CN113030437B - 一种研究沿岸流冲刷及渗流特性的试验仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种研究沿岸流冲刷及渗流特性的试验仪，包括长方壳体、第一排出室和第二排出室，长方壳体包括底板、顶板和四个竖直设置的侧板，其中相对的两侧板为第一矩形板和第二矩形板，另外两个相对的侧板为第一侧壁和第二侧壁；第一侧壁和第二侧壁靠近第一矩形板的位置对应设置有进水口和出水口；第二矩形板上设置有多个排出孔；进水口连通有供水设备；第一排出室与出水口连通；第二排出室与排出孔连通；顶板上竖直固定安装有多个测压管；第一排出室和第二排出室均设置有排水龙头。本发明公开提供的研究沿岸流冲刷及渗流特性的试验仪，结构简单易操作，既可以在室内模拟沿岸流冲刷与渗透现象，又可直观有效地观察不同孔径的滤网对冲刷与渗透特性的影响，具有较高的实际应用价值。

Description

一种研究沿岸流冲刷及渗流特性的试验仪

技术领域

本发明涉及模拟沿岸流冲刷试验装置技术领域，更具体的说是涉及一种研究沿岸流冲刷及渗流特性的试验仪。

背景技术

沿岸流冲刷指的是沿岸流冲刷指当高速水流流经河岸时，岸坡表面的泥沙颗粒由于水流拖曳力的作用而发生脱落和移动的现象。主要特征有：观测到高速水流沿岸流动；近岸河床的冲刷；岸脚或者与岸顶相连的低岸发生底部冲刷；河岸表面出现新的被冲刷过的痕迹；河岸地表植被的缺失。严重的岸坡后撤通常涉及到崩岸以及水流的直接冲刷，则可能会给沿岸周围的自然环境带来破坏，甚至给沿岸周围的居民带来灾害。

土体的渗透性是指水通过土孔隙渗透流动的性质，是土的三大力学性质之一。渗透系数对边坡稳定，土的固结，堤坝的安全问题上具有重要的影响。而河流除了给沿岸带来冲刷作用外，也会给沿岸土体带来水平向的渗流作用，这种渗流伴随着带走沿岸土体中细小的土颗粒，就可能造成沿岸土体的侵蚀现象，给沿岸的工程带来灾害。

目前，在现有技术中，缺乏科学且系统性研究沿岸流冲刷现象，以及研究沿岸流冲刷对土体渗流特性影响的相关装置，这严重影响了相关研究的进程。

因此，如何提供一种研究岸流冲刷现象，以及研究沿岸流冲刷对土体渗流特性影响的装置，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种研究沿岸流冲刷及渗流特性的试验仪。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种研究沿岸流冲刷及渗流特性的试验仪，包括长方壳体、第一排出室和第二排出室，所述长方壳体包括底板、顶板和四个竖直设置的侧板，所述底板和所述侧板固定连接，所述顶板与所述侧板铰接，其中相对的两侧板为第一矩形板和第二矩形板，另外两个相对的侧板为第一侧壁和第二侧壁；所述第一侧壁和所述第二侧壁靠近所述第一矩形板的位置对应设置有进水口和出水口；所述第二矩形板上设置有多个排出孔；所述进水口连通有供水设备；所述第一排出室顶端开口，且与所述出水口连通；所述第二排出室顶端开口且与所述排出孔连通；所述顶板上竖直固定安装有多个测压管；所述第一排出室和所述第二排出室均设置有排水龙头。

本发明公开的一种研究沿岸流冲刷及渗流特性的试验仪，能够模拟沿岸流冲刷，用能够控制水头高度的供水设备为实验仪供水，进行多组试验并记录供水水头在不同高度与不同流速条件下从第一排出室获得土颗粒质量以及装样土体的后撤程度，即可得到水位高度与水流速度对沿岸土体冲刷作用的影响规律；同时，记录第二排出室中沿水流方向获得单位时间内的渗流量或渗砂量，则可以得到冲刷作用对土体渗透特性的影响规律。

优选的，还包括第三矩形板，所述第三矩形板可拆卸安装于所述长方壳体内部，与所述第一矩形板等长等宽且平行设置，且与所述第一矩形板之间形成水流冲刷室，与所述第二矩形板之间形成土体贮存室；并所述第三矩形板上开设有多个渗流孔，外表面铺设有滤网。

采取上述技术方案的有益效果是，防止在装样过程中土体通过排出孔，造成误差；第三矩形板上可根据试验需求安装不同孔径的滤网，重复以上试验步骤，则可以得到相应孔径的滤网对冲刷以及渗透作用的影响规律。

优选的，所述第二矩形板铺设有滤网。

采取上述技术方案的有益效果是，防止在装样过程中土体通过排出孔，造成误差，还能够研究滤网对冲刷作用与土体水平渗流特性影响的规律。

优选的，所述第一排出室设置有过滤层。

采取上述技术方案的有益效果是，第一排出室的滤网用以收集冲刷作用下流失的土颗粒。

优选的，所述第二排出室包括多个并排的小排出室组成，且每个小排出室连通对应位置的所述排出孔。

采取上述技术方案的有益效果是，第二排出室中多个小排出室的设置用于记录沿水流方向各个排除室内获得单位时间内的渗流量与渗砂量。

优选的，每个所述小排出室内设置有第二过滤层。

采取上述技术方案的有益效果是，第二排出室的第二过滤层用以监测并收集水流对侧向土体的不同水平位置的渗流量与渗土量。

优选的，所述进水口通过导管与所述供水设备连通，所述出水口通过导管与所述第一排出室连通，且所述导管上均设置有控制水流流量的阀门。

优选的，所述顶板边缘处沿周长设置有第一螺栓孔，所述顶板对应所述第三矩形板的安装位置设置有第二螺栓孔，所述第一矩形板、所述第二矩形板和所述第三矩形板顶端处设置有螺孔，且所述螺孔位置与所述第一螺栓孔或所述第二螺栓孔对应。

采取上述技术方案的有益效果是，通过螺栓固定顶板，可紧固装置的同事还便于拆卸。

优选的，所述顶板的底面设置有透明的橡胶层。

采取上述技术方案的有益效果是，橡胶层可提升装置装配后整体的密封性，避免水流冲刷室的水由顶端缝隙进入土体贮存室，影响试验效果的准确行，并且避免了水分蒸发外溢带来的误差；橡胶层设置为透明

，能在沿岸流重刷试验中清楚地观察土颗粒被带走的冲刷现象，以及清楚地观察土体被冲刷时的后撤现象。

优选的，所述长方壳体采用有机玻璃材质制成。

采取上述技术方案的有益效果是，有机玻璃材质具有高强度、耐腐蚀等特点，可有效提升装置的整体寿命并且适用于各种测试条件。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种研究沿岸流冲刷及渗流特性的试验仪，结构简单易操作，既可以在室内模拟沿岸流冲刷与渗透现象，又可直观有效地观察不同孔径的滤网对冲刷与渗透特性的影响，具有较高的实际应用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的研究沿岸流冲刷及渗流特性的试验仪的结构示意图。

图2为本发明提供的研究沿岸流冲刷及渗流特性的试验仪的俯视图。

图3为本发明提供的研究沿岸流冲刷及渗流特性的试验仪的主视图。

图4为本发明提供的研究沿岸流冲刷及渗流特性的试验仪的侧视图。

其中，各附图标记为：

1-第一矩形板，2-第三矩形板，3-第二矩形板，4-第一排出室，5-第二排出室，6-第一侧壁，7-底板，8-顶板，9-渗流孔，10-排出孔，11-导管，12-排水龙头，13-橡胶层，21-水流冲刷室，31-土体贮存室，41-出水口，42-第一过滤层，51-小排出室，52-第二过滤层，61-进水口，81-测压管，82-第一螺栓孔，83-第二螺栓孔，111-流量阀门。

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。

如图1-2所示，本发明实施例公开了一种模拟沿岸流冲刷以及研究侧向水流流速对河岸土体渗流特性影响的试验仪，包括：由左向右三面等长等宽且同心的第一矩形板1、第二矩形板3、第三矩形板2，第一排出室4与第二排出室5，垂直于第一矩形板1与第三矩形板2的两侧面为固定连接的第一侧壁6，底端有固定连接的底板7，顶端有活动连接的顶板8，第二矩形板3可拆卸安装于长方壳体内，第二矩形板3设置有渗流孔9，第三矩形板2上设置有排出孔10。

第一矩形板1与第二矩形板3之间内形成水流冲刷室21，第一侧壁6对应供水设备的位置设置有进水口61，在第一排出室4的位置设置有出水口41；

进水口61用导管11与供水设备相连；出水口41用导管11与第一排出室4相连；导管11设置有控制水流流量的阀门111；第一排出室4、第二排出室组5均设置有排水龙头12；第三矩形板2与第二矩形板3之间形成土体贮存室31；第二矩形板3上的每个排出孔10都按照对应位置，分别与第二排出室组5内的排出室连通；顶板设置有多个测压管81。

在使用时，在土体贮存室31进行对土体样本的装样，并进行压实，每次试验的压实程度应保持一致，便于对各组试验的准确测量，拆除第三矩形板2，在第二矩形板3上安装滤网，防止土颗粒的侧向流失，用导管11连接能够控制水头高度的供水系统与进水口61，为试验仪供水，打开流量控制阀门111；水通过进水口61进入水流冲刷室21，通过出水口41，最终到达第一排出室4；在水头高度和水流流速保持不变的情况下，连续测量三次单位时间内，第一排出室4内获得的土颗粒质量，以及土体贮存室31内土体的后撤程度，若三次结果完全相同，则完成土体冲刷效应的测定；同时连续测量三次单位时间内第二排出室5内的水流流量，若三次完全相同，则完成渗透系数的测定；同时续测量三次单位时间内排出室5内收集到的土颗粒质量，则可以得到装样土样的质量损失；同时记录测压管81的读数，则可以得到土体渗透过程中各位置的压力水头。

在一些具体的技术方案中，安装第三矩形板2，并在第三矩形板2上按照试验需求设置滤网，重复上述试验过程，可以得到相应孔径的滤网对沿岸流冲刷作用的影响规律，以及相应孔径的滤网对土体渗透特性的影响规律。

如附图3-4所示，在一些具体的技术方案中，顶板8底面设置有橡胶层13，橡胶层13夹在顶板8与第一侧壁6之间保证装置内部的气密性。

在一些具体的技术方案中，顶板8上边缘处沿周长设置有第一螺栓孔82，顶板8对应第三矩形板2的安装位置设置有第二螺栓孔83，第一矩形板1、第二矩形板3和第三矩形板2顶端处设置有螺孔，且螺孔位置与第一螺栓孔82或第二螺栓孔83对应。

在一些具体的技术方案中，橡胶层13为透明层。

在一些具体的技术方案中，第三矩形板2与第二矩形板3外表面包覆有滤网，在土壤装填前先分别在外表面附上按照试验要求所需孔径的滤网，避免试验误差。

在一些具体的技术方案中，第一排出室4安装有第一滤网42，在第二排出室组5内安装有第二滤网52，在试验开始前按照试验要求安装所需孔径的滤网，避免试验误差。

在一些具体的技术方案中，第一矩形板1、第二矩形板3、第一侧壁6、底板7、顶板8均为透明板，便于对整个实验进程的观察。

在一些具体的技术方案中，第一矩形板1、第三矩形板2、第二矩形板3、侧壁6、底板7、顶板8均为有机玻璃材质。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种研究沿岸流冲刷及渗流特性的试验仪，其特征在于，包括长方壳体、第一排出室(4)和第二排出室(5)，所述长方壳体包括底板(7)、顶板(8)和四个竖直设置的侧板，所述底板(7)和所述侧板固定连接，所述顶板(8)与所述侧板铰接，其中相对的两侧板为第一矩形板(1)和第二矩形板(3)，另外两个相对的侧板为第一侧壁(6)和第二侧壁；所述第一侧壁(6)和所述第二侧壁靠近所述第一矩形板(1)的位置对应设置有进水口(61)和出水口(41)；所述第二矩形板(3)上设置有多个排出孔(10)；

所述进水口(61)连通有供水设备；所述第一排出室(4)顶端开口，且与所述出水口(41)连通；所述第二排出室(5)顶端开口且与所述排出孔(10)连通；所述顶板(8)上竖直固定安装有多个测压管(81)；所述第一排出室(4)和所述第二排出室(5)均设置有排水龙头(12)；

还包括第三矩形板(2)，所述第三矩形板(2)可拆卸安装于所述长方壳体内部，与所述第一矩形板(1)等长等宽且平行设置，且与所述第一矩形板(1)之间形成水流冲刷室(21)，与所述第二矩形板(3)之间形成土体贮存室(31)；并且 所述第三矩形板(2)上开设有多个渗流孔(9)；

所述第一排出室(4)设置有第一过滤层(42)，所述第一过滤层(42)用于收集冲刷作用下流失的土颗粒；

所述第二排出室(5)包括多个并排的小排出室(51)组成，且每个小排出室(51)连通对应位置的所述排出孔(10)；

每个所述小排出室(51)内设置有第二过滤层(52)。

2.根据权利要求1所述的一种研究沿岸流冲刷及渗流特性的试验仪，其特征在于，所述第二矩形板(3)和所述第三矩形板(2)上铺设有滤网。

3.根据权利要求1所述的一种研究沿岸流冲刷及渗流特性的试验仪，其特征在于，所述进水口(61)通过导管(11)与所述供水设备连通，所述出水口(41)通过导管(11)与所述第一排出室(4)连通，且所述导管上均设置有控制水流流量的阀门(111)。

4.根据权利要求1所述的一种研究沿岸流冲刷及渗流特性的试验仪，其特征在于，所述顶板(8)边缘处沿周长设置有第一螺栓孔(82)，所述顶板(8)对应所述第三矩形板(2)的安装位置设置有第二螺栓孔(83)，所述第一矩形板(1)、所述第二矩形板(3)和所述第三矩形板(2)顶端处设置有螺孔，且其螺孔位置与所述第一螺栓孔(82)或所述第二螺栓孔(83)对应。

5.根据权利要求1所述的一种研究沿岸流冲刷及渗流特性的试验仪，其特征在于，所述顶板(8)的底面设置有透明的橡胶层(13)。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种研究沿岸流冲刷及渗流特性的试验仪，其特征在于，所述长方壳体采用有机玻璃材质制成。

Images