能阀门和电子流量计(18),根据实验需要,设置智能阀门开启大小,监控电子流量计(18)读数,调整水流流量与沉积物注入流量的大小及其比值以达到实验所需条件,待流水与碎屑沉积物在输送通道(16)内部充分混合后,设置进入沉积区水槽箱的输送通道末端智能阀门开启大小,以及监控电子流量计(18)读数,使所模拟的洪水流体以特定的流量大小进入水槽箱内部发生沉积作用;在确保足够量的流水供应和沉积物供应条件下不断改变四个参数,沉积物注入流量、注水流量、模拟洪水流体的总流量及洪水流体持续时间,达到模拟不同洪水流体条件下其沉积地貌演化过程差异的目的;选择连续式拍摄视频或间断式拍摄照片记录实验过程和结果;
实验完成后,首先停止水流及沉积物的供给,待水槽箱沉积体内部多余流水排出后,用喷壶对所形成的沉积体喷洒定型试剂,并用水槽箱上部的三维激光扫描仪进行整体扫描获取三维数据信息,之后对沉积体进行切片,观察拍摄其内部的沉积特征和构型模式,并对整个实验结果和数据进行处理、记录和分析。
6.根据权利要求5所述的模拟阵发性洪水沉积过程的水槽实验装置的实验方法,其特征在于:所述的实验过程阶段,实时改变水槽箱(1)内部可移动不锈钢侧板(4)夹角和水槽箱(1)底部自动坡度调节装置(7)的坡度大小,模拟在不同外部条件即不同地形坡度和地貌限制程度下洪水的沉积过程差异。
7.根据权利要求5所述的模拟阵发性洪水沉积过程的水槽实验装置的实验方法,其特征在于:所述的实验过程阶段,多次改变水槽箱(1)底部塑料渗水板(10)内所充填的石英砂粒度大小、石英砂及粘土分布面积,模拟不同外部基底性质下洪水的沉积过程差异。
CN202010309122.4A 2020-04-19 2020-04-19 一种模拟阵发性洪水沉积过程的水槽实验装置及实验方法 Active CN111307414B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010309122.4A CN111307414B (zh) 2020-04-19 2020-04-19 一种模拟阵发性洪水沉积过程的水槽实验装置及实验方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010309122.4A CN111307414B (zh) 2020-04-19 2020-04-19 一种模拟阵发性洪水沉积过程的水槽实验装置及实验方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111307414A true CN111307414A (zh) 2020-06-19
CN111307414B CN111307414B (zh) 2020-11-20

Family

ID=71146417

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010309122.4A Active CN111307414B (zh) 2020-04-19 2020-04-19 一种模拟阵发性洪水沉积过程的水槽实验装置及实验方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111307414B (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112697391A (zh) * 2020-12-15 2021-04-23 上海交通大学 一种观测旋转水槽内的水下碎屑流形态的实验装置
CN113314013A (zh) * 2021-05-17 2021-08-27 武汉大学 一种洪水入侵地下空间沿可变坡度楼梯逃生的试验装置及试验方法
CN113870675A (zh) * 2020-06-30 2021-12-31 中国石油化工股份有限公司 一种陆相河流沉积体系模拟装置及方法
CN114563160A (zh) * 2022-01-30 2022-05-31 浙江大学 减速浊流中悬移泥沙沉积结构的观测装置及方法
CN115346426A (zh) * 2022-07-13 2022-11-15 中国地质大学(北京) 一种用于模拟粗碎屑在扇三角洲沉积特征的水槽实验装置
CN115880984A (zh) * 2022-12-02 2023-03-31 中国石油大学(华东) 一种水槽模拟装置及模拟方法
CN117116131A (zh) * 2023-10-23 2023-11-24 西南交通大学 一种洪水入侵地下空间人群疏散模拟实验装置及方法
CN118130751A (zh) * 2024-01-10 2024-06-04 湖北省疾病预防控制中心(湖北省预防医学科学院) 一种智能化模拟水沙环境的毒理实验设备及方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109781965A (zh) * 2019-03-07 2019-05-21 河南理工大学 一种多功能动态沉积水槽试验装置及使用方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109781965A (zh) * 2019-03-07 2019-05-21 河南理工大学 一种多功能动态沉积水槽试验装置及使用方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王俊辉 等: "三角洲沉积的物理模拟", 《石油与天然气地质》 *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113870675A (zh) * 2020-06-30 2021-12-31 中国石油化工股份有限公司 一种陆相河流沉积体系模拟装置及方法
CN113870675B (zh) * 2020-06-30 2024-02-23 中国石油化工股份有限公司 一种陆相河流沉积体系模拟装置及方法
CN112697391A (zh) * 2020-12-15 2021-04-23 上海交通大学 一种观测旋转水槽内的水下碎屑流形态的实验装置
CN113314013A (zh) * 2021-05-17 2021-08-27 武汉大学 一种洪水入侵地下空间沿可变坡度楼梯逃生的试验装置及试验方法
CN113314013B (zh) * 2021-05-17 2022-03-04 武汉大学 一种洪水入侵地下空间沿可变坡度楼梯逃生的试验装置及试验方法
CN114563160A (zh) * 2022-01-30 2022-05-31 浙江大学 减速浊流中悬移泥沙沉积结构的观测装置及方法
CN115346426A (zh) * 2022-07-13 2022-11-15 中国地质大学(北京) 一种用于模拟粗碎屑在扇三角洲沉积特征的水槽实验装置
CN115346426B (zh) * 2022-07-13 2023-11-14 中国地质大学(北京) 一种用于模拟粗碎屑在扇三角洲沉积特征的水槽实验装置
CN115880984A (zh) * 2022-12-02 2023-03-31 中国石油大学(华东) 一种水槽模拟装置及模拟方法
CN117116131A (zh) * 2023-10-23 2023-11-24 西南交通大学 一种洪水入侵地下空间人群疏散模拟实验装置及方法
CN117116131B (zh) * 2023-10-23 2024-01-05 西南交通大学 一种洪水入侵地下空间人群疏散模拟实验装置及方法
CN118130751A (zh) * 2024-01-10 2024-06-04 湖北省疾病预防控制中心(湖北省预防医学科学院) 一种智能化模拟水沙环境的毒理实验设备及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111307414B (zh) 2020-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111307414B (zh) 一种模拟阵发性洪水沉积过程的水槽实验装置及实验方法
CN105572319B (zh) 一种水力诱导覆盖型岩溶塌陷模拟试验装置及使用方法
Winterwerp et al. Hyperconcentrated sand-water mixture flows over erodible bed
CN108760972B (zh) Y型交汇河道污染物输移掺混模拟实验装置及试验方法
CN105679167B (zh) 一种新型泥石流物源溃坝实验水槽装置及其实现方法
US7640792B2 (en) Percolation testing apparatus and methods
CN108362858A (zh) 一种模拟黄土地区土壤侵蚀特性的实验装置与方法
CN104480896B (zh) 一种分层水库温差-泥沙耦合异重流模拟试验装置与方法
CN106644385B (zh) 一种地表水与地下水潜流交换自循环试验装置及使用方法
CN108827862B (zh) 一种潮沟边壁侵蚀物理实验系统及方法
CN208706080U (zh) 一种滨海地区海水入侵过程的模拟装置
Weitbrecht Influence of dead-water zones on the dispersive mass transport in rivers
CN107741442B (zh) 岛礁地下淡水模拟装置及方法
CN105444987B (zh) 一种基于高清摄影的薄层水流滚波测量系统与方法
CN113870675B (zh) 一种陆相河流沉积体系模拟装置及方法
CN111305284B (zh) 一种基于透明土的桥梁桩基冲刷模型试验装置及方法
CN109030312A (zh) 一种测试多孔介质内孔隙液体流动特性的装置及试验方法
CN104032704A (zh) 含漂浮植物河道的模拟系统、水流阻力计算方法及装置
CN103743879A (zh) 突发污染事件下污染物迁移的实验模拟操作方法
Wang et al. Flume tank study of surface morphology and stratigraphy of a fan delta
CN113959925A (zh) 生态透水铺装工作模拟装置及模拟方法
CN207894927U (zh) 模拟含植物河床的实验装置
CN115014702B (zh) 一种量化水生生物运动行为对水质生态修复效果扰动规律的装置及方法
CN115791532A (zh) 一种用于模拟喀斯特地区土壤微塑料迁移的装置
CN115162259A (zh) 一种移动式水下分层吹填施工室内模拟装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant