CN111665124B - 一种地下泥沙冲刷模型实验装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地下泥沙冲刷模型实验装置，包括水平底板，水平底板顶部的右侧固定连接有竖直支撑板，竖直支撑板的顶部固定连接有水平顶板，水平顶板的一侧固定连接有调节电机箱，调节电机箱内壁的顶部通过电机座固定连接有调节电动机，本发明涉及沙模型实验技术领域。该地下泥沙冲刷模型实验装置和方法，使得实验时能够通过喷头向定型框中堆积的泥沙进行冲刷，并且直接通过收集框收集被过滤板过滤的细沙，过滤板的顶部能够有效的收集粗沙，装置整体方便对单位时间内收集的粗细沙重量进行测量，进而根据数据判断出在一定规模水流冲刷下地下泥沙中粗细沙的分离率和渗透率，模型整体操作逻辑清晰，方便工作人员操作。

Description

一种地下泥沙冲刷模型实验装置和方法

技术领域

本发明涉及泥沙模型实验技术领域，具体为一种地下泥沙冲刷模型实验装置和方法。

背景技术

泥沙是天然水流中所挟带的固体颗粒。主要来源于流域内水流对地表物质的侵蚀，包括风蚀，在入海河流的河口段还有沿岸海流涨潮时带入的泥沙，根据泥沙运动情况，可将泥沙区分为推移质、跃移质和悬移质。由于跃移质是推移质和悬移质之间的物质，因此有时把跃移质合并在推移质中，而只将泥沙区分为推移质和悬移质两种。悬移质是泥沙运动的重要方式，引起泥沙悬浮的主要因素是紊动作用。悬移质运动的形式是随水漂流。悬移质运动时受到两种力的作用：一是重力，使泥沙向河底沉降；另一是水流推动力,使泥沙沿河向下游运动。泥沙向下游运动的速度与水流速度有关，泥沙输送量可间接代表泥沙向下游运动的速度，流量越大，可带走的泥沙量也越多。

地下泥沙是地质原因沉积形成，常年经受地下暗流的冲刷，在建设公路和楼宇时，流动的地下泥沙往往会直接威胁到人工建筑的安全，地下泥沙被冲刷时，内部的细沙和粗沙分离，移动速度不同，细沙被冲散后，向下层渗透，粗沙仍然能够滞留在表层，因此需要一种装置和方法对地下泥沙的冲刷进行建模测试。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种地下泥沙冲刷模型实验装置和方法，解决了地下泥沙是地质原因沉积形成，常年经受地下暗流的冲刷，在建设公路和楼宇时，流动的地下泥沙往往会直接威胁到人工建筑的安全，地下泥沙被冲刷时，内部的细沙和粗沙分离，移动速度不同，细沙被冲散后，向下层渗透，粗沙仍然能够滞留在表层的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种地下泥沙冲刷模型实验装置，包括水平底板，所述水平底板顶部的右侧固定连接有竖直支撑板，所述竖直支撑板的顶部固定连接有水平顶板，所述水平顶板的一侧固定连接有调节电机箱，所述调节电机箱内壁的顶部通过电机座固定连接有调节电动机，所述调节电动机输出轴的底端通过联轴器固定连接有螺纹轴，所述螺纹轴的底端与水平底板的顶部转动连接，所述螺纹轴的表面螺纹连接有移动螺纹块，所述移动螺纹块的表面固定连接有定型框，所述定型框的顶部连通有竖直进料管，所述定型框的一侧固定连接有延长杆，所述延长杆的一端固定连接有引导板，所述引导板的一侧与竖直支撑板表面的左侧滑动连接，所述调节电机箱的左侧固定连接有稳定提拉板，所述稳定提拉板的底部固定连接有自动调节伸缩杆，所述自动调节伸缩杆的底端固定连接有转动块，所述转动块的表面通过转动轴承转动连接有喷头，所述水平底板的表面开设有通槽，所述水平底板的两侧固定连接有支撑底座。

优选的，所述支撑底座的一侧通过连接板固定连接有收集框，所述收集框内壁的两侧均通过螺栓固定连接有限位卡头。

优选的，所述水平底板底部的两侧均固定连接有斜板。

优选的，所述限位卡头的顶部活动连接有过滤板，所述过滤板的底部开设有定位卡槽。

优选的，所述竖直支撑板的表面开设有物料槽。

优选的，所述水平底板顶部的四周均固定连接有斜挡板，所述定型框的表面设置有透明观察窗。

本发明同时公开了一种地下泥沙冲刷模型实验的方法，具体包括以下步骤：

步骤1：装置的检查和准备工作：对实验装置进行清洁，按照实验要求准备混合泥沙；

步骤2：泥沙的注入：将粗细混匀的泥沙通过竖直进料管倒入定型框中，通过外部振动器将泥沙压实，通过透明观察窗观察内部泥沙堆积高度，达到确定高度后，停止倒入泥沙；

步骤3：外部装载器具撤离：开启调节电机箱中调节电动机，通过螺纹轴的转动带动移动螺纹块沿着竖直支撑板向上部移动，与此同时延长杆一侧的引导板在竖直支撑板的表面滑动；

步骤4：调整水流相关指标，冲刷测试：伸长自动调节伸缩杆，将喷头伸长至合适的高度，调整喷头阀门的大小，然后开启喷头，正式对泥沙进行冲刷，冲刷过程中，转动转动轴承，根据需求改变喷头的角度；

步骤5：粗沙细沙的收集：粗沙和细沙被冲离原位置后，泥沙通过通槽掉落至收集框中过滤板的表面，飞溅较远的泥沙移动至斜挡板处时，随重力掉落至过滤板表面，粗沙滞留在过滤板表面，细沙流入收集框内壁的底部，在单位时间内对收集框中细沙的重量进行测量，同时测量过滤板表面的粗沙的重量，同时配合相关水流的大小和水流的角度即可得知粗细沙分离度和渗透力等参数；

步骤6：剩余处理：当操作结束后，将过滤板向上抽出，过滤板底部的定位卡槽与限位卡头分离，清理过滤板的表面和收集框，将其余机构复位备用。

步骤5中，收集毛刷表面不能有泥沙残留。

(三)有益效果

本发明提供了一种地下泥沙冲刷模型实验装置和方法。与现有技术相比，具备以下有益效果：

(1)、该地下泥沙冲刷模型实验装置和方法，通过转动块的表面通过转动轴承转动连接有喷头，水平底板的表面开设有通槽，水平底板的两侧固定连接有支撑底座，支撑底座的一侧通过连接板固定连接有收集框，限位卡头的顶部活动连接有过滤板，通过喷头、通槽、收集框和过滤板的联合设置，使得实验时能够通过喷头向定型框中堆积的泥沙进行冲刷，并且直接通过收集框收集被过滤板过滤的细沙，过滤板的顶部能够有效的收集粗沙，装置整体方便对单位时间内收集的粗细沙重量进行测量，进而根据数据判断出在一定规模水流冲刷下地下泥沙中粗细沙的分离率和渗透率，模型整体操作逻辑清晰，方便工作人员操作。

(2)、该地下泥沙冲刷模型实验装置和方法，通过水平顶板的一侧固定连接有调节电机箱，调节电机箱内壁的顶部通过电机座固定连接有调节电动机，调节电动机输出轴的底端通过联轴器固定连接有螺纹轴，螺纹轴的底端与水平底板的顶部转动连接，螺纹轴的表面螺纹连接有移动螺纹块，移动螺纹块的表面固定连接有定型框，定型框的顶部连通有竖直进料管，定型框的一侧固定连接有延长杆，延长杆的一端固定连接有引导板，定型框的表面设置有透明观察窗，通过调节电机箱、调节电动机、螺纹轴、移动螺纹块、延长杆和引导板的联合设置，使得实验装置能够通过定型框将泥沙紧固，并且通过电动机转动即可带动移动螺纹块和定型框上升，从而将堆积泥沙暴露，方便后续冲刷操作，并且全程避免工作人员手动调整泥沙模型，有效的保证了每次测试时泥沙模型均相同，通过透明观察窗的设置，能够方便工作人员观察泥沙总量，方便后续操作，通过自动调节伸缩杆的设置，使得装置能够根据需要调整水流的高度，并且通过转动块和转动轴承的联合设置，使得实验装置能够根据实际要求调整水流方向，进一步提高了实验的精确度。

(3)、该地下泥沙冲刷模型实验装置和方法，通过收集框内壁的两侧均通过螺栓固定连接有限位卡头，限位卡头的顶部活动连接有过滤板，过滤板的底部开设有定位卡槽，竖直支撑板的表面开设有物料槽，水平底板顶部的四周均固定连接有斜挡板，通过斜挡板的设置，避免泥沙被冲刷流到装置外部，通过限位卡头、过滤板和定位卡槽的联合设置，需要对实验装置中的细沙和粗沙进行测量时，只需将过滤板向上取出即可，工作人员能够方便的对过滤板表面的粗沙进行测量，然后将收集框中细沙取出即可，十分方便操作。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为本发明图1中A处的局部结构放大图；

图3为本发明图1中B处的局部结构放大图；

图4为本发明物料槽结构的正视图；

图5为本发明定型框结构的剖视图。

图中，1、水平底板；2、竖直支撑板；3、水平顶板；4、调节电机箱；5、调节电动机；6、螺纹轴；7、移动螺纹块；8、定型框；9、竖直进料管；10、延长杆；11、引导板；12、稳定提拉板；13、自动调节伸缩杆；14、转动块；15、喷头；16、通槽；17、支撑底座；18、收集框；19、斜板；20、限位卡头；21、过滤板；22、定位卡槽；23、转动轴承；24、物料槽；25、斜挡板；26、透明观察窗。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5，本发明实施例提供一种技术方案：一种地下泥沙冲刷模型实验装置，包括水平底板1，水平底板1顶部的右侧固定连接有竖直支撑板2，竖直支撑板2的顶部固定连接有水平顶板3，水平顶板3的一侧固定连接有调节电机箱4，调节电机箱4内壁的顶部通过电机座固定连接有调节电动机5，调节电动机5输出轴的底端通过联轴器固定连接有螺纹轴6，螺纹轴6的底端与水平底板1的顶部转动连接，螺纹轴6的表面螺纹连接有移动螺纹块7，移动螺纹块7的表面固定连接有定型框8，定型框8的顶部连通有竖直进料管9，定型框8的一侧固定连接有延长杆10，延长杆10的一端固定连接有引导板11，引导板11的一侧与竖直支撑板2表面的左侧滑动连接，调节电机箱4的左侧固定连接有稳定提拉板12，稳定提拉板12的底部固定连接有自动调节伸缩杆13，自动调节伸缩杆13的底端固定连接有转动块14，转动块14的表面通过转动轴承23转动连接有喷头15，通过喷头15、通槽16、收集框18和过滤板21的联合设置，使得实验时能够通过喷头15向定型框8中堆积的泥沙进行冲刷，并且直接通过收集框18收集被过滤板21过滤的细沙，过滤板21的顶部能够有效的收集粗沙，装置整体方便对单位时间内收集的粗细沙重量进行测量，进而根据数据判断出在一定规模水流冲刷下，地下泥沙中粗细沙的分离率和渗透率，模型整体操作逻辑清晰，方便工作人员操作，水平底板1的表面开设有通槽16，通过调节电机箱4、调节电动机5、螺纹轴6、移动螺纹块7、延长杆10和引导板11的联合设置，使得实验装置能够通过定型框8将泥沙紧固，并且通过电动机转动即可带动移动螺纹块7和定型框8上升，从而将堆积泥沙暴露，方便后续冲刷操作，并且全程避免工作人员手动调整泥沙模型，有效的保证了每次测试时泥沙模型均相同，通过透明观察窗26的设置，能够方便工作人员观察泥沙总量，方便后续操作，通过自动调节伸缩杆13的设置，使得装置能够根据需要调整水流的高度，并且通过转动块14和转动轴承23的联合设置，使得实验装置能够根据实际要求调整水流方向，进一步提高了实验的精确度，水平底板1的两侧固定连接有支撑底座17，通过斜挡板25的设置，避免泥沙被冲刷流到装置外部，通过限位卡头20、过滤板21和定位卡槽22的联合设置，需要对实验装置中的细沙和粗沙进行测量时，只需将过滤板21向上取出即可，工作人员能够方便的对过滤板21表面的粗沙进行测量，然后将收集框18中细沙取出即可，十分方便操作，支撑底座17的一侧通过连接板固定连接有收集框18，水平底板1底部的两侧均固定连接有斜板19，收集框18内壁的两侧均通过螺栓固定连接有限位卡头20，限位卡头20的顶部活动连接有过滤板21，过滤板21的底部开设有定位卡槽22，竖直支撑板2的表面开设有物料槽24，水平底板1顶部的四周均固定连接有斜挡板25，定型框8的表面设置有透明观察窗26。

本发明同时公开了一种地下泥沙冲刷模型实验的方法，具体包括以下步骤：

步骤1：装置的检查和准备工作：对实验装置进行清洁，按照实验要求准备混合泥沙；

步骤2：泥沙的注入：将粗细混匀的泥沙通过竖直进料管9倒入定型框8中，通过外部振动器将泥沙压实，通过透明观察窗26观察内部泥沙堆积高度，达到确定高度后，停止倒入泥沙；

步骤3：外部装载器具撤离：开启调节电机箱4中调节电动机5，通过螺纹轴6的转动带动移动螺纹块7沿着竖直支撑板2向上部移动，与此同时延长杆10一侧的引导板11在竖直支撑板2的表面滑动；

步骤4：调整水流相关指标，冲刷测试：伸长自动调节伸缩杆13，将喷头15伸长至合适的高度，调整喷头15阀门的大小，然后开启喷头15，正式对泥沙进行冲刷，冲刷过程中，转动转动轴承23，根据需求改变喷头15的角度；

步骤5：粗沙细沙的收集：粗沙和细沙被冲离原位置后，泥沙通过通槽16掉落至收集框18中过滤板21的表面，飞溅较远的泥沙移动至斜挡板25处时，随重力掉落至过滤板21表面，粗沙滞留在过滤板21表面，细沙流入收集框18内壁的底部，在单位时间内对收集框18中细沙的重量进行测量，同时测量过滤板21表面的粗沙的重量，同时配合相关水流的大小和水流的角度即可得知粗细沙分离度和渗透力等参数；

步骤6：剩余处理：当操作结束后，将过滤板21向上抽出，过滤板21底部的定位卡槽22与限位卡头20分离，清理过滤板21的表面和收集框18，将其余机构复位备用。

步骤5中，收集毛刷表面不能有泥沙残留。

同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种地下泥沙冲刷模型实验装置，包括水平底板（1），其特征在于：所述水平底板（1）顶部的右侧固定连接有竖直支撑板（2），所述竖直支撑板（2）的顶部固定连接有水平顶板（3），所述水平顶板（3）的一侧固定连接有调节电机箱（4），所述调节电机箱（4）内壁的顶部通过电机座固定连接有调节电动机（5），所述调节电动机（5）输出轴的底端通过联轴器固定连接有螺纹轴（6），所述螺纹轴（6）的底端与水平底板（1）的顶部转动连接，所述螺纹轴（6）的表面螺纹连接有移动螺纹块（7），所述移动螺纹块（7）的表面固定连接有定型框（8），所述定型框（8）的顶部连通有竖直进料管（9），所述定型框（8）的一侧固定连接有延长杆（10），所述延长杆（10）的一端固定连接有引导板（11），所述引导板（11）的一侧与竖直支撑板（2）表面的左侧滑动连接，所述调节电机箱（4）的左侧固定连接有稳定提拉板（12），所述稳定提拉板（12）的底部固定连接有自动调节伸缩杆（13），所述自动调节伸缩杆（13）的底端固定连接有转动块（14），所述转动块（14）的表面通过转动轴承（23）转动连接有喷头（15），所述水平底板（1）的表面开设有通槽（16），所述水平底板（1）的两侧固定连接有支撑底座（17），所述支撑底座（17）的一侧通过连接板固定连接有收集框（18），所述收集框（18）内壁的两侧均通过螺栓固定连接有限位卡头（20），所述限位卡头（20）的顶部活动连接有过滤板（21），所述过滤板（21）的底部开设有定位卡槽（22）。

2.根据权利要求1所述的一种地下泥沙冲刷模型实验装置，其特征在于：所述水平底板（1）底部的两侧均固定连接有斜板（19）。

3.根据权利要求1所述的一种地下泥沙冲刷模型实验装置，其特征在于：所述竖直支撑板（2）的表面开设有物料槽（24）。

4.根据权利要求1所述的一种地下泥沙冲刷模型实验装置，其特征在于：所述水平底板（1）顶部的四周均固定连接有斜挡板（25），所述定型框（8）的表面设置有透明观察窗（26）。

5.一种根据权利要求4所述的地下泥沙冲刷模型实验装置的测试方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤1：装置的检查和准备工作：对实验装置进行清洁，按照实验要求准备混合泥沙；

步骤2：泥沙的注入：将粗细混匀的泥沙通过竖直进料管（9）倒入定型框（8）中，通过外部振动器将泥沙压实，通过透明观察窗（26）观察内部泥沙堆积高度，达到确定高度后，停止倒入泥沙；

步骤3：外部装载器具撤离：开启调节电机箱（4）中调节电动机（5），通过螺纹轴（6）的转动带动移动螺纹块（7）沿着竖直支撑板（2）向上部移动，与此同时延长杆（10）一侧的引导板（11）在竖直支撑板（2）的表面滑动；

步骤4：调整水流相关指标，冲刷测试：伸长自动调节伸缩杆（13），将喷头（15）伸长至合适的高度，调整喷头（15）阀门的大小，然后开启喷头（15），正式对泥沙进行冲刷，冲刷过程中，转动转动轴承（23），根据需求改变喷头（15）的角度；

步骤5：粗沙细沙的收集：粗沙和细沙被冲离原位置后，泥沙通过通槽（16）掉落至收集框（18）中过滤板（21）的表面，飞溅较远的泥沙移动至斜挡板（25）处时，随重力掉落至过滤板（21）表面，粗沙滞留在过滤板（21）表面，细沙流入收集框（18）内壁的底部，在单位时间内对收集框（18）中细沙的重量进行测量，同时测量过滤板（21）表面的粗沙的重量，同时配合相关水流的大小和水流的角度即可得知粗细沙分离度和渗透力参数；

步骤6：剩余处理：当操作结束后，将过滤板（21）向上抽出，过滤板（21）底部的定位卡槽（22）与限位卡头（20）分离，清理过滤板（21）的表面和收集框（18），将其余机构复位备用。

6.根据权利要求5所述的一种地下泥沙冲刷模型实验装置的测试方法，其特征在于：所述步骤5中，收集毛刷表面不能有泥沙残留。

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