CN111998757A - 一种粘性土水下休止角的测量装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种粘性土水下休止角的测量装置及其方法，包括支撑腿、基础平台、阀门、喷管、潜水泵和连接管；所述支撑腿与基础平台活动连接；所述喷管设置在基础平台上，所述阀门设置在喷管上；所述潜水泵设置在基础平台下方的平台上，所述潜水泵通过连接管与喷管相连接。本发明结构简单，操作流程简易，测量时间短，搬运方便，有利于休止角的快速测量，测量方法既适用于现场，又可用于实验室。

Description

一种粘性土水下休止角的测量装置及其方法
技术领域
本发明涉及一种粘性土水下休止角的测量装置及其方法，属于水利工程土工结构与基础领域。
背景技术
水下休止角表示水下边坡稳定时坡面水与水平面的夹角，反映了组成边坡颗粒间的相互作用力，是边坡整体力学性质的一个重要基本参数，在水下工程中得到了广泛而普遍的应用。尤其在水工结构的稳定性设计、水下护坡的挖掘施工、涉水工程引起的河床冲刷形态预测等事务中，水下休止角均为可量化的指导性参数，具有非常重要的应用价值。
现有测量水下休止角的方法有自然落淤法、圆盘法、漏斗法、抽板法等，但此类方法都是针对散体进行设计，测量时需将土样取至实验室。由于颗粒间相互作用或粘性胶接物的存在，粘性土的整体特性与颗粒的散体特性差别较大，故采用上述方法所测值无法反应粘性土的实际水下休止角。而且，在许多工程施工时，水体紊动程度高，采用传统方法获得的水下休止角过小。这些因素都给工程预测带来较大误差，甚至会造成严重的工程事故。尽管现有研究针对水下休止角获得了一些经验或半经验的公式，但并无统一结果，尤其对粘性土水下休止角的测量研究更加少见。因此迫切需要一种可以直接测量粘性土水下休止角的方法。
发明内容
本发明涉的目的在于提供一种粘性土水下休止角的测量装置及其方法，结构简单，测量过程简便高效。
为达到上述目的，本发明所采取的技术方案是:
一种粘性土水下休止角的测量装置，包括支撑腿、基础平台、阀门、喷管、潜水泵和连接管；所述支撑腿与基础平台活动连接；所述喷管设置在基础平台上，所述阀门设置在喷管上；所述潜水泵设置在基础平台下方的平台上，所述潜水泵通过连接管与喷管相连接；
所述支撑腿包括转轴、内撑杆、紧定螺栓和伸缩腿；所述伸缩腿为中空管，伸缩腿套设在内撑杆外部；所述内撑杆与伸缩腿之间通过紧定螺栓连接；
所述基础平台包括下板、上板、卡扣、连杆和泵架；所述上板中心设有定位孔，所述下板与上板通过连杆固定连接；所述卡扣焊接在上板下方，所述泵架焊接于下板上方；
所述喷管安装于基础平台上的定位孔中，所述喷管包括定位板、钢管和喷嘴；所述喷嘴设置在钢管下方，所述定位板与钢管焊接。
优选地，所述定位板大小与上板的定位孔大小相匹配。
优选地，所述潜水泵底部设有法兰，所述潜水泵通过底部法兰与泵架的圆环螺栓连接。
优选地，所述基础平台的上板上设有水平测试装置。
优选地，所述水平测试装置包括相互垂直的两个水平泡。
一种粘性土水下休止角的测量方法，包括以下步骤：
S1.连接测量装置各组成部分，放置于待测区域，在基础平台上放置配重以确保整体装置的稳定；
S2.调节支撑腿的高度与角度，使潜水泵入口位于水下，并且配合水平测试装置使上板处于水平位置；
S3.启动潜水泵，根据水深和床面土质特性，通过阀门或潜水泵转速调节喷嘴出口流量与压强；
S4.采用水下照相机和水下测深工具或者待水排干后利用游标卡尺等长度测量工具，测得冲坑深度与冲坑直径；
S5.根据下式计算粘性土的水下休止角α：
Figure BDA0002654790690000021
其中h为冲坑深度，d为冲坑直径。
有益效果：
1)本发明可以改变现有粘性土水下休止角测量方法欠缺的现状，从而为设计粘性土边坡或预测粘性土床面挖掘效果提供准确依据；
2)装置组成结构简单，操作流程简易，测量时间短，搬运方便，有利于休止角的快速测量；
3)测量方法既适用于现场，又可用于实验室，还能用于比较现场与实验室粘性土的相关特性。
附图说明
图1是本发明一种粘性土水下休止角的测量装置及其方法的整体结构示意图；
图2是本发明一种粘性土水下休止角的测量装置及其方法的部分结构示意图；
图3是本发明一种粘性土水下休止角的测量装置及其方法的部分结构示意图；
图4是本发明一种粘性土水下休止角的测量装置及其方法的部分结构示意图；
图中：支撑腿1、转轴1-1、内撑杆1-2、紧定螺栓1-3、伸缩腿1-4、基础平台2、下板2-1、上板2-2、卡扣2-3、连杆2-4、泵架2-5、阀门3、喷管4、定位板4-1、钢管4-2、喷嘴4-3、潜水泵5、连接管6。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
如图1-4所示，一种粘性土水下休止角的测量装置，包括支撑腿1、基础平台2、阀门3、喷管4、潜水泵5和连接管6；所述支撑腿1与基础平台2活动连接；所述喷管4设置在基础平台2上，所述阀门3设置在喷管4上；所述潜水泵5设置在基础平台2下方的平台上，所述潜水泵5通过连接管6与喷管4相连接；
所述支撑腿1包括转轴1-1、内撑杆1-2、紧定螺栓1-3和伸缩腿1-4；所述伸缩腿1-4为中空管，伸缩腿1-4套设在内撑杆1-2外部；所述内撑杆1-2与伸缩腿1-4之间通过紧定螺栓1-3连接；
所述基础平台2包括下板2-1、上板2-2、卡扣2-3、连杆2-4和泵架2-5；所述上板2-2中心设有定位孔，所述下板2-1与上板2-2通过连杆2-4固定连接；所述卡扣2-3焊接在上板2-2下方，所述泵架2-5焊接于下板上方；
所述喷管4安装于基础平台上的定位孔中，所述喷管4包括定位板4-1、钢管4-2和喷嘴4-3；所述喷嘴4-3设置在钢管4-2下方，所述定位板4-1与钢管4-2焊接。
优选地，所述定位板4-1大小与上板2-2的定位孔大小相匹配。
优选地，所述潜水泵5底部设有法兰，所述潜水泵5通过底部法兰与泵架2-5的圆环螺栓连接。
优选地，所述基础平台上板2-2上设有水平测试装置。
优选地，所述水平测试装置包括相互垂直的两个水平泡。
一种粘性土水下休止角的测量方法，包括以下步骤：
S1.连接测量装置各组成部分，放置于待测区域，在基础平台2上放置配重以确保整体装置的稳定；
S2.调节支撑腿1的高度与角度，使潜水泵5入口位于水下，并且配合水平测试装置使上板处于水平位置；
S3.启动潜水泵5，根据水深和床面土质特性，通过阀门3或潜水5泵转速调节喷嘴出口流量与压强；
S4.采用水下照相机和水下测深工具或者待水排干后利用游标卡尺等长度测量工具，测得冲坑深度与冲坑直径；
S5.根据下式计算粘性土的水下休止角α：
Figure BDA0002654790690000041
其中h为冲坑深度，d为冲坑直径。
本发明中定位孔圆周面与上板上平面需精加工，以确保两者的垂直度，定位板4-1圆周面需焊接后精加工，从而使得定位板4-1与钢管4-2的同轴度。
本发明中连接管6采用耐高压软管或者钢管，其布置应以确保整个基础平台重心靠近中轴线为依据。
本发明中所述水平测试装置包括水平泡，可根据实际情况使用其他水平仪。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种粘性土水下休止角的测量装置，其特征在于，包括支撑腿(1)、基础平台(2)、阀门(3)、喷管(4)、潜水泵(5)和连接管(6)；所述支撑腿(1)与基础平台(2)活动连接；所述喷管(4)设置在基础平台(2)上，所述阀门(3)设置在喷管(4)上；所述潜水泵(5)设置在基础平台(2)下方的平台上，所述潜水泵(5)通过连接管(6)与喷管(4)相连接；
所述支撑腿(1)包括转轴(1-1)、内撑杆(1-2)、紧定螺栓(1-3)和伸缩腿(1-4)；所述伸缩腿(1-4)为中空管，伸缩腿(1-4)套设在内撑杆(1-2)外部；所述内撑杆(1-2)与伸缩腿(1-4)之间通过紧定螺栓(1-3)连接；
所述基础平台(2)包括下板(2-1)、上板(2-2)、卡扣(2-3)、连杆(2-4)和泵架(2-5)；所述上板(2-2)中心设有定位孔，所述下板(2-1)与上板(2-2)通过连杆(2-4)固定连接；所述卡扣(2-3)焊接在上板(2-2)下方，所述泵架(2-5)焊接于下板上方；
所述喷管(4)安装于基础平台上的定位孔中，所述喷管(4)包括定位板(4-1)、钢管(4-2)和喷嘴(4-3)；所述喷嘴(4-3)设置在钢管(4-2)下方，所述定位板(4-1)与钢管(4-2)焊接。
2.根据权利要求1所述的一种粘性土水下休止角的测量装置，其特征在于，所述定位板(4-1)大小与上板(2-2)的定位孔大小相匹配。
3.根据权利要求1所述的一种粘性土水下休止角的测量装置，其特征在于，所述潜水泵(5)底部设有法兰，所述潜水泵(5)通过底部法兰与泵架(2-5)的圆环螺栓连接。
4.根据权利要求1所述的一种粘性土水下休止角的测量装置，其特征在于，所述基础平台上板(2-2)上设有水平测试装置。
5.根据权利要求4所述的一种粘性土水下休止角的测量装置，其特征在于，所述水平测试装置包括相互垂直的两个水平泡。
6.根据权利要求1所述的一种粘性土水下休止角的测量方法，适用于权利要求1-5，其特征在于，包括以下步骤：
S1.连接测量装置各组成部分，放置于待测区域，在基础平台(2)上放置配重以确保整体装置的稳定；
S2.调节支撑腿(1)的高度与角度，使潜水泵(5)入口位于水下，并且配合水平测试装置使上板处于水平位置；
S3.启动潜水泵(5)，根据水深和床面土质特性，通过阀门(3)或潜水(5)泵转速调节喷嘴出口流量与压强；
S4.采用水下照相机和水下测深工具或者待水排干后利用游标卡尺等长度测量工具，测得冲坑深度与冲坑直径；
S5.根据下式计算粘性土的水下休止角α：
Figure FDA0002654790680000021
其中h为冲坑深度，d为冲坑直径。
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