CN112082896A - 一种多坡度抗天然雨水冲刷性能试验装置及测试方法 - Google Patents

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周靖靖
刘鲁强
陈春
黄旭升
郭晋川
甘福
陈美琴
杜念
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Abstract

本发明公开了一种多坡度抗天然雨水冲刷性能试验装置及测试方法，所述装置从上往下依次设有天然降雨模拟模块、坡度调节与载物模块和雨水收集模块；所述天然降雨模拟模块包括管道、喷头和水泵，所述水泵通过管道与喷头连接；所述坡度调节与载物模块包括钢板、挡板、导轨和支撑架；所述钢板设在两条导轨上方，所述导轨的一端固定在支撑架上，通过钢丝将钢板一侧的圆环与支撑架上的把手连接，所述挡板设有两块，分别固定在钢板的左右两侧。本测试装置能够简单模拟边坡在降雨时的状况；再通过设置坡度、降雨时间、降雨强度三个参数，进而测定被测物质的抗天然雨水冲刷性能；装置结构简单、使用方便，测定方法操作简单、可靠性强、精准度较高。

Description

一种多坡度抗天然雨水冲刷性能试验装置及测试方法
技术领域
本发明涉及水利工程技术领域，具体是一种多坡度抗天然雨水冲刷性能试验装置。
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、黏聚力等物理力学指标，外在因素主要为库水的流速、水温、流态。但目前尚未有用于研究边坡抗雨水冲刷性能的试验装置及测试方法。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
本发明目的在于提供一种多坡度抗天然雨水冲刷性能试验装置及测试方法。本发明提供的测试装置能够测试物体在多种坡度下受到不同强度降雨时所造成的影响，进而测试土壤在不同坡度下受到天然降雨时所造成的水土流情况，可简单模拟边坡在降雨时的状况；再通过设置坡度、降雨时间、降雨强度三个参数，对被测物质的抗天然雨水冲刷性能作出评测，进而测定被测物质的抗天然雨水冲刷性能。
为了实现以上目的，本发明采用的技术方案如下：
一种多坡度抗天然雨水冲刷性能试验装置，所述装置从上往下依次设有天然降雨模拟模块、坡度调节与载物模块和雨水收集模块；所述天然降雨模拟模块包括管道、喷头和水泵，所述水泵通过管道与喷头连接；所述坡度调节与载物模块包括钢板、挡板、导轨和支撑架；所述钢板设在两条导轨上方，所述导轨的一端固定在支撑架上，通过钢丝将钢板一侧的圆环与支撑架上的把手连接，所述挡板设有两块，分别固定在钢板的左右两侧；所述导轨的底部还设有铁皮板，钢板的左右两侧各设一块铁皮板；所述喷头位于钢板的正上方；所述雨水收集模块为开口的水箱。
优选地，所述试验装置还设有承载模块，所述承载模块包括固定装置和移动装置，移动装置设在固定装置的底部。
优选地，所述固定装置为具有多根钢管围成的固定框架，将天然降雨模拟模块、坡度调节与载物模块和雨水收集模块三大模块固定。
优选地，所述移动装置为四个万向轮，万向轮可拆卸安装在固定装置的底部。
优选地，所述支撑架上设有摇把，摇把的一端固定有齿轮，通过钢丝将钢板一侧的圆环连接在齿轮上。通过转动摇把即可调节钢丝的长度，以达到固定调节好坡度的目的。
本发明还提供所述多坡度抗天然雨水冲刷性能试验装置进行测试的方法，包括如下步骤：
S1：将被测试块放入烘箱烘干至恒重，并称重记录，记录为m1;
S2：对试验装置的降雨参数进行设置来模拟天然降雨的情况，参数设置包括坡度、降雨时间和降雨强度；
S3：将试块放在试验装置按照设置的参数对抗天然雨水冲刷性能进行试验；
S4：经冲刷的土壤试块取出放入烘箱烘干至恒重，并称重为m2；
S5：根据以下公式计算试块的抗冲刷性能；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002A
其中，S为水土流失率，m1试验前试块烘干质量，m2是试验后试块烘干质量。在相同的降雨条件下值越小则该试块的抗天然雨水冲刷性能越好。
优选地，所述烘干是在105℃下烘不低于8h。
与现有技术相比，本发明的优点及有益效果为：
1、本发明提供的测试装置能够测试物体在多种坡度下受到不同强度降雨时所造成的影响，进而测试土壤在不同坡度下受到天然降雨时所造成的水土流情况，可简单模拟边坡在降雨时的状况；再通过设置坡度、降雨时间、降雨强度三个参数，对被测物质的抗天然雨水冲刷性能作出评测，进而测定被测物质的抗天然雨水冲刷性能。
2、本发明提供的测试装置结构简单、使用方便，提供的测定方法操作简单、花费低、可靠性强、精准度较高，为测定土壤抗雨水冲刷性能测试打下了良好的基础。
附图说明
图1为本发明所述多坡度抗天然雨水冲刷性能试验装置的结构示意图；
图2为天然降雨模拟模块的结构示意图；
图3为坡度调节与载物模块的结构示意图；
图4为雨水收集模块的结构示意图；
图5为承载模块的结构示意图。
附图标识：1-管道，2-水泵，3-万向轮，4-水箱，5-导轨，6-挡板，7-支撑架，8-钢板，9-把手，10-喷头，11-圆环，12-铁皮板，13-固定框架。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
实施例1
如附图1所示，本发明所述所述多坡度抗天然雨水冲刷性能试验装置，从上往下依次设有天然降雨模拟模块、坡度调节与载物模块和雨水收集模块；
如图2所示，所述天然降雨模拟模块包括软管管道1、喷头10和水泵2，所述水泵2通过管道1与喷头10连接。水泵2能够为整个装置提供动力，通过控制水泵2可以达到控制单位时间内降雨量数值，通过控制喷头10出水口大小可以达到控制水流流出压力继而控制水流喷出时的初速度，借助该模块可以达到模拟多种降雨的目的。
如图3所示，所述坡度调节与载物模块包括钢板8、挡板6、导轨5和支撑架7；所述钢板8设在两条导轨5上方，所述导轨5的一端固定在支撑架7上，通过钢丝将钢板8一侧的圆环11与支撑架7上的把手9连接，所述挡板6设有两块，分别固定在钢板8的左右两侧；所述喷头10位于钢板8的正上方。通过两根导轨5与一块钢板8相连以达到多坡度调节的目的，通过钢丝将钢板8一侧的圆环11与支撑架7上的把手9连接以达到固定调节好坡度的目的。所述导轨的底部还设有铁皮板12，钢板的左右两侧各设一块铁皮板12，通过铁皮板12达到约束废水流动方向的目的。
如图4所示，所述雨水收集模块为五张铁皮围成开口的长方体水箱4。形成可储存适量的水的蓄水池，在试验装置启动后，模拟降雨时产生的废水可通过坡度调节与载物模块钢板上的圆型孔洞流入雨水收集模块中的蓄水池。
如图5所示，所述试验装置还设有承载模块，所述承载模块包括固定装置和移动装置，移动装置设在固定装置的底部。所述固定装置为具有多根钢管围成的固定框架13，将天然降雨模拟模块、坡度调节与载物模块和雨水收集模块三大模块固定。所述移动装置为四个万向轮3，万向轮3可拆卸安装在固定装置上。通过底部的四个万向轮可实现整体装置的可移动性，在装置使用时将万向轮拆下，可使装置运行过程中保持稳定，亦可使万向轮免于装置运行过程中因蓄水增加的荷载破坏。
利用多坡度抗天然雨水冲刷性能试验装置进行测试的方法，包括如下步骤：
S1：将被测试块放入烘箱烘干至恒重，并称重记录，记录为m1;
S2：对试验装置的降雨参数进行设置来模拟天然降雨的情况，参数设置包括坡度、降雨时间和降雨强度；
S3：将试块放在试验装置按照设置的参数对抗天然雨水冲刷性能进行试验；
S4：经冲刷的土壤试块取出放入烘箱烘干至恒重，并称重为m2；
S5：根据以下公式计算试块的抗冲刷性能；
Figure DEST_PATH_IMAGE003
其中，S为水土流失率，m1试验前试块烘干质量，m2是试验后试块烘干质量。在相同的降雨条件下值越小则该试块的抗天然雨水冲刷性能越好。
具体案例如下：测定两种配比的水泥土，其中一种为水泥:天然土壤为1:9的水泥土，另一种为水泥:天然土壤为2:8的水泥土，在试验前水泥和土壤的烘干总重量都为1.5kg，设置参数在坡度为60度、降雨强度为5mm/min、降雨时间为30min的条件下，试验后第一种水泥土试块烘干重量为1kg，第二种水泥土试块烘干重量为1.3kg。
第一种：水泥:天然土壤为1:9的水泥土的水土流失率S1
Figure 306225DEST_PATH_IMAGE004
第二种：水泥:天然土壤为2:8的水泥土水土流失率S2
Figure DEST_PATH_IMAGE005
因此第二种配比水泥土的抗冲刷性能优于第一种配比，与实际的抗冲刷能力相符合，说明该测定方法可行。
以上内容是结合具体的/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施例做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种多坡度抗天然雨水冲刷性能试验装置，其特征在于：所述装置从上往下依次设有天然降雨模拟模块、坡度调节与载物模块和雨水收集模块；
所述天然降雨模拟模块包括管道、喷头和水泵，所述水泵通过管道与喷头连接；
所述坡度调节与载物模块包括钢板、挡板、导轨和支撑架；所述钢板设在两条导轨上方，所述导轨的一端固定在支撑架上，通过钢丝将钢板一侧的圆环与支撑架上的把手连接，所述挡板设有两块，分别固定在钢板的左右两侧；所述导轨的底部还设有铁皮板，钢板的左右两侧各设一块铁皮板；所述喷头位于钢板的正上方；
所述雨水收集模块为开口的水箱。
2.根据权利要求1所述多坡度抗天然雨水冲刷性能试验装置，其特征在于：所述试验装置还设有承载模块，所述承载模块包括固定装置和移动装置，移动装置设在固定装置的底部。
3.根据权利要求2所述多坡度抗天然雨水冲刷性能试验装置，其特征在于：所述固定装置为具有多根钢管围成的固定框架，将天然降雨模拟模块、坡度调节与载物模块和雨水收集模块三大模块固定。
4.根据权利要求2所述多坡度抗天然雨水冲刷性能试验装置，其特征在于：所述移动装置为四个万向轮，万向轮可拆卸安装在固定装置的底部。
5.根据权利要求1所述多坡度抗天然雨水冲刷性能试验装置，其特征在于：所述支撑架上设有摇把，摇把的一端固定有齿轮，通过钢丝将钢板一侧的圆环连接在齿轮上。
6.如权利要求1-5任一项所述多坡度抗天然雨水冲刷性能试验装置进行测试的方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：将被测试块放入烘箱烘干至恒重，并称重记录，记录为m1;
S2：对试验装置的降雨参数进行设置来模拟天然降雨的情况，参数设置包括坡度、降雨时间和降雨强度；
S3：将试块放在试验装置按照设置的参数对抗天然雨水冲刷性能进行试验；
S4：经冲刷的试块取出放入烘箱烘干至恒重，并称重为m2；
S5：根据以下公式计算试块的抗冲刷性能；
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
其中，S为水土流失率，m1试验前试块烘干质量，m2是试验后试块烘干质量。
7.根据权利要求6所述多坡度抗天然雨水冲刷性能试验装置进行测试的方法，其特征在于：所述烘干是在105℃下烘不低于8h。
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