CN112798492B - 一种测定边坡排水沟用多孔隙盖板浑水渗透系数的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测定边坡排水沟用多孔隙盖板浑水渗透系数的装置，包括污水供汇流装置、多孔隙盖板放置装置和渗水量集测装置，所述污水供汇流装置用于模拟自然降雨，所述渗水量集测装置包括排水渠、安装于排水渠中的三角堰和三角堰测针。将待测定的多孔隙盖板放置于多孔隙盖板放置装置内，然后通过污水供汇流装置进行模拟降雨，将模拟出的污水以下雨的形式落到多孔隙盖板上。经过多孔隙盖板的污水流入到排水渠内，进而来测定多孔隙盖板的渗透系数η。最终通过拟合不同降雨强度与渗透系数η的关系，即可得出多孔隙盖板在不同工况下的渗透能力规律。从而为边坡排水沟盖板设计提供有效的选型。

Description

一种测定边坡排水沟用多孔隙盖板浑水渗透系数的装置

技术领域

本发明涉及工程水力学的领域，尤其是涉及一种测定边坡排水沟用多孔隙盖板浑水渗透系数的装置。

背景技术

边坡排水沟盖板是水利工程路基建设的基础构件。边坡排水沟盖板主要使用大孔隙无砂混凝土，用于防护排水口同时进行截污下渗。同时，也可兼做辅助道路。

此类边坡排水沟盖板的过流水源主要是边坡汇流的自然降雨，因此主要为浑水。对于不同水利工程而言，气候差异条件下自然降水存在差异；边坡差异条件下浑水的浑质特征也存在差异。

目前，边坡排水沟盖板的设计以经验为主，缺乏有效的选型依据，因此有必要开发一种测定水利工程边坡排水沟用多孔隙盖板浑水渗透系数的装置，来提升此类边坡排水沟盖板选型的科学性。

发明内容

为了对边坡排水沟盖板设计提供有效的选型，

本发明提供的一种测定边坡排水沟用多孔隙盖板浑水渗透系数的装置，采用如下的技术方案：

一种测定边坡排水沟用多孔隙盖板浑水渗透系数的装置，包括污水供汇流装置、多孔隙盖板放置装置和渗水量集测装置，所述污水供汇流装置用于模拟自然降雨，所述渗水量集测装置包括排水渠、安装于排水渠中的三角堰和三角堰测针。

通过采用上述技术方案，将待测定的多孔隙盖板放置于多孔隙盖板放置装置内，然后通过污水供汇流装置进行模拟降雨，将模拟出的污水以下雨的形式落到多孔隙盖板上。经过多孔隙盖板的污水流入到排水渠内，测的水面深度Δh=h2-h1，h2为三角堰底部至三角堰测针高度，h1为水面至三角堰测针高度，根据三角堰测的水深Δh计算渗流流量q=KΔh^2.47，其中K可根据相关工程规范查询得出。多孔隙盖板渗透能力计算公式根据达西公式推导得出为η=V/I，其中渗透流速V=q/A，A表示多孔隙盖板面积，q为渗流流量；水力坡降I为多孔隙盖板厚度h。最终通过拟合不同降雨强度与渗透系数η的关系，即可得出多孔隙盖板在不同工况下的渗透能力规律。从而为边坡排水沟盖板设计提供有效的选型。

优选的，所述污水供汇流装置包括混合室、向混合室内注入清水的清水注水管、向混合室内加砂的加砂管、用于搅拌混合室内物料的搅拌机构、连通混合室的用于出料的出料室，所述出料室上开设有若干浑水射流出水孔。

通过采用上述技术方案，在实验之前，先测定好一定量的清水和砂石，然后将两者通入混合室内，在搅拌机构的搅拌下，两者混合形成污水流入到出料室中，并通过浑水射流出水孔流出出料室，落到多孔隙盖板上，完成了模拟降雨。

优选的，所述加砂管套设于清水注水管外，且加砂管通过连接件固定连接于清水注水管，所述搅拌机构包括转动连接于混合室的搅拌轴和安装于搅拌轴一端的搅拌叶，所述搅拌叶沿搅拌轴轴向至少设有三个，所述清水注水管位于搅拌叶正上方。

通过采用上述技术方案，在清水通过清水注水管落入到混合室内时，清水对于搅拌叶的冲击力，可以使搅拌叶带动搅拌轴相对混合室转动，从而起到混合清水、砂石的作用。不再需要额外的动力源，减少了材料成本。

优选的，所述出料室位于混合室下方且出料室下端呈扩口设置。

通过采用上述技术方案，从而尽可能的模拟真实下雨，提高了检测的准确度。

优选的，所述多孔隙盖板放置装置包括开口朝上的水箱和用于封闭水箱开口的封盖，所述水箱安装于排水渠上，所述污水供汇流装置安装于封盖上，且混合室穿过封盖，所述水箱底部开设有排水槽，多孔隙盖板放置于水箱内且覆盖排水槽。

通过采用上述技术方案，在实验时，可打开封盖，将多孔隙盖板放到水箱底部，覆盖住排水槽，然后再将封盖盖上，覆盖住水箱上端开口即可。操作方便，结构简单。

优选的，所述出料室外套设有控制室，所述控制室内壁抵接于出料室外壁且封闭浑水射流出水孔，所述控制室转动连接于混合室且控制室上开设有与浑水射流出水孔对应的排水孔。

通过采用上述技术方案，在需要清洗出料室上的浑水射流出水孔时，可以相对混合室转动控制室，使控制室封闭浑水射流出水孔。再往混合室和出料室中注入清水，摇晃倒出清水即可。在需要使用污水供汇流装置模拟降雨时，再相对混合室转动出料室，使排水孔对准浑水射流出水孔即可。

优选的，所述控制室固定连接于封盖，所述混合室转动连接于封盖，所述封盖上设有用于固定混合室的锁定件。

通过采用上述技术方案，在需要相对混合室转动控制室时，可以直接手拿封盖，使混合室相对控制室转动即可，操作方便。

优选的，所述水箱内安装有稳水板，所述水箱上开设有浑水溢流口，所述浑水溢流口位于稳水板上方。

通过采用上述技术方案，稳水板和浑水溢流口配合，使混合室内的水位保持在一定高度，进而模拟不同工况的降雨强度。最终通过拟合不同降雨强度与渗透系数η的关系即可得出多孔隙盖板在不同工况下的渗透能力规律。

优选的，所述浑水溢流口上连接有排水涵管，所述排水涵管接入排水渠，且排水涵管的出料端位于三角堰出料端。

通过采用上述技术方案，通过排水涵管将污水排入到排水渠内，从而可对污水进行回收利用。

优选的，所述水箱内底面设有密封圈，多孔隙盖板放置于密封圈上。

通过采用上述技术方案，提高了多孔隙盖板和水箱内底面之间的密封性，确保污水流经多孔隙盖板后再落入到排水渠内。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

1.可得出多孔隙盖板在不同工况下的渗透能力规律，为多孔隙盖板选型提供有效的参照和选型；

2.结构简单，制作成本低。

附图说明

图1是实施例一的结构示意图。

图2是实施例一的剖视图。

图3是实施例一中盖板和污水供汇流装置的结构示意图。

图4是图2中A处的放大图。

图5是实施例一中渗水量集测装置处的剖视图。

图6是实施例二中盖板和污水供汇流装置的结构示意图。

附图标记说明：1、污水供汇流装置；2、多孔隙盖板放置装置；3、渗水量集测装置；4、多孔隙盖板；5、混合室；6、清水注水管；7、加砂管；8、搅拌机构；9、出料室；10、连接件；11、浑水射流出水孔；12、搅拌轴；13、搅拌叶；14、封盖；15、排水渠；16、三角堰；17、三角堰测针；18、排水槽；19、密封圈；20、稳水板；21、排水涵管；22、控制室；23、排水孔；24、锁定件；25、螺纹孔；26、水箱；27、自记水位计。

具体实施方式

以下结合附图1-6对本发明作进一步详细说明。

实施例一：

本发明实施例公开一种测定边坡排水沟用多孔隙盖板浑水渗透系数的装置。参照图1和图2，一种测定边坡排水沟用多孔隙盖板浑水渗透系数的装置包括污水供汇流装置1、多孔隙盖板放置装置2和渗水量集测装置3。

将多孔隙盖板4放入到多孔隙盖板放置装置2内。污水供汇流装置1模拟降雨，并将模拟后的降雨落入到多孔隙盖板放置装置2内，并经过多孔隙盖板4后流入到渗水量集测装置3内，进行渗水量的测试。最终得到降雨强度与多孔隙盖板4渗透系数之间的关系。为边坡排水沟盖板选型提供有效的参考。

具体的，参照图3，污水供汇流装置1包括混合室5、向混合室5内注入清水的清水注水管6、向混合室5内加砂的加砂管7、用于搅拌混合室5内物料的搅拌机构8、连通混合室5的用于出料的出料室9。

参照图3，加砂管7套设于清水注水管6外，且加砂管7通过连接件10固定连接于清水注水管6。清水注水管6可为PVC波纹管。混合室5同轴固定连接于加砂管7下端，且加沙管的出料口沿竖直方向的投影落于混合室5内。出料室9位于混合室5下方且同轴固定连接于混合室5。且混合室5沿竖直方向的投影落于出料室9内。出料室9下端呈扩口设置。出料室9上开设有若干浑水射流出水孔11。浑水射流出水孔11孔径以满足水流射流为宜1cm左右。

参照图3，搅拌机构8包括转动连接于混合室5的搅拌轴12和安装于搅拌轴12上端的搅拌叶13，搅拌叶13沿搅拌轴12轴向设有三个，搅拌轴12和清水注水管6呈同轴设置。搅拌轴12下端通过轴承座转动连接于出料室9内底面。

在需要模拟降雨时，通过清水注水管6来提供清水进入到混合室5内，通过加砂管7来加砂进入到混合室5内，模拟浑水出流。砂可采用人工砂或模型砂。在清水下流到搅拌叶13上时，可驱动搅拌轴12相对混合室5转动，从而搅动水流，将清水和砂石混合在一起。然后通过浑水射流出水孔11流出出料室9外，完成模拟降雨。浑水的含砂量ρ采用单位时间内水中加砂量表示，ρ=m1/（m1+m2），m1为砂石重量，m2为水流重量。

参照图2和图3，多孔隙盖板放置装置2包括开口朝上的水箱26和用于封闭水箱26开口的封盖14。污水供汇流装置1安装于封盖14上，且混合室5穿过封盖14，混合室5固定连接于封盖14。

参照图1和图2，渗水量集测装置3包括排水渠15、安装于排水渠15中的三角堰16和三角堰测针17。排水渠15截面呈矩形。水箱26通过螺栓固定安装于排水渠15上。水箱26可用耐压钢板或有机玻璃材料制作，能够承受一定高度的水压力。参照图2，水箱26底部开设有排水槽18，排水槽18沿竖直方向的投影落于排水渠15内。多孔隙盖板4放置于水箱26内且覆盖排水槽18。参照图4，为了提高多孔隙盖板4和水箱26之间的密封性，水箱26内底面设有密封圈19，多孔隙盖板4放置于密封圈19上且抵接于密封圈19。

参照图1和图2，为了方便保持水箱26内的水位，水箱26内安装有稳水板20，水箱26上开设有浑水溢流口，浑水溢流口位于稳水板20上方。浑水溢流口上连接有排水涵管21，排水涵管21接入排水渠15，且排水涵管21的出料端位于三角堰16出料端。水箱26上安装有自记水位计27。

在模拟不同工况降雨强度时，降雨强度采用汇流后水面高度H表示，H可通过水箱26上安装的自记水位计27来读取。自记水位计27采用玻璃或有机玻璃材料制作，并刻水位刻度。溢流浑水通过排水涵管21流入排水渠15尾部，最终排入沉淀池回收利用。

参照图5，三角堰16为直角三角堰16。三角堰16放置在排水渠15五倍渠身宽度处，确保渗流水流平稳。三角堰测针17固定于排水涵管21上，直角三角堰测针17可用传统的刻度读数法，也可用超声波或红外线感应法测水面深度，测的水面深度Δh=h2-h1，h2为直角三角堰16底部至排水涵管21中心高度，h1为水面至排水涵管21中心高度，根据直角三角堰16测的水深Δh计算渗流流量q=KΔh2.47，其中K可根据相关工程规范查询得出。

多孔隙盖板4渗透能力计算公式根据达西公式推导得出为η=V/I，其中渗透流速V=q/A，A表示多孔隙盖板4面积，q为渗流流量；水力坡降I为多孔隙盖板4厚度h。最终通过拟合不同降雨强度H与渗透系数η的关系即可得出多孔隙盖板4在不同工况下的渗透能力规律。从而为边坡排水沟盖板设计提供有效的选型。

实施例二：

实施例二和实施例一的区别在于，参照图6，出料室9外套设有控制室22，控制室22内壁抵接于出料室9外壁且封闭浑水射流出水孔11，控制室22转动连接于混合室5且控制室22上开设有与浑水射流出水孔11对应的排水孔23。控制室22固定连接于封盖14，混合室5转动连接于封盖14，封盖14上设有用于固定混合室5的锁定件24。锁定件24为螺栓，混合室5上开设有用于螺接锁定件24的螺纹孔25。螺纹孔25沿混合室5周向设有两个。

在需要清洗出料室9上的浑水射流出水孔11时，可以将锁定件24从其中一个螺纹孔25中拧出，相对混合室5转动控制室22，使控制室22封闭浑水射流出水孔11。再往混合室5和出料室9中注入清水，摇晃倒出清水即可。在需要使用污水供汇流装置1模拟降雨时，再相对混合室5转动出料室9，使排水孔23对准浑水射流出水孔11，将锁定件24拧入对应的螺纹孔25即可。

以上均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种测定边坡排水沟用多孔隙盖板浑水渗透系数的装置，其特征在于：包括污水供汇流装置(1)、多孔隙盖板放置装置(2)和渗水量集测装置(3) ，所述污水供汇流装置(1)用于模拟自然降雨，所述渗水量集测装置(3)包括排水渠(15)、安装于排水渠(15)中的三角堰(16)和三角堰测针（17）；

所述污水供汇流装置(1)包括混合室(5)、向混合室(5)内注入清水的清水注水管(6)、向混合室(5)内加砂的加砂管(7)、用于搅拌混合室(5)内物料的搅拌机构(8)、连通混合室(5)的用于出料的出料室(9) ，所述出料室(9)上开设有若干浑水射流出水孔(11)；

所述加砂管(7)套设于清水注水管(6)外，且加砂管(7)通过连接件(10)固定连接于清水注水管(6) ，所述搅拌机构(8)包括转动连接于混合室(5)的搅拌轴(12)和安装于搅拌轴(12)一端的搅拌叶(13) ，所述搅拌叶 (13)沿搅拌轴(12)轴向至少设有三个，所述清水注水管(6)位于搅拌叶(13)正上方；

所述出料室(9)位于混合室(5)下方且出料室(9)下端呈扩口设置；

所述多孔隙盖板放置装置(2)包括开口朝上的水箱(26)和用于封闭水箱(26)开口的封盖(14) ，所述水箱(26)安装于排水渠(15)上，所述污水供汇流装置(1)安装于封盖(14)上，且混合室(5)穿过封盖(14) ，所述水箱(26)底部开设有排水槽(18)，多孔隙盖板(4) 放置于水箱(26)内且覆盖排水槽(18)；

所述出料室(9)外套设有控制室(22) ，所述控制室(22)内壁抵接于出料室(9)外壁且封闭浑水射流出水孔(11) ，所述控制室(22)转动连接于混合室(5)且控制室(22)上开设有与浑水射流出水孔(11)对应的排水孔(23)。

2.根据权利要求1所述的一种测定边坡排水沟用多孔隙盖板浑水渗透系数的装置，其特征在于：所述控制室(22)固定连接于封盖(14) ，所述混合室(5)转动连接于封盖(14) ，所述封盖(14)上设有用于固定混合室(5)的锁定件(24)。

3.根据权利要求1所述的一种测定边坡排水沟用多孔隙盖板浑水渗透系数的装置，其特征在于：所述水箱(26)内安装有稳水板(20) ，所述水箱(26)上开设有浑水溢流口，所述浑水溢流口位于稳水板(20)上方。

4.根据权利要求3所述的一种测定边坡排水沟用多孔隙盖板浑水渗透系数的装置，其特征在于：所述浑水溢流口上连接有排水涵管(21) ，所述排水涵管(21)接入排水渠(15) ，且排水涵管(21)的出料端位于三角堰(16)出料端。

5.根据权利要求1所述的一种测定边坡排水沟用多孔隙盖板浑水渗透系数的装置，其特征在于：所述水箱(26)内底面设有密封圈(19) ，多孔隙盖板(4)放置于密封圈(19)上。